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Erneuerbare Energien - 3.Version - Referat
1. Erneuerbare Energien allgemein
Erneuerbare Energien sollen in Zukunft unsere Energieversorgung sichern. "Erneuerbar" oder auch "regenerativ" bedeutet, dass diese Energiequellen nicht endlich sind. Eine Regenerative Energiequelle wäre zum Beispiel die Sonnenenergie, da die Sonne ja im Rahmen des Zeithorizonts der Menschen praktisch unerschöpflich zur Verfügung steht. "Nicht-regenerative Energien" hingegen sind endlich, wie zum Beispiel das Erdöl. Von Erdöl gibt es nur eine begrenzte Menge auf unserem Planeten. Man schätzt, dass die Weltweiten Ölreserven in circa 40 bis 50 Jahren ausgeschöpft sein werden - es sei denn, man findet weitere Ölquellen.
Ein weiterer Punkt, den die Erneuerbaren von den Fossilen Energiequellen sich unterscheiden ist, das die Produktion von Energie (zum Beispiel Strom) bei den Fossilen Energiequellen Umweltschädliche Gase entstehen lässt, die in unsere Atmosphäre entweichen. Die Folge dessen ist der Klimawandel - schmelzende Gletscher, austrocknende Flüsse und immer häufigere Wetterkapriolen.
Somit sind wir Menschen in Zukunft "gezwungen" weniger Energie zu verbrauchen und diese auch möglichst Umweltfreundlich herzustellen.
Die heute verfügbaren regenerativen Energien
Solarenergie
Die Energie der Sonne kann man in folgenden Arten nutzen:
 Photovoltaik
Es ist die wohl am meist eingesetzte Art aus der Sonne Energie zu gewinnen. Hierbei wird die Lichtenergie der Sonne direkt in elektrische Energie umgewandelt. Diese Anlagen sind heute vermehrt auf Privaten und Kommerziell bzw. Gewerblichen Einrichtungen zu finden. Es gibt aber auch sogenannte "Solarparks". Es fungiert als richtiges Kraftwerk, das sein gesamtes Erzeugnis in das Stromnetz einspeist. Die meisten Privaten Photovoltaikanlagen speisen auch Strom ins Netz ein und ihre Betreiber erhalten im Gegenzug eine Entsprechende Vergütung.
 Solarthermie
Die Sonnenenergie wird hier, nicht wie bei der Photovoltaik in elektrischen Strom, sondern in thermische Energie verwandelt. Die Grundidee bei diesem Verfahren ist die Konzentration des Sonnenlichts auf einen Punkt (Absorber), oder aus dem Englischen auch CSP für "Concentrated Solar Power". Es gibt hier verschiedene Arten
der Gewinnung von thermischer Energie. Hierbei unterscheiden sich die Absorber, die zur Aufnahme der Energie (Strahlung der Sonne) dienen und der Bautyp der einzelnen Kollektoren.
1-Dachpfannenabsorber
Diese Art von Absorber ist noch relativ neu. Vorteil von diesem Absorber ist, dass er sich so annähernd unsichtbar auf dem Dach befindet, weil er sich im Punkt Farbe und Form nur wenig von den Dachziegeln unterscheiden lässt. Der Absorber leitet die Wärme über ein spezielles Leitblech auf ein darunterliegendes Rohrleitungssystem. In den Rohren befindet sich eine Wärmeträgerflüssigkeit. Bei der Montage müssen die Absorber lediglich auf die dafür vorgesehen Dachziegeln "drauf geklickt" werden.
2- Absorbermatten
Diese Art, thermische Energie zu gewinnen, werden die meisten schon bei einem Besuch im Freibad entdeckt haben. Da auch im Sommer die Wassertemperatur ohne Heizung trotz der sommerlichen Temperaturen relativ "erfrischend" ist, nutzen viele Schwimmbäder diese Technologie, deswegen auch "Schwimmbadabsorber" genannt.
Das kalte Schwimmbadwasser wird mit einer Pumpe durch ein Schlauchsystem. Diese Schläuche sind in einer schwarzen Matte aus Kunststoff eingebettet. Das somit direkt erwärmte Wasser fließt wieder zurück in das Becken. Die Matte ist schwarz, weil es die Farbe ist, die am wenigsten Sonnenlicht absorbiert.
Solche Matten gibt es aber auch als Variante, um sie auf Hausdächern zu befestigen.
