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Energie

Als Energie wird die Fähigkeit eines Systems bezeichnet, Arbeit zu leisten. Verschiedene Formen von Energie sind: Wärme, chemische, mechanische und elektrische Energie, die sich ineinander umwandeln lassen.

Einsatz und Umwandlung von Energie - ungenau als Energie-Verbrauch bezeichnet - sind Voraussetzung für den Ablauf sämtlicher Lebensfunktionen. Die Energie der Nahrung wird in Wachstum, Körperwärme und Bewegung umgesetzt. Energie wird gebraucht für die Befriedigung wichtiger Bedürfnisse: Raumwärmebedarf (Heizung), Warmwasserbereitung, Transport (Verkehr). Schließlich ist die gesamte industrielle Produktion nur durch den Einsatz von Energie möglich.

Energie ist heute zu einem der wichtigsten Produktionsfaktoren und zu einer der wichtigsten Quellen von Umweltbelastungen geworden (s.u.)
Weltenergieverbrauch: Bis ins 18. Jahrhundert war

Holz weltweit der wichtigste Energie-Träger. Durch die Nutzung von Kohle wurde die Industrialisierung ermöglicht, gleichzeitig stieg in den Industrieländern der Energie-Verbrauch an. Nach dem Zweiten Weltkrieg hat sich infolge des wirtschaftlichen Aufschwungs und der Bevölkerungszunahme der Energie-Verbrauch sowohl stark erhöht als auch in seiner Struktur gewandelt.

Erdöl und später Erdgas gewannen gegenüber der Kohle stark an Bedeutung. Von den regenerativen Energiequellen spielen bislang nur Biomasse (

Holz) und Wasserkraft eine Rolle. Der Weltenergieverbrauch betrug 1989 356 ExaJoule (EJ), die sich wie folgt aufteilten: Kohle 28%, Erdöl 38%, Erdgas 20%, Kernenergie (Kernkraftwerk) 6%, Wasserkraft 2% und Biomasse 7%. Erfaßt man neben den sog. kommerziellen Energie-Trägern auch (noch) kostenfreie Energie-Träger wie Brennholz, so liefern Biomasse und Wasserkraft 28% der verbrauchten Energie.

In der Dritten Welt deckt die Biomasse sogar 35% des gesamten Energie-Verbrauchs. Die Menschen in den verschiedenen Teilen der Welt sind sehr unterschiedlich mit Energie versorgt. Den vielen Menschen, die unter Energie-Mangel leiden, steht eine kleine Zahl von Menschen gegenüber, die einen hohen Energie-Verbrauch aufweisen: 25% der Weltbevölkerung verbraucht 75% der Weltprimär-Energie. Der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch eines Nordamerikaners liegt um das 5fache über dem Weltdurchschnitt und sogar um das 22fache über dem Verbrauch eines Afrikaners. Prognosen nach wird der Weltenergiebedarf zukünftig infolge weiteren Wirtschafts- und Bevölkerungswachstums gerade in der Dritten Welt stark anwachsen, was, solange der Großteil der Energie aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und

Holz gewonnen wird, zu immensen Umweltrisiken führen wird (Treibhauseffekt).

Deshalb, und wegen der zur Neige gehenden Energiereserven, ist ein Umschwenken auf regenerative Energiequellen Gebot der Stunde.
BRD: Nach dem Zweiten Weltkrieg ist der Primärenergieverbrauch der BRD stark angewachsen, von 4.100 PJ im Jahr 1950 auf 11.092 PJ im Jahr 1973. Während die Kohle 1950 noch ca. 90% der Primär-Energie lieferte, waren es 1973 nur noch 31%. Gleichzeitig konnte das in großen Mengen billig zur Verfügung stehende Erdöl seinen Anteil von ca. 5% (1950) auf 55% (1973) ausdehnen.

Seit der Ölpreiskrise 1973 stagniert der Primärenergieverbrauch trotz weiteren Wirtschaftswachstums. Ursachen sind der sparsamere und rationellere Einsatz von Energie (rationelle Energienutzung) und eine Umstrukturierung der Industrie von einer Energie- und rohstoffintensiven (z.B. Stahlerzeugung) hin zu einer mehr technologie- und dienstleistungsorientierten Industrie.
Bei der Beschreibung des Energie-Verbrauchs treten folgende Größen auf: Das Energie-Aufkommen ist die Gesamt-Energie aller im Land geförderten und importierten Energie-Träger.

Daraus erhält man nach Abzug von Export und Bunkerung den

  • Primärenergieverbrauch, d.h. die tatsächlich im Land verbrauchte Energie. Hiervon wird ein großer Teil in
  • Sekundär-Energie, z.B. Benzin, Heizöl, Strom oder Brikett umgewandelt.
    Bei der Umwandlung treten hohe Verluste, vor allem in Kraftwerken als Abwärme, auf. Die gesamte dem Endverbraucher zur Verfügung stehende Energie heißt
  • End-Energie; sie enthält neben der Sekundär-Energie noch die ohne weitere Umwandlung nutzbare Primär-Energie (z.B. Steinkohle oder Importstrom). 60% der End-Energie werden zur Wärmegewinnung eingesetzt (Heizung, Warmwasserbereitung).
  • Nutz-Energie entspricht dem Energie-Bedarf des Endverbrauchers z.B. an Wärme, Licht oder Kraft. Auch bei der Umwandlung von End- in Nutz-Energie beim Verbraucher treten weitere Verluste auf, z.B. bei der Heizung oder beim Auto, so daß von der eingesetzten Primär-Energie insgesamt vom Verbraucher nur ca. 30% genutzt werden (Wirkungsgrad).

