Von Steven Shackell
Im Jahr 2001 stammten 86 % der in den USA verbrauchten Energie aus fossilen Brennstoffen, während erneuerbare Energiequellen lediglich 5,3 % der verbrauchten Energie erzeugten. Im Jahr 2022 ist der Anteil fossiler Brennstoffe auf 79 % zurückgegangen, während der Anteil erneuerbarer Energien auf 13 % angestiegen ist (Statista). Während sich die Welt mit den Auswirkungen des Klimawandels und der Treibhausgasemissionen auseinandersetzt, wird die Suche nach nachhaltigen und alternativen Energiequellen immer wichtiger.
Die Gewinnung von Energie aus fossilen Brennstoffen bestand in der Vergangenheit aus dem Abbau von Kohle und der Förderung von Öl. Beides Ressourcen sind nur begrenzt verfügbar. Die Gewinnung von Energie aus alternativen Energiequellen stellt mittlerweile eine vielversprechende Alternative dar. Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Formen nachhaltiger, alternativer Methoden zur Energiegewinnung, darunter so bekannte Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasserkraft und neue alternative Energiequellen wie Geothermie, Gezeiten und Vibration.
Wie wird mit Wasser Energie erzeugt?
Wasserkraft stellt mit Abstand die produktivste erneuerbare Energiequelle dar. 2020 wurden mit Wasserkraft mehr als 4000 Terawattstunden Strom erzeugt. Dies entspricht 17 % der weltweiten Stromerzeugung. Wasserkraft nutzt das gravitationsbedingte Energiepotenzial von Wasser zur Stromerzeugung, indem aufgestautes Wasser durch Wasserturbinen geleitet wird. Weitere Informationen zur Funktionsweise von Staudämmen finden Sie in unserem Artikel zu den Vorteilen der Stromerzeugung durch Wasserkraft.
Heute wird der Wasserkraftmarkt von China dominiert. Wasserkraft deckt beinahe 8 % des gesamten Stromverbrauchs Chinas ab und entspricht damit beinahe 40 % der weltweiten Wasserkraftkapazität (IEA). Der Drei-Schluchten-Staudamm des Jangtsekiang in China ist der größte Staudamm der Welt. Darüber hinaus werden beinahe 70 % der geplanten Wasserkraftprojekte in Afrika südlich der Sahara, in Südostasien und in Lateinamerika von chinesischen Unternehmen gebaut oder finanziert, die sich auf die Gewinnung von Strom aus Wasser spezialisiert haben, oder werden im Besitz solcher Unternehmen sein. Im nächsten Jahrzehnt wird der weltweite Anteil der Wasserkraft an der Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien weiter wachsen, weit über die aktuelle Kapazität hinaus.
Windkraftanlagen
Windkraftanlagen wandeln die kinetische Energie bewegter Luft in Strom um und können sowohl lokal als auch großflächig eingesetzt werden. Die Nutzung von Windenergie ist weltweit so verbreitet, dass mit ihr mehr Energie als mit Solaranlagen erzeugt wird.
Kleine Generatoren wie der Thames Kosmos Wind Power Kit können genug Strom erzeugen, um eine LED zu betreiben oder eine kleine Batterie aufzuladen. Die Höhe der größten Windkraftanlage der Welt entspricht einem Gebäude mit 50 Stockwerken. Die Anlage hat gerade mit 384,1 MW einen neuen Rekord für die Erzeugung von Strom aus Wind an einem einzigen Tag aufgestellt. Diese Windkraftanlage erzeugte in 24 Stunden ausreichend Strom für beinahe 170.000 Haushalte. Weltweit hat die Windkraft nach der Wasserkraft den zweitgrößten Anteil an der Stromerzeugung.
Solarenergie
Solaranlagen wandeln Sonnenstrahlung in nutzbaren Gleichstrom um. Die Sonne ist mittlerweile zu einer Standardquelle für die Stromversorgung geworden. Sonnenkollektoren finden sich auf gewerblichen Gebäuden, auf Privathäusern und in weitläufigen Anlagen am Boden. Auch wenn die Solarenergie für die meisten Amerikaner wahrscheinlich die sichtbarste erneuerbare Energiequelle ist, nimmt die Solarenergie zurzeit den dritten Platz unter den erneuerbaren Stromquellen ein.