3-Flächen bzw. Plattenabsorber
Sie haben, was im Namen auch schon steckt, die Form
einer Platte, um der Sonne eine größtmögliche Oberfläche zuzuwenden. Die entstandene Wärme wird hier, wie bei den vorherigen Bautypen, durch Rohre mit Wärmeträgerflüssigkeit weitergeleitet.
4-Röhrenabsorber
Sie basieren auf dem Prinzip des Parabolspiegels. Mit dieser Art lässt sich viel Sonnenlicht auf einen kleinen Punkt bündeln, sodass dort hohe Temperaturen, bzw. viel thermische Energie erzeugt werden kann. Der Absorber, der die Wärmeträgerflüssigkeit leitet, steht genau im Brennpunkt des gebündelten Sonnenlichts.
 Thermik
Man kann auch Energie aus der Thermik gewinnen, indem man sich die Thermik, bzw. Auftrieb zu Nutze macht. Die Funktionsweise ist relativ einfach. Um den Turm befindet sich ein großes Dach aus Glas oder Kunststoff, das, wenn die Sonne darauf scheint, den Boden erwärmt. Der Boden gibt die Wärme wieder ab - die erwärmte Luft strömt anschließend in Richtung Turm und steigt anschließend im Turm empor. Dabei treibt die Luft Turbinen an, die den Strom erzeugen. Erwärmte Luft hat die Eigenschaft aufzusteigen, weil diese leichter ist als kalte Luft. Der Turm hat den Vorteil, dass er auch nachts Energie erzeugen kann, weil der Erwärmte Boden auch noch über Nacht wärme an die Luft abgibt.
Wasserkraft
Bei dieser regenerativen Energie wird die potenzielle und kinetische Energie genutzt, um elektrische Energie zu gewinnen. Seit dem Anfang des 20. Jahrhunderts wurde die Wasserkraft genutzt, jedoch nicht um elektrischen Strom zu erzeugen, sondern nur wegen mechanischen Energie, um zum Beispiel Mühlen zu betreiben.
Grundlagen über Wasserkraft
Zur Erzeugung von Strom mit Wasser benötigt das Wasser potenzielle und kinetische Energie. Wasser, dass sich über dem Meeresspiegel befindet, hat generell potenzielle Energie, denn es entsteht bei freiem Fall durch die Schwerkraft Beschleunigung. Die nach der Strömungslehre entstandene Energie wird in Turbinen in mechanische Energie (Rotationsenergie) umgewandelt und anschließend von Generatoren in elektrischen Strom transformiert.
Auch bei der Wasserkraft gibt es unterschiedliche Arten diese zu nutzen.
 Laufwasserkraftwerk
Wie auch schon oben erläutert, wird bei dem Laufwasserkraftwerk potenzielle und kinetische Energie des Wasser durch eine Turbine geleitet. Meistens wird der Fluss mithilfe von einer kleinen Wehranlage aufgestaut, um die Gefällhöhe zu steigern. Der Höhenunterschied des Ober- und Unterwassers, sowie die Durchflussmenge ist dabei entscheidend, wie viel solch ein Kraftwerk an Strom erzeugen kann. Bei solchen Kraftwerken werden meistens Kaplan- oder Francisturbinen genutzt.
 
 Wellenkraftwerk
Sie sind eher relativ kleinere Kraftwerke, sind zurzeit noch recht selten anzutreffen. Bisher gebaute Anlagen waren nur Prototypen, die zu verschiedenen Versuchen beitrugen. Ihre Energie beziehen sie aus Wellen, wie der Name schon sagt. Eine dieser Kraftwerke geht dem Prinzip der Pneumatischen Kammer nach. Dabei wirkt das Wasser, was in die Kammer durch den Wellengang strömt, wie ein Kolben. Es verdrängt die Luft in der Kammer und der einzige "Ausweg" für die Luft ist, durch die Turbine - Sie wird davon angetrieben und erzeugt mithilfe eines Generators Strom. Jedoch erzeugen diese Kraftwerke relativ wenig Strom im Vergleich zu Solarkraft oder anderen regenerativen Energien.