Der Bereich Energie-Gewinnung und -Nutzung ist für einen Großteil der Umweltbelastungen verantwortlich (Externe Kosten).
Förderung: Braunkohle, Steinkohle, Uran;
Nutzung und Umwandlung: Kraftwerk (Kohlekraftwerk, Kernkraftwerk), Verkehr, Heizung, Treibhauseffekt, Saurer Regen, Waldsterben.

Eine Verringerung von Energie-Verbrauch und Umweltbelastung läßt sich z.B. durch folgende Maßnahmen erzielen: Reduzierung des Raumwärmbedarfs (Wärmedämmung, Niedrigenergiehaus, Fenster), umweltfreundliche Heizungssysteme (Fernwärme, Brennwertkessel), Zurückdrängen des Individualverkehrs zugunsten öffentlicher Verkehrsmittel (Verkehr, öffentlicher Personennahverkehr, Schienenverkehr), Reduzierung von Stromanwendungen im Bereich Heizung und Warmwasserbereitung (Strom, Elektrospeicherheizung), Verringerung der Verluste bei der Stromerzeugung (Strom, Kraft-Wärme-Kopplung, Blockheizkraftwerk, Kombikraftwerk), Nutzung industrieller Abwärme und verstärkter Einsatz regenerativer Energiequellen.

Autor: KATALYSE Institut

Endenergie

Siehe Energie.

Autor: KATALYSE Institut

Elektrospeicherheizung

E. gehört zu den ökologisch und wirtschaftlich schlechtesten Heizungssystemen (Heizung).

Das Düsseldorfer Landgericht entschied Anfang 1990, daß das RWE nicht länger mit der Behauptung werben dürfe, E. seien umweltfreundlich und sparsam im Energieverbrauch. Grund sind vor allem die hohen Umwandlungsverluste und Schadstoffemissionen bei der Stromerzeugung (Kraftwerk). Etwa 65% der eingesetzten Primärenergie (Energie) gehen bereits im Kraftwerk als Abwärme verloren.

Derzeit heizen etwa 8% in den alten Bundesländern und 3% in den neuen Bundesländern mit E.. Der Ausbau von E. stagniert, vor allem wegen der vergleichsweise hohen Strompreise - trotz Sondertarifen für Nachtstrom (BTO). In den 70er Jahren war verstärkt für Nachtstrom-E. geworben worden, um die sog. nächtlichen Stromtäler aufzufüllen. Dies geschah jedoch ausschließlich aus ökonomischen Erwägungen der Energieversorgungsunternehmen, die auf diesem Wege ihre preisgünstige Grundlast ausbauen konnten.

Ältere E. sind häufig mit Asbest-Platten ausgestattet, die sowohl im Betrieb als beim Ausbau zu Asbestbelastungen führen können. Insb. der Ausbau von E. sollten nur von Fachkräften vorgenommen werden. Energie- und Verbraucherberater verfügen i.d.R. über Listen, die asbesthaltigen E.-Modelle benennen.

Siehe auch: Brennwertkessel, Heizung

 

Autor: KATALYSE Institut

Elektrosmog

Der Begriff E. beschreibt das Phänomen, daß wir infolge fortschreitender Elektrifizierung in immer größerem Umfang niederenergetischer elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt sind, die wir mit unseren Sinnesorganen nicht wahrnehmen können.

Quellen von E. sind v.a. das 230-V-Stromnetz (Netzfreischalter) und elektrische Geräte (s.u.).
Welche Folgen E. auf die Gesundheit des Menschen hat, ist noch ungenügend erforscht. Einige Wirkmechanismen sind bekannt, so führt elektromagnetische Strahlung im Radio- und Mikrowellenbereich zur Erwärmung des Gewebes (Mobiltelefon, Mikrowellen). Im niederfrequenten Bereich erzeugen elektrische und magnetische Felder Ströme im Körper, deren Auswirkungen nur ungenügend geklärt sind.

Seit etwa 15 Jahren werden vermehrt subtile biologische Effekte, wie z.B. Einflüsse auf die Proteinsynthese, streßähnliche Wirkungen auf Hormonsystem und auf Zellmembran diskutiert.
Wie sich E. aber konkret auf die Gesundheit auswirkt, kann mit heutigem Wissensstand nicht klar beantwortet werden. Erste Anhaltspunkte bieten die sog. elektrosensiblen Menschen. Untersuchungen nach reagieren etwa 4% der Bevölkerung besonders empfindlich auf E..

Bei solchen Menschen genügt oftmals eine Stromleitung oder ein Radiowecker im Schlafbereich, um Störungen wie Schlafprobleme, Kopfschmerzen, Appetitlosigkeit oder chronische Erkrankungen, für die Ärzte keine Erklärung finden, auszulösen.

Epidemiologische Studien weisen u.a. auf ein erhöhtes Leukämierisiko für nahe bei Hochspannungsleitungen lebende Kinder, ein erhöhtes Krebsrisiko (Leukämie, Hirntumore, Lymphome) für Arbeiter aus Elektroberufen und erhöhte Fehlgeburtenrate bei Bildschirm-Arbeiterinnen hin.

