1. Erneuerbare Energien:
Wasserenergie,
Sonnenenergie und
Biomasse
Autoren: Epifanio Brañas Friedamn und Leonie Welsch

2. 1. Die Solarenergie
1.1 Sonnenenergie Definition
Solarenergie (bzw. Sonnenenergie) ist die Energie, die in der
Sonne durch ständige Kernfusionen entsteht und die zum Teil
als elektromagnetische Strahlung auf die Erde gelangt. Die
Sonne ist die größe Energiequelle der Erde, alles Leben auf der
Erde ist von ihr abhängig. So basiert die Photosynthese der
grünen Pflanzen auf der Zufuhr von Solarenergie.
1.2 Photovoltaik Systeme
Bei der Stromerzeugung durch Solarsysteme, die für zu
Hause genutzt werden können, gibt es immer nur ein
Grundsystem, das auf unterschiedliche Weisen montiert werden
kann. Die Grundlage des Photovoltaik Systems ist immer
gleich, mehrere Solarzellen stehen in einem Solarmodul und
erzeugen in diesem Strom.

3. 1.2.2 Wie funktioniert ein Solarmodul ?
Die Photovoltaik ermöglicht es, Sonnenlicht direkt in
elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung erfolgt
durch den sogenannten photovoltaischen Effekt, sprich die
Wechselwirkung zwischen einstrahlendem Sonnenlicht und
dotiertem (mit Fremdelementen verunreinigten)
Halbleitermaterial der Solarzelle. Dabei kommt es zur
Freisetzung von elektrischen Ladungsträgern, die mittels
metallischer Kontakte abgeführt werden.
1.2.3 Wie wird der erzeugte Strom gespeichert?
Der so erzeugte Gleichstrom lässt sich durch einen
nachgeschalteten Wechselrichter in netztauglichen
Wechselstrom transformieren (umwandeln). Wichtigstes
Element eines Solargenerators ist die Solar- oder
Photovoltaikzelle. Mehrere Solarzellen werden zu einer
elektrischen Einheit zusammengefasst, das sogenannte
Solarmodul.
1.3 Solarthermische Kraftwerke
Solarthermische Kraftwerke gelten als eine vielversprechende
Lösung für die Energieprobleme der Welt. In der Wüste
massenhaft aufgestellte Spiegel bündeln das Sonnenlicht und
erhitzen so Öl oder Luft auf mehrere hundert Grad Celsius. In
einem Generator kann auf diese Weise Strom erzeugt werden,
der deutlich günstiger ist als jener aus Solarzellen.
1.3.1 Wie wird der erzeugte Strom gespeichert?

4. Die vergleichsweise einfache Zwischenspeicherung von
Sonnenenergie macht die Solarthermie besonders attraktiv. In
riesigen Behältern mit flüssigen Salzen kann Wärme über
Stunden fast verlustfrei gespeichert werden. Ein derart
konstruiertes Kraftwerk kann theoretisch rund um die Uhr eine
konstante Energiemenge liefern - ein entscheidender Vorteil
gegenüber Windkraft- und Photovoltaikanlagen.
1.3.2 Hintergrundinformationen
Im Oktober 2009 wurde die "Desertec Industrial Initiative"
gegründet - eine Vereinigung von Firmen, die gewaltige
Solarstromprojekte in Nordafrika ermöglichen soll. Die riesigen
Wüstenkraftwerke sollen Nordafrika, den Nahen Osten und zum
Teil auch Europa versorgen.
Eine weitere Idee zur Energiespeicherung könnte die
Solarthermik noch günstiger machen. Deutsche Forscher
experimentieren derzeit mit Sand, ob dieser sich auch als
Wärmespeicher eignet. Und da es bei fast allen potenziellen
Standorten Sand in Massen gibt, würde das die Kosten enorm
reduzieren.
2. Wasserkraft
Wasserkraft ist derzeit die bedeutendste erneuerbare
Energiequelle. Sie deckt bundesweit knapp 5% des
Strombedarfs. Über Laufwasser-, Speicher-, Pumpspeicher-
und Gezeitenkraftwerke wird die Bewegungsenergie des
Wassers genutzt und in Turbinen der Wasserkraftwerke in
elektrische Energie umgewandelt. Weltweit sind augenblicklich