 Meeresströmungskraftwerk
Hier wird die natürlich vorhandene Strömung des Meeres genutzt, um Strom zu erzeugen. Dazu wird eine Turbine am Meeresboden angebracht - Durch die Strömung des Wassers erzeugt die Turbine Rotationsenergie, die dann wiederrum mithilfe von einem Generator in elektrischen Strom transformiert wird. Ein Vorteil hier ist, dass die Meeresströme kontinuierlich fließen. Man könnte allein in Europa an vielen Standorten solche Kraftwerke errichten, doch es wurden bisher nur fünf Stück realisiert:
- Seaflow (Prototyp) ---------------->
- Hammerfest (Norwegen)
- Seagen (2008)
- RITE (Amerika)
- Kobold (Straße von Messina)
Windkraft
Bei der Windkraft wird, genauso wie bei der Wasserkraft, potenzielle und kinetische Energie genutzt um Energie zu erzeugen. Damals wurden bewegten Luftmassen zum Antrieb von Segelschiffen und zum Betrieb von Mühlen genutzt. Alle heute auf Welt installierten Windkraftwerk, mit einer Leistung von 580 TWh jährlich, würden reichen um fast den gesamten Stromverbrauchs Deutschlands zu decken. Deutschland verbraucht in Jahr circa 595 THw, was auch 3% des Weltweiten Energiebedarfs ausmacht.
 Windkraftanlage
Jeder wird sie bestimmt schon mal gesehen haben. Diese riesigen Türme mit den Rotor sind sehr oft in Deutschland und auch auf der Restlichen Welt anzutreffen. Der Rotor nutzt die kinetische Energie der bewegten Luftmassen um sie in Rotationsenergie umzuwandeln. Die Windkraftanlagen gibt es nicht nur an Land, sondern sie werden immer häufiger auf dem Wasser errichtet, da sie in der Nähe von bewohntem Gebiet nicht so gern gesehen sind. Jedoch stehen ca. 55% positiv zu Windkraftanlagen. Viele, die keine Windkraftanlagen in ihrer Nachbarschaft wollen, gründen eine Bürgerinitiative. Die Nuklear- katastrophe in Fukushima ließ viele Bürger umdenken, 62% der Befragten lehnten die Kernenergie ab, somit blicken sie eher in Richtung der Erneuerbaren Energien, besonders den Windkraftanlagen.
 Thermikkraftwerk
(siehe Solarenergie, wird auch als Aufwindkraftwerk bezeichnet, deshalb kann man es in beide Themengebiete einordnen)
 Windmühlen
Funktionsprinzip ähnlich wie die der Windkraftanlage, wurde jedoch überwiegend im 20. Jahrhundert genutzt. Mühlen wurden dort mit Windkraft betrieben, wenn kein Bach bzw. Fluss in der Nähe war, um die Mühle mit Wasserkraft zu betreiben.
 
Bioenergie
Sie umfasst verschiedene Energieformen, wie man Energie aus der Biomasse gewinnen kann. Es kann elektrische Energie, Wärme und Kraftstoff hergestellt werden. Die Energie in Biomasse ist chemisch gebunden. Die Bioenergie ist von der Sonne abhängig, wenn sie nicht scheint, können keine Pflanzen gedeihen und folglich, kann man ja Energie nicht aus dem Nichts nehmen. Manche Biomasse können sofort Verwendet werden, z.B. Holz, dass man sofort nutzen könnte. Um etwa Biodiesel oder Biogas herzustellen, sind komplexere Verfahren notwendig.
 Biogas
Bei Biogas findet eine Methangärung statt, wo Mikroorganismen die Organische Biomasse zersetzt. Die Gärung findet in einem solcher großen runden Gärtanks statt. Den Mikroorganismen muss jeden Tag neues "Futter" gegeben werden. Das kann Klärschlamm, Bioabfall, Speisereste oder auch gezielt angebaute Pflanzen, die nur für die Biogasanlage geerntet und verwertet werden, sein. Die abgebauten Pflanzen werden Gehäckselt und gelagert, bis man sie benötigt.
 Holz
Eines der wohl ältesten regenerativen Energien der Menschheit. Schon vor 4 bis 1,5 Millionen Jahre nutzte man das Holz, indem man es entzündete, als Energiequelle bzw. Wärmequelle. Im Verlauf der Geschichte des Menschen war das Holz immer von großer Bedeutung. Heute wird es nur noch relativ selten genutzt, es wurde von anderen, besseren Energiequellen ersetzt. Heute wird es oft von Privatpersonen genutzt, die sich den Traum eines eigenen Kamins erfüllen wollten.
 Pflanzenöl- Kraftstoff
Pflanzenöl kann man aus vielen tausenden von Ölpflanzen gewinnen, in Deutschland wird jedoch überwiegend das Öl aus Raps verwendet. An manchen Tankstellen ist Biodiesel erhältlich, besteht jedoch nicht komplett daraus, es sind nur 7% davon zu normalen Diesel beigemischt. Jedoch verträgt nicht jeder Motor diesen Kraftstoff, um mit diesem Kraftstoff fahren zu können, muss man am Motor bestimmte Anpassungsmaßnahmen vornehmen.