Die meisten Studien zeigen zwar erhöhte Gesundheitsrisiken durch E., doch sind die gefundenen Effekte in der Regel klein und die Studien methodisch nicht immer unumstritten. Problematisch sind auch die fehlenden Langzeituntersuchungen. Schließlich wurden die Folgen von E. auch im Tierversuch untersucht. Bei Hühnereiern, die niederfrequenten Magnetfeldern ausgesetzt wurden, zeigte sich eine signifikante Erhöhung von Todesraten und Mißbildungen.

Auch bevor die vielschichtigen Wirkmechanismen des E. vollständig verstanden sind, sollte aus Vorsorgegesichtspunkten die Belastung durch E. Ernst genommen und, wo möglich, reduziert werden. Besonders wichtig ist dabei der Schlafbereich, der z.B. durch netzgetriebene Radiowecker, Stromleitungen (Netzfreischalter, abgeschirmte Kabel), elektrische Heizdecken oder magnetisierte Federkernmatratzen belastet sein kann. Klarheit schafft im Zweifelsfall nur eine Messung durch Fachleute.

Die 1991 und 1992 neu aufgelegten deutschen VDE-Grenzwerte für E.-Belastungen liegen im internationalen Vergleich hoch und nehmen das E.-Problem im privaten Sektor in keiner Weise ernst. Basis scheint eher der rechtlich problemlose Betrieb von z.B. Hochspannungsleitungen in Wohnbereichen zu sein.

Weitere potentielle Belastungen sind Fernseher, Computer-Bildschirme, Mobiltelefone, Halogenlampen, Sendeeinrichtungen und Funknetzwerke (W-LAN, Bluetooth etc.).

Siehe auch:

  • Lit.: KATALYSE: Elektrosmog - Schädigt uns Elektrizität?, Köln 1992

  • Elektromagnetische Strahlung

Autor: KATALYSE Institut

Elektronikschrott

In Deutschland fallen 1992 nach Schätzungen des Umweltbundesamtes ca. 800.000 t gebrauchter Elektronikgeräte an, mit einer jährlichen Zuwachsrate von 5 bis 10%.

Ein besonderes Problem bei der Entsorgung von E. stellt die Vielzahl eingesetzter Materialien und enthaltener Schadstoffe (z.B. Schwermetalle in Farbstoffen, Kunststoffzusätzen und Bildschirm-Gläsern) dar. E. besteht aus einem fast unüberschaubaren Materialmix und einer Vielzahl von Problemstoffen:

Schwermetalle: praktisch alle giftigen Vertreter

Kunststoffe: bis zu 40 verschiedene Kunststoffe, von PVC über Polystyrol und ABS bis zu Polyester, Phenolharzen, Epoxidharzen

Flammschutzmittel: bromierte Biphenyle, bromierte Phenylether und weitere Dioxin-Vorläufersubstanzen (Dioxine und

Furane), krebserzeugendes Antimontrioxid

Bildschirmgläser enthalten: Blei, Barium, Strontium, Cadmium, Phosphor u.a.

Bislang werden Altgeräte über die kommunale Abfallwirtschaft mit dem Hausmüll entsorgt und gelangen damit größtenteils in Hausmüllverbrennungsanlagen oder auf -deponien (Müllverbrennung, Deponie).

Bei der Verbrennung von E., insb. der Leiterplatten, kommt es in vielen Fällen zur Bildung von Dioxinen (Norddeutsche Affinerie AG, Kupferhütten etc.). Hohe Dioxingehalte in Filterstäuben infolge der Verbrennung von Leiterplatten hatten zur Folge, daß man sich bei der Müllverbrennungsanlage Bielefeld weigerte, E. anzunehmen. Dies führte zur getrennten Sammlung der Elektrogeräte.

Z.Z. bestehen für die Bereiche Monitorgläser, Platinen und gemischte Kunststoffe keine großtechnisch anwendbaren Techniken, die aus Sicht der Umwelt aktzeptabel sind.

In Deutschland tritt 1994 eine sog. "E.-Verordnung" in Kraft. Danach sind Hersteller und Händler von Elektrogeräten dazu verpflichtet die Geräte wieder zurückzunehmen.

Es erscheint jedoch fraglich, ob die Verordnung das Ziel einer hohen Erfassungsquote für Altgeräte und damit einer spürbaren Entlastung des Haus- und Gewerbemülls (Hausmüll) überhaupt erreichen wird. Anstatt Maßnahmen zur Schrottvermeidung (Abfallvermeidung) zu ergreifen wie Erhöhung der Lebensdauer, Langlebigkeit, Normung, Nachrüst-Garantien, Reparierbarkeit usw., wird das Recycling von E. überbetont. Eine Beurteilung der Verwertungsverfahren unter dem Gesichtspunkt der Umweltverträglichkeit findet nicht statt.