5. Wasserkraftwerke mit einer Leistung von 780.000 MW in
Betrieb.
2.2 Geschichte
Früher wurde Wasserkraft über Wasserräder meistens zur
Verrichtung mechanischer Arbeit genutzt (Mühlen). Seinerzeit
unterschied man zwischen oberschlächtigen Rädern (dabei
werden die Schaufeln des Rades von oben mit Wasser
gespeist) und unterschlächtigen Rädern (hierbei hängend die
unteren Schaufelspitzen in fließendem Wasser).und
mittelschlächtigen Rädern, wobei letzteres am effektivsten ist.
2.3 Wasserkraft Heute
Die heutige Nutzung der Wasserkraft erfolgt über Turbinen.
Einer der großen Vorteile der Wasserkraft liegt in seiner
einfachen Speicherbarkeit. Durch Aufstauung oder durch
Hochpumpen auf ein höheres Niveau
(Pumpspeicherkraftwerke) ist die Wasserkraft nicht nur fast
verlustfrei speicherbar, sondern auch sehr kurzfristig verfügbar
und somit gut zur Deckung von Spitzenlastbedarf einsetzbar.

6. 2.3.1 Wie funktioniert Wasserkraft Heute ?
In einem Wasserkraftwerk strömt Wasser durch eine oder
mehrere Turbinen, die einen Generator antreiben; dieser
erzeugt Strom.
Wasserkraft ist ein erneuerbarer Energieträger und leistet in
Deutschland mit Abstand den größten Beitrag aller
erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung. Weltweit liegt der
Anteil an der Stromerzeugung aus Wasserkraft bei über 20
Prozent mit hohem Ausbaupotenzial; in Deutschland hingegen
liegt dieser Wert bei lediglich vier Prozent, wobei das Potenzial
bereits zu 80 Prozent ausgeschöpft ist.
2.3.2 Gezeitenkraftwerk
Ein Gezeitenkraftwerk ist eine spezielle Bauart des klassichen
Wasserkraftwerks, welche die Energie aus dem ständigen
Wechsel von Ebbe und Flut schöpft. Bei ausreichend hohem
Tidenhub (Differenz zwischen Hoch-und Niedrigwasserstand)

7. können die Gezeiten in abgesperrten Buchten als durchaus
effiziente Energiequelle genutzt werden.
Trotzdem gibt es bis heute noch keine rentable
Stromerzeugungs-Technologie in diesem Bereich. Das weltweit
größte Gezeitenkraftwerk mit einer Gesamtleistung von 240
MW befindet sich an der Mündung des französischen Flusses
La Rance bei Saint-Malo. Diese im Jahre 1966 errichtete
Anlage ist jedoch extrem korrosionsanfällig und das hat sehr
negative Auswirkungen auf das Ökosystem des Flusses.
Außerdem gibt es weltweit nur wenige Standorte, die für ein
Gezeitenkraftwerk dieser Art geeignet wären, denn es ist nur
sinnvoll, wenn der Tidenhub mehr als 6 m beträgt. Ein britisch-
deutsches Projekt will diese Probleme mit einer Anlage
beheben, welche nicht den Tidenhub, sondern die durch
Gezeiten verursachte Meeresströmung nutzt, eine Art
"Unterwasser-Windkraftanlage".
3. Biomasse
Als Biomasse wird die gesamte organische Substanz
bezeichnet. Basis für die Bildung von Biomasse ist die vor allem
von Pflanzen betriebene Photosynthese, bei der
Sonnenenergie absorbiert und durch Bildung von Biomasse
gespeichert wird. Zur Biomasse werden sowohl lebende
Pflanzen, als auch die von ihnen abgeleitete organische
Substanz, wie Tiere und Mikroorganismen, als auch tote
organische Substanz wie Totholz , Laub, Stroh und anderes
gezählt.