 
2.Solartechnik genauer betrachtet
Photovoltaik
Eine Art, aus der Sonne Energie zu gewinnen ist, wie vorhin erläutert, die Photovoltaik. Die Platten dafür werden auch Solarzellen oder photovoltaische Zellen genannt. Sie wandeln Sonnenlicht bzw. kurzwellige Strahlen direkt in elektrischen Strom um. Dabei ausschlaggebend ist der photovoltaische Effekt. Dieser Effekt ist Bewegungs- , Geräusch- und Emissionsfrei. Die Aufgabe einer Solarzelle ist es, die Photonen (Lichtteilchen) zu nutzen, um Ladung zu trennen und letztlich damit Strom zu erzeugen. Hierzu benötigt man einen Bereich, indem die Photonen auf die zu trennenden Ladungen treffen können. Dieser Bereich wird auch Raumladungszone genannt. Damit diese Raumladungszone entstehen kann, braucht man zwei entgegengesetzt geladene Schichten, oder auch Plus und Minus. Dies wird erreicht, indem man Halbleiter verwendet, wie z.B. Silizium, was auch in heutigen Computerchips zu Einsatz kommt. Silizium, oder auch Halbleiter, haben die Eigenschaft, dass man ihre Leitfähigkeit verändern kann, indem man ihnen bestimmt Stoffe beisetzt - Diese Beeinflussung durch andere Stoffe nennt man auch Dotierung. Die Endschicht (minus) ist so
Dotiert, dass sich dort ein Überschuss an Elektronen bildet. Die untere, ist die sogenannte P-Schicht. Hier herrscht ein Elektronenmangel. In dieser Raumladungszone, halten sich die Ladungen gegenseitig fest. Die Endschicht(blau) ist so dünn, dass einfallende Lichtteilchen sie durchdringen können. Die Photonen geben dann in der Raumladungszone ihre Energie an ein Elektron ab. Das so angeregte Elektron folgt nun dem inneren elektrischen Feld und verlässt dann die Raumladunszone über Metallkontakte an der
oberen Endschicht.
Bei Anschluss eines Verbrauchers, wie hier dargestellt die Glühbirne, wird der Stromkreis geschlossen. Die Elektronen "wandern" dann wieder zurück, durch die P-Schicht und heften sich dabei wieder an die entgegengesetzte Ladung. Somit ist der Kreislauf geschlossen und die Zelle erzeugt so lange Strom, wie Photonen auf die Endschicht treffen.
 
Um mehr Energie erzeugen zu können, werden einzelne Solarzellen zu Solarmodulen zusammengefasst. Die Solarmodule erzeugen Gleichstrom, der dann von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Nun kann er zum Eigenverbrauch verwendet werden, oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Solarzellen, gelten unter vielen als Umweltfreundlich, einerseits sind sie das ja auch: Sie stoßen bei ihrem Betrieb keine Umweltschädlichen Gase, wie z.B. das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid (CO²) aus. Doch sie werden auch manchmal von Kritikern angeprangert, denn der Betrieb der Solarzellen mag zwar umweltfreundlich sein, doch ist die Herstellung und die Entsorgung dergleichen?
Für die Herstellung wird der Halbleiter Silizium benötigt, es ist das zweitmeist vorkommende chemische Element auf unserem Planeten. Es wird hauptsächlich zu Gunsten der Elektronik- und Computertechnologie verwendet. Was für Solarzellen ja dringend notwendig ist, um elektrischen Strom zu erzeugen. Hierzu muss das Silizium aber gereinigt werden. Dazu wird es mithilfe der Verbindung Chlorwasserstoff in "Silicochloroform" umgewandelt. Das wird dann wieder getrennt und zurück bleibt das hochreine Silizium und der Chlorwasserstoff. Dieses Verfahren ist nicht Umweltschädlich, bei der Reinigung entstehen zwar Verunreinigungen, aber die bestehen größtenteils aus anderen Metallen, wie z.B. Aluminium und Eisen.
Die zwei Stoffe Chlorwasserstoff und die Verbindung Silicochloroform sind sehr reaktiv. Sie können Verätzungen am Menschlichen Organismus hervorrufen, wenn man mit ihnen in Kontakt gerät, jedoch geschieht die Reinigung in abgetrennten Reaktionsgefäßen, sodass kein Mensch in Gefahr sein könnte bei einer solchen Prozedur.