Autor: KATALYSE Institut

Elektronikindustrie

Die Elektroindustrie steht für 2 große Bereiche, die Energieerzeugung und die Herstellung von Elektronik. Bezüglich des Umweltschutzes ist vorallem die "Reinhaltung der Elemente Luft und Wasser", also die Verringerung des Ausstoß von Chemikalie und Giften sowie die Abgabe von Treibhausgasen in die Luft, von Bedeutung. In der Elektroindustrie werden an vielen Stellen der Produktion zum Teil sehr giftige Chemikalien (Metalle, Schwermetalle, Lösemittel, Arsenverbindungen) eingesetzt, die über Luft und Wasser in die Umwelt emittiert werden können oder den Menschen direkt am Arbeitsplatz gefährden. Um dies zu verhindern werden immer modernere Filteranlagen eingesetzt, welche Abwasser und Abgase reinigen. Nach eigenen Angaben besitzt die Elektroindustrie ein Vielfaches mehr an Möglichkeiten, um sich, durch effizientere Produkte, an der Nachhaltigen gestaltung der Energielandschaft zu beteiligen, als bisher anerkannt.

Autor: KATALYSE Institut

Elektronenstrahlung

E. besteht aus freien Elektronen, die von Radionukliden (Betastrahlung) oder von Teilchenbeschleunigern stammen. E. findet Anwendung in der Strahlentherapie: Ionisierende Strahlung.

Autor: KATALYSE Institut

Elektron

Elektrisch negativ geladenes Elementarteilchen, das zusammen mit Protonen und Neutronen das Atom darstellt.

Ein E. stellt die kleinste existenzfähige Elektrizitätsmenge dar (Elektrizität). Sämtliche chemischen und elektrischen Vorgänge beruhen auf der Wechselwirkung von E.; so z.B. der Stromfluß (Strom) in elektrischen Leitern auf der Bewegung von E. in diesem Leiter.

E. können aus dem Atomverband durch Wärmezufuhr, Lichteinstrahlung (Licht) oder Röntgenstrahlung herausgelöst werden und treten durch spontanen Zerfall radioaktiver Atomkerne (Radioaktivität) und Kernspaltung als Betastrahlung auf.
Werden E. im elektrischen Feld abgebremst, so entsteht Röntgenstrahlung.

Autor: KATALYSE Institut

Elektromagnetische Strahlung

Unter elektromagnetischer Strahlung oder elektomagnetischen Wellen versteht man die sich im Raum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitenden Schwingungen elektrischer und magnetischer Felder.

e nach ihrer Energie äußert sich Elektromagnetische Strahlung höchst unterschiedlich. Nach zunehmender Energie geordnet, unterscheidet man: technischen Wechselstrom, Radiowellen (UKW, MW, LW),
Mikrowellen, Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung), sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgen- und Gammastrahlung.

Besondere Gefahren für den Menschen gehen von der energiereichen Röntgen- und Gammastrahlung aus (ionisierende Strahlung, Strahlenschäden) sowie von UV-Strahlung und Mikrowellen. Gesundheitliche Schäden durch niederenergetische Elektromagnetische Strahlung (Wechselstrom, Radiowellen) werden zunehmend diskutiert (Elektrosmog).

Autor: KATALYSE Institut

Elektroklima

Unter E. versteht man die elektrischen und magnetischen Phänomene in der Umwelt des Menschen.

Hierzu gehören das statische Erdmagnetfeld (ca. 50 Mikrotesla), das statische elektrische Feld in der Atmosphäre (bei Schönwetter 100-550 V/m, bei Gewitter 3.000-20.000 V/m). Die von Blitzen verursachte nieder- und hochfrequente elektromagnetische Strahlung (sog. Atmospherics) regt in der Atmosphäre elektromagnetische Schwingungen in den Frequenzen 8, 14, 20 und 32 Hz an. Darüber hinaus tragen die von der kosmischen Strahlung und der bodennahen Radioaktivität (Terrestrische Strahlung, Radon) verursachten Luftionen (Ionen) zum E. bei.

Seit der zunehmenden Elektrifizierung von Arbeitsplätzen und Wohnungen werden die natürlichen elektrischen und magnetischen Erscheinungen von künstlich erzeugten Feldern überlagert. Diese künstlichen Felder unterscheiden sich in Geometrie, Intensität und Zeitverhalten oft erheblich von den natürlichen Feldern.
Mögliche Schädigungen und Gegenmaßnahmen: Elektrosmog

Siehe auch: Umwelt

Autor: KATALYSE Institut

Elektrofilter

Der E. ist eine Anlage zur Abscheidung von Staub aus dem Rauchgas.

Die Stäube im Rauchgas werden durch Anlegen einer hohen Spannung elektrisch negativ aufgeladen und daher vom positiven Pol des E. angezogen. Die Staubpartikel lagern sich dort ab und werden nach einiger Zeit automatisch abgeklopft. Die Filterrückstände (Flugasche) werden deponiert oder in der Bauindustrie verwendet. 99,9% der im Rauchgas befindlichen Staubmasse kann durch E. abgeschieden werden. Der E. hat nicht für alle Korngrößen des Staubes den gleichen Abscheidegrad.

Insb. Stäube mit kleinem Korndurchmesser (Feinstaub), an denen sich bevorzugt Schwermetalle und andere Schadstoffe (z.B. Dioxine) anlagern, werden nur zu ca. 95% zurückgehalten. E. gehören zur Standardausstattung eines jeden Kohlekraftwerkes.

Andere Techniken zur Staubabscheidung: Rauchgasentstaubungsanlagen, Gewebefilter

Siehe auch: Abscheidung, Staub, Rauchgas

Autor: KATALYSE Institut

Elektrofahrzeug

Ein E. ist ein Kfz, das von einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben wird.

