1.3.1 Energiewirtschaftliche Grundlagen und Nachhaltigkeit

Mit dem Begriff Energiewirtschaft bezeichnet man die gesamte Infrastruktur, die notwendig ist, um die Energieversorgung sicherzustellen.

Dazu gehört die Erschließung von Energiequellen, die Energiegewinnung, die Energiespeicherung, der Energietransport, die Energieumwandlung und der Energiehandel.

Aus der Weltraumperspektive gesehen gibt es als primäre Basis jeder Energiewirtschaft drei prinzipiell verfügbare Energiequellen, aus der alle anderen Energieträger durch Umwandlung entstehen: Solarstrahlung, Gravitation und Eigenwärme der Planeten.
Die Hintergrundstrahlung als theoretische vierte Quelle ist energiewirtschaftlich nicht nutzbar. Die Hintergrundstrahlung ist jede elektromagnetische Strahlung, die durch Sterne, Pulsare, Quasare, etc. in den Tiefen des Universums entsteht und von außen zu unserem Sonnensystem geschickt wird.

Die Solarstrahlung entsteht durch Kernfusion in der Sonne. Sie ermöglicht das Leben auf unserem Planeten Erde und ist die mit weitem Abstand größte nutzbare Energiequelle im Sonnensystem. Deshalb wird in der Kernphysik versucht, diese Energiequelle in Form einer technisch realisierten Kernfusion auf der Erde nutzbar zu machen. Die physikalischen und technischen Probleme dazu sind jedoch zum größten Teil noch nicht gelöst, so dass diese Energiequelle in absehbarer Zeit nicht zur Verfügung steht oder zumindest sehr ungewiss ist.

Die Gravitation, verursacht durch die Masse der Himmelskörper, läßt sich nutzen, weil der Mond die Erde umkreist. Dadurch entsteht z.B. Ebbe und Flut mit der Möglichkeit, in Gezeitenkraftwerken Energie zu gewinnen.

Die Eigenwärme der Erde entsteht hauptsächlich durch Kernspaltung im Erdinnern. Diese Wärme läßt sich z. B. geothermisch nutzen.

Im Bild 1.2 sind die drei nutzbaren primären Energiequellen und die daraus entstehenden regenerativen und fossilen Energieformen bzw. Energieträger dargestellt.

  1. Durch die Kernfusion in der Sonne entsteht elektromagnetische Energie in Form von Strahlung, die sich direkt und indirekt nutzen läßt. Die direkte Nutzung der Strahlung geschieht bei der Solarenergie durch Umsetzung von Sonnenlicht in Strom oder Wärme.
    Die indirekte Nutzung der Strahlung bei Wind, Wasserkraft und Geothermie geschieht durch Absorbtion, d.h. durch Aufnahme und Umwandlung der Strahlung in Wärme. Durch die erwärmte Luft entsteht Wind, der in Windkraftanlagen in Strom umgewandelt wird. Erwärmtes Wasser verdunstet und bildet Wolken,die abregnen. So entstehen Bäche und Flüsse, in die man Wasserkraftwerke einbauen kann. Bei der Geothermie durch Sonnenstrahlung werden die oberen Bodenschichten erwärmt. Diese gespeicherte Wärme wird durch Wärmepumpen und Erdregister genutzt. Die indirekte Nutzung der Strahlung bei Biomasse geschieht durch Photosynthese in den Pflanzen. Der am meisten genutzte dabei entstehende Energieträger ist Holz.
  2. Durch die Kernspaltung im Erdinneren entsteht Wärme, die über Geothermie auf verschiedene Art nutzbar ist.
  3. Durch die Gravitationskräfte zwischen Erde und Mond entsteht kinetische Energie, welche die Atmosphäre und die Weltmeere bewegt. Die bewegte Atmosphäre liefert einen Beitrag zur Windenergie. Aus der Bewegung des Meerwassers als Ebbe und Flut wird in Gezeitenkraftwerken Strom gewonnen.

nutzbares energiespektrum

Bild 1.2: Nutzbares Energiespektrum

Die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl, Erdgas und sonstige Ablagerungen sind in Millionen Jahren durch geologische Prozesse aus Biomasse entstanden. Diese sind die heute überwiegend genutzten Energiequellen.

Einen Sonderfall stellt das Element Uran dar, das in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung genutzt wird. Es ist eines der radioaktiven Elemente, die für die Eigenwärme der Erde sorgen und wird in Bergwerken abgebaut. In Kernkraftwerken wird die radioaktive Energie in Wärme umgewandelt und daraus Strom erzeugt. Dies ist eigentlich ein technologischer Umweg. Der direkte Weg wäre, die Energie aus Kernkraft wie bei den anderen radioaktiven Elementen über Geothermie direkt aus dem Erdinnern zu gewinnen.

Träger der Energiewirtschaft in Deutschland sind vorrangig die Erdölindustrie, der Kohlebergbau sowie die Elektrizitätsversorgung, Gaswirtschaft und Fernwärmewirtschaft.

Wie Bild 1.3 zeigt, wird der überwiegende Teil der Energieversorgung noch durch fossile Energieträger bestritten.

Seit den 1990er Jahren werden im Rahmen der gesetzlichen Förderung einer Energiewirtschaft in Deutschland auf Basis erneuerbarer Energien private Haushalte beteiligt (Strom-Einspeise-Gesetz, Erneuerbare-Energien-Gesetz).

primaerenergieverbrauch deutschlandBild 1.3: Primärenergieverbrauch Deutschland

Der Begriff Nachhaltigkeit stammt ursprünglich aus der Forstwirtschaft. Er bezeichnet dort die Bewirtschaftungsweise eines Waldes, bei welcher immer nur so viel Holz entnommen wird, wie nachwachsen kann, so dass der Wald nie komplett abgeholzt wird, sondern sich immer wieder in vollem Umfang regenerieren kann.
Allgemein ist Nachhaltigkeit die Nutzung eines Systems so, dass dieses System in seinen wesentlichen Strukturen und Eigenschaften erhalten bleibt und sein Bestand sich auf natürliche Weise regenerieren kann.
In der Energiewirtschaft erfüllen nur die regenerativen Energiequellen die Bedingungen für Nachhaltigkeit, da sie selbsttätig einen kontinuierlichen, – im übertragenen Sinne nachwachsenden – Energiestrom liefern, der nach menschlichen Maßstäben unendlich ist. Wegen der Begrenztheit der fossilen Energieträger und der zunehmend negativen Nebenwirkungen ihrer Nutzung wie globale Erwärmung, Umweltverschmutzung, steigende Energiekosten infolge Verknappung und deren sozialen Folgen, ist es notwendig, so schnell wie möglich auf regenerative Energien umzusteigen. Dies wurde bereits mit dem internationalen Vertragswerk der Agenda 21 auf der „Konferenz für Umwelt und Entwicklung der Vereinten Nationen“ (UNCED) in Rio de Janeiro in 1992 beschlossen, das von fast allen Staaten der Welt unterzeichnet wurde.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Nachhaltigkeit)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Agenda_21)

Da die für Heizungszwecke benötigte Energiemenge in einem Durchschnittshaushalt etwa Dreiviertel des gesamten Energiebedarfs beträgt, ist dort ein schneller Umstieg auf regenerative Energieträger am dringensten.

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