Solarzellen wie Panasonic AM-5610CAR-T können im kleinen Maßstab für die Stromversorgung kleiner Elektronikbaugruppen genutzt werden. Wir sind es gewohnt, dass Solarzellen zu Sonnenkollektoren kombiniert werden. Diese Kollektoren können dann in photovoltaische Solarnetze (PV-Solarnetze) integriert werden, die aufgrund ihrer Größe mit der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen konkurrieren können. Die Umwandlung der Solarenergie in Strom erfolgt über Solaranlageninverter, die Leistungshalbleiter wie onsemi NTH4L022N120M3S nutzen.
China ist weltweit bei der Einführung von Solarenergie führend und hat einen Anteil von 37,5 % an der weltweiten Produktion (IEA). China erzeugt außerdem mehr Solarstrom als die nächsten sieben Länder nach China: USA, Japan, Indien, Deutschland, Australien, Spanien und Italien.
Erzeugung von Strom mit geothermischen Anlagen
Bei der Erzeugung von Strom mit geothermischen Anlagen wird die innere Wärme der Erde zur Stromerzeugung genutzt. Geothermiekraftwerke pumpen Wasser tief in die Erde, das auf natürliche Weise erhitzt, in Dampf umgewandelt und durch eine Dampfturbine geleitet wird. Dieses Verfahren zur Energiegewinnung setzt nur minimale Mengen von Treibhausgasen frei, ist jedoch auf Standorte mit geothermischer Aktivität beschränkt.
Die USA sind weltweit bei der Gewinnung geothermischer Energie führend. Kalifornien ist der Bundesstaat, in dem die meiste Energie mit geothermischen Anlagen erzeugt wird. Geothermie deckt in so unterschiedlichen Ländern wie Island, El Salvador, Neuseeland, Kenia und den Philippinen einen erheblichen Teil des gesamten Strombedarfs ab. In Island deckt die geothermische Energie mehr als 90 % des Heizungsbedarfs ab, wenn auch nicht über die Stromerzeugung. Die Gewinnung geothermischer Energie ist jedoch kein Standardverfahren und hat lediglich einen Anteil von 0,5 % an der weltweiten Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen.
Energiegewinnung mit Gezeiten- und Wellenkraftwerken
In Küstenländern ist die Gewinnung von Energie aus Meereswellen eine neuere Art, Energie aus erneuerbaren Energiequellen zu erzeugen. Bei der Gewinnung von Energie aus dem Meer können Unterwasserturbinen und Gezeitenbojen genutzt werden. 2022 wurden auf diese Weise jedoch lediglich 524 MW erzeugt. Frankreich und Südkorea waren mit 211 bzw. 256 Megawatt weltweit führend.
Die Europäische Union plant jedoch eine Erhöhung der Stromerzeugung mit Wellen- und Gezeitenkraftwerken auf 1 GW bis 2030 und hofft, bis 2050 40 GW zu erzeugen. Einige Experten sind der Ansicht, dass durch Wellen und Gezeitenströme erzeugte Energie mehr als 10 % des weltweiten Strombedarfs decken könnte. Es gibt jedoch zahlreiche Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen dieser Anlagen auf die Ökosysteme der Meere. Andere sind der Ansicht, dass Wellen- und Gezeitenstromanlagen gleichzeitig als Mikroökosysteme für Algen dienen könnten, die CO2 aus der Atmosphäre entfernen. Außerdem könnten sich Schalentiere ansiedeln, die die Meere reinigen.
Die Entwicklung alternativer Energiequellen
Der Wechsel von fossilen Brennstoffen zu alternativen und nachhaltigen Energiequellen ist in vollem Gange, wobei die Akzeptanz von Land zu Land sehr unterschiedlich ist. Länder, in denen eine bestimmte Energiequelle im Überfluss vorhanden ist (z. B. Geothermie in Island, Wellen in Frankreich), entwickeln Techniken, die dann von anderen Ländern kopiert und übernommen werden. Die Entwicklung der Methoden zur Energiegewinnung kann anhand des Grads der weltweiten Verpflichtung beobachtet werden, mit dem wir unsere Abhängigkeit von endlichen und umweltschädlichen fossilen Brennstoffen verringern. In den nächsten Jahrzehnten wird die Verbreitung alternativer Technologien zur Energiegewinnung weiter zunehmen, was den Weg zu einer nachhaltigeren Energiezukunft ebnet.