Die elektrische Energie kommt entweder über Schienen oder Oberleitung aus einem Kraftwerk, von einem durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Generator (Hybridantrieb), aus Brennstoffzellen oder aus Batterien, die aus dem Netz oder über Solarmobil) geladen werden.#

Siehe auch: Elektroauto

Autor: KATALYSE Institut

Elektroauto

Unter einem Elektroauto (E-Auto) versteht man einen PKW, der mindestens einen Teil seines Antriebs aus einem Elektromotor bezieht (BMJV 2015). Innerhalb von zwei Jahren hat sich der Bestand in Deutschland verdreifacht: auf ca. eine Million PKW im Jahr 2023 mit reinem Elektroantrieb, was einen Anteil von 2,1 Prozent am Gesamtbestand der PKW-Flotte ausmacht. (Deutschlandatlas o. J.)

Was ist ein Elektroauto

In den meisten E-Autos versorgt ein Lithium-Ionen-Akkumulator mit elektrischer Energie für Antrieb. Der Strom für die Systeme, Beleuchtung und Start des Autos wird wie im Verbrenner durch eine 12V Batterie bereitgestellt. Jeder Akkumulator, kurz Akku, besteht aus Batteriezellen, Kühlung, Gehäuse und Batteriemanagementsystem, das eine lange Lebenszeit der Batteriezellen gewährleisten soll, indem es kontrolliert, dass die Batterie nicht über- oder unterladen wird.

Die elektrische Energie aus dem Lithium-Ionen-Akku wird an den Elektromotor übermittelt und dort in mechanische Energie umgewandelt, die dann als Drehbewegung auf die Achsen übertragen wird. E-Autos haben die Möglichkeit die Bewegungsenergie beim Bremsen zum Akku zurückzuführen.

Die Leistungselektronik (Verbindung zwischen Akku und Elektromotor) wandelt die Gleichspannung der Batterie, in Wechselspannung für den Elektromotor um und ändert beim Rückwärtsfahren die Drehrichtung des Elektromotors.

Gewinnung von Rohstoffen für Elektroautos

In vielen E-Autos sind Metalle enthalten, die aufwendig und unter schwierigen und vielfach fragwürdigen Bedingungen gefördert werden. So wird bspw. der Abbau von Kobalt mit Kinderarbeit und schlechten Arbeitsbedingungen in Verbindung gebracht wird. 34 Prozent bzw. 59.000 Tonnen des weltweit geförderten Kobalt (Cobalt Institute 2022) wurden im Jahr 2021 für die Herstellung von E-Autos verwendet. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Akkus ist Lithium, dessen Abbau sich infolge steigender Nachfrage zwischen 2016 und 2022 verdreifacht hat. Insgesamt stieg der Abbau weltweit von 43.000 Tonnen auf 130.000 Tonnen im Jahr (Schmidt 2023; National Minerals Information Center 2023). Lithium ist ein weltweit in Solen oder Gestein reichlich vorhandenes Metall. In Chile bilden die drei Salzseen der Atacama-Wüste ein riesiges Lithium-Reservoir. Die Sole wird zum gezielten Verdunsten in künstlich angelegte Becken gepumpt, wodurch es zu Problemen bei der Wasserversorgung kommen kann. Als weitere potenziell kritische Rohstoffe werden Metalle der seltenen Erden und Nickel eingesetzt.

Wiederverwendbarkeit und Recycling der E-Auto-Akkus

Akkus werden bei einer Verringerung der Kapazität auf 80 bis 70 Prozent ausgetauscht und im stationären Betrieb eingesetzt, wo sie keinen Beschleunigungsphasen ausgesetzt und langsam und regelmäßig geladen werden und eine Lebenszeit von weiteren 10 bis 12 Jahren haben. Ein Beispiel für einen stationären Betrieb ist das BMW-Werk in Leipzig, in dem seit 2017 Akkus Solar- und Windstrom speichern (ADAC 2023).

Nach dem stationären Betrieb werden die Batterien recycelt. Im Jahr 2030 werden in Europa 150 bis 300 Kilotonnen zu recycelnden Lithium-Ionen-Batterien erwartet, bis 2040 600 bis 2.500 Kilotonnen. Wiedergewonnen werden können unter anderem Aluminium, Lithium Kobalt, Kupfer und Nickel. Im Jahr 2040 könnten 300 bis 1.500 Kilotonnen getrennte und aufbereitete Metalle in die Industrie zurückfließen und somit 40 Prozent des Kobalt- und 15 Prozent des Lithium-, Nickel und Kupferbedarfs für die europäische Batteriezellenproduktion durch Recycling gedeckt werden (ISI 2021).

Das EU-Parlament hat im Jahr 2023 in einer Verordnung Recyclingziele für verschiedene Rohstoffe sowie die Erfassung des gesamten CO2-Fußabdruck von der Rohstoffbeschaffung bis zum Recycling der Batterie ab Juli 2024 vorgeschrieben. Ab 2027 soll zusätzlich ein CO2-Höchstwert für Batterien festgelegt werden, damit mehr Ökostrom genutzt wird als Strom von fossilen Energieträgern. (EU-Kommission 2023; Transport & Environment 2023).