Somit werden pro Jahr rund 18.000 Tonnen Silizium gefördert, wovon schon mehr als 10% für die Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Da die Reinheit des Siliziums nicht so streng genommen wird, wie die bei Computerchips, wo jede Verunreinigung verheerend ist, wird meist für Solarzellen das Abfallsilizium verwendet bzw. das Silizium, dass für die Weiterverarbeitung von Computerchips zu unrein ist.
Im weiteren Verlauf der Herstellung einer Solarzelle bzw. platte, durchläuft die Zelle eine Vielzahl an Arbeitsschritten. Die wichtigsten sind die Dotierung (oben erläutert), Texturierung, Reinigungs- und Ätzprozesse. Letztendlich soll dadurch ein hoher Wirkungsgrad der Solarzelle erzielt werden.
Bei der Endfertigung, wo die Solarzelle verklebt, abgedichtet und die Abdeckplatte aufgesetzt wird, entstehen keine Umweltverschmutzung oder desweiteren, außer die dabei verwendeten Kleber und Lösungsmittel. Dies sind aber eher nicht so gravierende Auswirkungen.
Bei dem Betrieb einer Solarzelle entstehen keinerlei Emissionen. Wenn es unglücklicherweise einen Erdbeben oder Brand gäbe, ist hier nicht von einer Umweltbelastung durch eine Photovoltaikanlage auszugehen. Das Silizium in den Zellen hat keinerlei Auswirkungen auf unsere Umwelt und Lebewesen. Zum Thema Recycling haben verschiedene Firmen unterschiedliche Verfahren dies zu tun. Der Kern bei dem recyceln ist, die ganzen Bauteile eines Solarmoduls zu trennen. Positiv ist jedoch, dass bei dem Recyceln keine gifitgen Teile zurückbleiben, weil die Solarzelle keine hat, außer die Phosphor- und Borverbindung, aber diese sind in unbedenklichen Mengen in solch einer Zelle enthalten, dass man sich darüber keine Gedanken machen muss.
Also kommt man wie folgt zu dem Schluss, dass die heutige Solarpanelherstellung technisch Volkommen ausgereift ist und dass aus chemischer Sicht keinerlei Bedenken im Thema Umwelt gibt.
 
3.Zukunftsausblick - Wie sieht in Zukunft die Energieversorgung aus?
Wir können zwar nicht voraussehen, was alles in Zukunft passieren wird, dennoch kann man ungefähr sagen, wie die Energieversorgung aussehen wird. Die fossilen Brennstoffe werden nicht nur immer knapper, mit der Zeit wird ihre Förderung immer riskanter und aufwändiger. Öl wird heutzutage schon am Meeresboden angebohrt, wobei schon ein großes Unglück der Firma BP widerfahren ist.
„Das Steinzeitalter endete nicht, weil es keine Steine mehr gab. Und das Ölzeitalter wird enden, lange bevor der Welt das Öl ausgeht“- US-Zukunftsforscher James Canton
Soll so viel heißen, dass die Menschen es irgendwann aufgeben werden weiterhin fossile
Brennstoffe zu fördern. Irgendwann wird es zu aufwändig und kostspielig, dass es sich nicht mehr rentieren würde. Außerdem würde es weiter die Umwelt stark belasten und den CO² Ausstoß vergrößern, was den KIimawandel vorantreiben würde. Wenn man weiterhin auf die Atomkraft setzen würde wäre das Energieproblem fast gelöst. Sie erzeugen Unmengen an Energie und haben während des Betriebes keinen CO² Ausstoß, wäre da nur nicht dieser lästige Atommüll, der dabei entstehen würde. Dieser muss ja auch irgendwo untergebracht werden. Weiterhin ließ das Atomkraftwerkunglück in Fukushima und Tschernobyl viele Menschen im Thema Nuklearenergie umdenken. Die Kernenergie wird wahrscheinlich in Zukunft aussterben, es sei denn man findet eine Lösung, den Atommüll zu beseitigen.
Die erneuerbaren Energien werden in Zukunft auf der Erde zwangsweise eine Zukunft haben, weil wir demnächst unsere Energie Umweltfreundlich erzeugen müssen. In den letzten Jahrhunderten haben wir Menschen schon viel zu viel zu Klimaerwärmung beigetragen. Sobald wir keine anderen Energiequellen finden, wir es darauf hinauslaufen, dass wir in Zukunft unsere Energie aus der Sonne, dem Wind und dem Wasser beziehen werden.
 
Kommentare zum Referat Erneuerbare Energien - 3.Version:
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