8. Man bezeichnet sie daher auch als nachwachsende Rohstoffe.
Die aus Biomasse entstandenen fossilen Energieträger (Kohle,
Erdöl und Erdgas) werden ihr nicht zugeordnet. Die Natur
produziert jährlich große Mengen an Biomasse, von der ein
kleiner Teil als Nahrung, Futtermittel oder nachwachsender
Rohstoff (Nawaro) zur stofflichen Nutzung oder zur
Energiebereitstellung (Bioenergie) genutzt wird.
Da Biomasse rund um die Uhr verfügbar und flexibel einsetzbar
ist, kommt ihr eine bedeutende Rolle bei der Energieversorgung
auf Basis Erneuerbarer Energien zu. Die Bioenergie bietet der
Landwirtschaft ein zusätzliches Standbein. Rund 130.000
Arbeitsplätze werden bundesweit in diesem Bereich gezählt.
Die dezentrale Nutzung der Bioenergie stärkt zudem die
kommunale Wertschöpfung: Nach Berechnung des Instituts für
ökologische Wirtschaftsforschung sorgte die Erzeugung von
Strom, Wärme und Kraftstoffen aus Biomasse im Jahr 2010 für
1,9 Milliarden Euro an Einkommen, Steuereinnahmen und
Unternehmensgewinnen in den Kommunen. Biomasse wird vor
allem von Pflanzen als Primärproduzenten gebildet.
Konsumenten ernähren sich von diesen Pflanzen oder von
anderen Konsumenten und setzen so z. B. die pflanzliche in

9. tierische Biomasse um. Auch abgestorbene Pflanzen, Tiere und
andere Lebewesen werden als Biomasse bezeichnet. Diese
wird wiederum von Destruenten zersetzt und zum Aufbau
lebender Biomasse genutzt. Fossile Energieträger sind in
Millionen Jahre andauernden chemischen und geologischen
Prozessen zwar aus Biomasse entstanden, werden dieser
jedoch nicht zugeordnet. Torf wird meist nicht als Biomasse
bezeichnet, sondern ebenfalls den fossilen Energieträgern
zugeordnet. Biomasse hat eine wichtige Funktion als Lebens-
und Futtermittel, Rohstoff (Nachwachsender Rohstoff) und
Energieträger (so genannte Bioenergien wie Brennholz,
Biokraftstoff etc.). Aber auch vom Menschen nicht genutzte
Biomasse hat eine wichtige Funktion in Ökosystemen, z. B. als
Nährstoff oder Lebensraum für verschiedenste Lebewesen.
Darüber hinaus sind große Mengen des Treibhausgases
Kohlendioxid (CO2) in Biomasse gespeichert, so dass sie eine
bedeutende Rolle für das Klima spielt. Der größte Teil der in
Deutschland erzeugten und einer Nutzung zugeführten
Biomasse dient der Erzeugung von Lebensmitteln und
Futtermitteln, als Nawaro zur stofflichen Nutzung (Nutzholz,
Stärke etc.) oder der klassischen energetischen Verwendung in
Form von Brennholz. Seit mehreren Jahren findet eine deutliche
Zunahme der Biomassenutzung statt. Hauptgrund ist die
zunehmende energetische Verwendung (Bioenergie). Durch
das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wird unter anderem
der Einsatz von Biomasse zur Stromerzeugung gefördert. Das
geschieht beispielsweise durch die Verbrennung von Holz in
Biomassenheizwerken bzw. Biomasseheizkraftwerken oder
durch die Gärung von Gülle und Silage aus Energiepflanzen in
Biogasanlagen und anschließende Verstromung des Biogases.
Eine exakte rechtliche Definition von Biomasse findet durch die
Biomassenverordnung (BiomasseV) statt. Die Nachhaltigkeit
soll durch die Biomassenstrom-Nachhaltigkeitsverordnung

10. (BioSt-NachV) sichergestellt werden. Eine weitere bedeutende
energetische Verwendung ist die Erzeugung und Nutzung von
Biokraftstoffen. Durch im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen
reduzierten Steuersätzen (Energiesteuergesetz) und eine
Zwangsbeimischung gemäß dem Biokraftstoffquotengesetz
findet eine Förderung statt. Insbesondere bei importierten
Rohstoffen zur Biokraftstoffherstellung war die Nachhaltigkeit
bisher nicht sichergestellt. Durch die seit September 2009
gültige Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV)
soll die Herkunft der Rohstoffe kontrolliert werden, z. B. durch
die Zertifizierung von Biomasse. Durch das Erneuerbare-
Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) soll die nachhaltige
Bereitstellung von Wärme, z. B. für das Heizen von Gebäuden,
gewährleistet werden. Die Nutzung von Biomasse
(Pelletheizung, Hackschnitzelheizug etc.) stellt eine Option dar.
Und unserer Meinung stellt sie eine überaus wichtige Option
dar, eine Möglichkeit lebenswichtige Energie zu erzeugen, die
auch gleichzeitig nachhaltig ist.