Rohstoffgebrauch in zukünftigen Akkus

Die Weiterentwicklung des Akkus für E-Autos setzt auf alternative Rohstoffen und Technologien. Im Jahr 2021 hat der chinesische Batteriehersteller SVolt den ersten kobaltfreien Akku vorgestellt (PR Newswire 2021). Fast die Hälfte der Tesla-Fahrzeuge verwendete im Jahr 2022 Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LFP-Akkus) und kommen somit ohne Kobalt aus (Greis 2022). Auch der chinesische Autohersteller BYD setzt auf LFP-Akkus (BYD 2023). Gleichzeitig entwickelt das britische Cleantech-Unternehmen Faradion einen Akku, die ohne Lithium, Kobalt und Kupfer auskommt. Natrium-Ionen-Akkus ersetzen Lithium durch Natrium, eines der am häufigsten vorkommende Elemente und stellen mit 90-prozentiger Energiedichte im Vergleich zu LFP-Akkus eine effiziente, kostengünstigere und nachhaltigere Alternative dar, die zudem kälteresistenter ist als herkömmliche Akkus (Jendrischik 2023).

Reichweite

Durchschnittlich beträgt die Reichweite einer Ladung bei elektrischen Mittel- und Kompaktklassen nach Worldwide Harmonised Light-Duty Vehicles Test Procedure 450 km (ElektroMobilitätNRW o. J.). Die größte Reichweite mit einer Ladung erreicht Mercedes Benz E-QS mit bis zu 770 km. Der vom Autohersteller Nio angekündigte ET7 soll eine Reichweite von 1000 km erreichen (Knecht et al. 2022). In der Praxis fällt die Reichweite von E-Autos oft niedriger aus, weil auf längere Zeit eine höhere Geschwindigkeit gefahren wird oder energieintensive Anwendungen wie Klimaanlagen (Jin 2023).

Ladeinfrastruktur und -dauer

Die Ladeinfrastruktur wurde in Deutschland stark ausgebaut. So hat sich die Anzahl der Ladesäulen seit 2017 mehr als verzehnfacht, von 82.402 Ladesäulen im Jahr 2022 auf 115.308 Ladesäulen im Jahr 2023. Dies entspricht ein Zuwachs von 40 Prozent. Die Bundesländer mit den meisten Ladepunkten sind Bayern, Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen. Insbesondere die Anzahl der Schnellladepunkte mit einer Leistung von mindestens 22 kW ist gestiegen, 60 Prozent der Schnellladepunkte erzielen eine Leistung von über 149 kW (Bundesnetzagentur o. J.).

Es gilt jedoch zu beachten, dass Ladeleistung und Ladedauer stark von der Außentemperatur und dem Ladestand abhängig sind. Bei Minusgeraden kann die Ladedauer um 40-70 Prozent steigen kann, je nach Modell und Hersteller. Um ein schnelleres Laden zu ermöglichen, haben Hersteller wie Tesla eine Technologie entwickelt, die den Akku vor der Ladung aufheizen lässt und in 30 Minuten Strom für eine Reichweite von 300 Km geladen werden kann (ADAC 2024b).

In China bietet der Autohersteller NIU eine Technologie, die den Ladevorgang des Akkus mit dem Austausch des Akkus ersetzt. In 1.200 Stationen ist es bereits möglich, den Akku des Autos gegen einen geladenen Akku auszutauschen.

Emissionen Elektroauto im Vergleich zum Verbrenner

Autos mit Elektroantrieb und Verbrennern, die mit Diesel oder Benzin angetrieben werden unterscheiden sich vor allem durch die bei der Herstellung, Nutzung und Entsorgung der Fahrzeuge entstehenden Emissionen von CO2-Äquivalenten.

Bei Herstellung von E-Autos fallen infolge des leistungsstarken Akkus (Anteil: etwa 5 t CO2-Äq.) mit etwas mehr als 12 Tonnen CO2-Äquivalenten pro Fahrzeug fast doppelt so viele Emissionen an, wie bei der Herstellung eines Verbrenners (Benzin: etwa 6 t CO2-Äq.; Diesel: etwa 7 t CO2-Äq.) (EFI et al. 2022).

Die nutzungsbedingten Emissionen sind bei E-Autos sind abhängig vom Anteil erneuerbarer Energien im Strommix. Im Jahr 2020 betrugen die Emissionen des deutschen Strommixes unter Berücksichtigung der Vorkette 438 g CO2-Äquivalente pro kWh (Umweltbundesamt 2022), beim Benzinantrieb 2.920 g und beim Dieselantrieb 3.230 g CO2-Äq. pro l (EFI et al. 2022).

Laut einer Studie des ifeu Instituts hat ein E-Auto nach vier Jahren bzw. ca. 59.000 km Nutzung insgesamt weniger Emissionen ausgestoßen als ein Fahrzeug mit Benzinantrieb und nach 5,5 Jahren bzw. ca. 71.000 km als ein Fahrzeug mit Dieselantrieb (BMUV 2022; Kämper et al. 2020).

Während der Nutzung von Verbrenner-Fahrzeugen entstehen zudem Umweltbelastungen, die bei der Nutzung von E-Autos nicht entstehen wie Sommersmog, Versauerung von Ökosystemen sowie Stickstoffeintrag in Böden und Gewässer. Passanten werden durch Verbrenner-Fahrzeuge gesundheitsschädigenden Abgasen wie krebserzeugendem Benzol, Rußpartikeln und Stickoxiden ausgesetzt. Ebenfalls entstehen auf lokaler Ebene Sachgüterschäden an Gebäuden und Materialien.

Sowohl Verbrenner-Fahrzeuge als auch E-Autos sind durch den Reifenabrief bei Gebrauch rund ein Drittel aller Mikroplastik-Emissionen zuzurechnen (ADAC 2024a). Für die Menge an Mikroplastik-Emissionen, die ein Fahrzeug erzeugt, ist die die Antriebsart kein entscheidender Faktor. Es gilt jedoch, je größer das Gewicht eines Fahrzeugs, desto größer ist der Reifenabrieb und die Erzeugung von Mikroplastik-Emissionen. Da E-Autos tendenziell ein wenig schwerer sind, haben sie einen größeren Reifenabrieb als Verbrenner-Fahrzeuge (OECD Environmental Policy Committee 2020).

Sicherheit der verbauten Batterien

Grundsätzlich gilt: alle zugelassenen Fahrzeuge erfüllen die gesetzlichen Anforderungen an die Sicherheit. Für den Lithium-Ionen-Akku bedeutet das, dass der Stromfluss bei einem Unfall sofort unterbrochen wird und um Verformung entgegenzuwirken ist der Akku gleichzeitig von außen verstärkt. Laut des deutschen Feuerwehrverbands (Fachausschuss Vorbeugender Brand- und Gefahrenschutz der deutschen Feuerwehren (FA VB/G) 2018) besteht bei E-Autos keine verstärkte Brandgefahr im Vergleich zum Verbrenner. Auch laut ADAC ist die Sicherheit der Elektrofahrzeuge bei Crashtests gleich zum Verbrenner. Feuer, das bei einer Verformung eines Lithium-Ionen-Akkus durch Thermal runaway entsteht, muss mit viel Wasser gelöscht werden, aber andere Brandlasten (wie Kunststoff) sind ausschlaggebender für die Brandintensität (ADAC 2022).

Literaturverzeichnis

(Stand 12.2023)

 

Autor: Ramin Tadi, Jana Weimer

Elektrizitaet

E. ist die Gesamtheit aller Erscheinungen, die auf ruhende oder bewegte elektrische Ladungen zurückzuführen sind.

Elektrische Ladungen erzeugen stets ein elektrisches Feld; werden elektrische Ladungen bewegt (elektrischer Strom), entstehen magnetische Felder.
Umweltschäden durch Nutzung von E. treten auf bei der Erzeugung von Strom in Kraftwerken, bei der Verteilung (Hochspannungsleitungen) und schließlich beim Verbraucher (Bildschirm, Fernseher, Mobiltelefon). Auswirkungen von E. auf den Menschen: Elektrosmog, Elektroklima.

Autor: KATALYSE Institut

Elektrisch Heizen

E. gehört zu den ökologisch und wirtschaftlich schlechtesten Heizungssystemen (Heizung).

Dies liegt v.a. an den hohen Umwandlungsverlusten und Schadstoffemissionen bei der Stromerzeugung (Kraftwerk). Etwa 65% der eingesetzten Primärenergie (Energie) gehen bereits im Kraftwerk als Abwärme verloren.
Beim E. unterscheidet man zwischen Direktstromheizungen (z.B. Heizlüfter) und Elektrospeicherheizungen.
Ökologisch empfehlenswerte Alternativen: Fernwärme, Brennwertkessel

Siehe auch: Heizung

Autor: KATALYSE Institut

Einspeisevergütung

Die Einspeisevergütung erhalten Stromerzeuger, die ihren erzeugten Strom aus Solaranlagen, Biomasseanlagen, Geothermie oder Windkraft ins öffentliche Stromnetz einspeisen.

Zum 1. August 2004 ist das novellierte Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (
EEG) in Kraft getreten. Die Netzbetreiber sind danach verpflichtet, den in ihrem Netzgebiet erzeugten Strom aus erneuerbaren Energien abzunehmen und zu vergüten. Die Vergütung erfolgt zuzüglich der jeweils gültigen Umsatzsteuer, sofern der Kunde umsatzsteuerpflichtig ist.

Die Einspeisevergütung aus dem
EEG:
1. Deponiegas, Grubengas und Klärgas Netto-Vergütung

  • bis 500 kW 7,55 ct/kWh
  • über 500 kW – max. 5.000 kW 1*) 6,55 ct/kWh
  • Grubengas > 5.000 kW 6,55 ct/kWh

Weitere Zuschläge/Bonusregelungen je nach Anlagenart u. Betriebsweise sind möglich (§7 Absatz 2). Bei Inbetriebnahme der Einspeiseanlage im Folgejahr verringert sich die Einspeisevergütung um 1,5 Prozent.

2. Wasserkraft Netto-Vergütung

  • bis 500 kW 9,67 ct/kWh
  • über 500 kW – 5.000 kW 1*) 6,65 ct/kWh

3. Produkten oder biologischen Rest- und Abfallstoffen (Biomasse)

  • bis 150 kW Leistung 11,33 ct/kWh
  • bis 500 kW Leistung1*) 9,75 ct/kWh
  • bis 5.000 kW Leistung 1*) 8,77 ct/kWh
  • ab 5.000 kW – 20.000 kW Leistung1*) 8,27 ct/kWh

Weitere Zuschläge/Bonusregelungen je nach Anlagenart u. Betriebsweise sind möglich (§8 Absatz 2). Bei Inbetriebnahme der Einspeiseanlage im Folgejahr verringert sich die Einspeisevergütung um 1,5 Prozent.

4. Geothermie (Erdwärme)

  • bis 5.000 kW Leistung 15,00 ct/kWh
  • bis 10.000 kW Leistung 14,00 ct/kWh
  • bis 20.000 kW Leistung 8,95 ct/kWh
  • ab 20.000 kW Leistung 1*) 7,16 ct/kWh

1*) Ab einer gemessenen bzw. installierten elektrischen Leistung von 500 kW, 5.000 kW oder 20.000 kW wird die eingespeiste Strommenge leistungsanteilig nach den jeweiligen Vergütungssätzen vergütet. Weitere Informationen zur Vergütungsregelung vgl.
EEG vom 21. Juli 2004, BGBl. I Nr. 40, 2004, S. 1918 ff. entnehmen.

5. Solare Strahlungsenergie (Photovoltaik) ohne Leistungsbeschränkung

  • Aufstellort bis 30 kW bis 100 kW über 100 kW
  • Dachflächen 54,53 ct/kWh 51,87 ct/kWh 51,30 ct/kWh
  • Fassadenflächen 59,53 ct/kWh 56,87 ct/kWh 56,30 ct/kWh
  • Freiflächen 43,42 ct/kWh 43,42 ct/kWh 43,42 ct/kWh

Die Vergütungssätze gelten kumulativ bei Überschreitung der Leistungszonen. Bei Inbetriebnahme der Einspeiseanlage im Folgejahr verringert sich die Einspeisevergütung um 5 Prozent. Bei Freiflächenanlagen verringert sich die Einspeisevergütung ab dem 01.01.2006 um 6,5 Prozent.

6. Windkraft (Windenergieanlagen) Onshore

  • für die Dauer von min. 5 Jahren 8,53 ct/kWh
  • danach abhängig vom Anlagentyp, Standort, Referenzanlage und Referenzertrag 5,39 ct/kWh

Bei Inbetriebnahme der Einspeiseanlage im Folgejahr verringert sich die Einspeisevergütung um 2,0 Prozent. Die Vergütungssätze sind nur auszugsweise dargestellt.

Die Einspeisevergütung entscheidet maßgeblich über die Wirtschaftlichkeit von Anlagen zur dezentralen Energieversorgung (Blockheizkraft) und die Nutzung regenerativer Energiequellen. Gegenüber den noch vor 15 Jahren üblichen Einspeisevergütungen von 4 bis 8 Pf/kWh sind die seit 1991 im Stromeinspeisegesetz festgelegten Einspeisevergütungen ein erheblicher Fortschritt: Das Einspeisegesetz verpflichtet die Energieversorgungsunternehmen, Strom aus Wind- und Sonnenenergie (Solarzelle) zu 90 Prozent ihrer durchschnittlichen Stromverkaufserlöse zu vergüten. 

Siehe auch: Strom

Autor: KATALYSE Institut

EEG

Siehe Erneuerbare Energien Gesetz, Elektroenzephalogramm.

Autor: KATALYSE Institut

Dezentrale Energieversorgung

 Unter Dezentrale Energieversorgung versteht man die verbrauchernahe Erzeugung von Wärme und insbesondere Strom in vielen kleinen Anlagen.

Die dezentrale Energieversorgung ist das Gegenteil zur zentralen Energieversorgung (Stromversorgung durch einzelne große Energieerzeuger).
Dabei soll Strom mit regenerativen Energiequellen und mit Kraft-Wärme-Kopplung unter Abwärmenutzung möglichst in Verbrauchernähe erzeugt werden. Dabei finden Blockheizkraftwerke und kleine Heizkraftwerke Verwendung (Nahwärme und Fernwärme wird zum Heizen von Häusern, Industrieanlagen, etc. genutzt). Dadurch wird ein Wirkungsgrad von bis zu 90% erreicht. Gegenüber der zentraler Energieversorgung, die bei der Stromversorgung hohe Umwandlungs- und Verteilungsverlust (nur etwa 30-40 Prozent der Primärenergie wird in Strom umgewandelt) haben (Kraftwerk, Hochspannungsleitung), spart die Dezentrale Energieversorgung große Mengen an Primärenergie (Energie).
Unter Verwendung moderner Technologien (z.B. Katalysator bei Blockheizkraftwerken) und Nutzung regenerativer Energiequellen führt die dezentrale Energieversorgung zur Verminderung der Schadstoffemissionen.

Durch Veränderungen der politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen (im Kyoto-Protokoll festgelegte CO2-Minderungsziele und die von der Bundesregierung beschlossene Energiewende, usw.) sowie einer Sensibilisierung für die Verknappung der endlichen Ressourcen und die weltweit steigende Nachfrage nach Energie (steigende Energiepreise) wird eine dezentrale Energieversorgung immer wichtiger.
Die Bundesregierung möchte daher die Energieeffizienz durch eine dezentrale Energieversorgung erhöhen, so soll z.B. bis 2020 die Kraft-Wärme-Kopplung einen Anteil von 25 Prozent an der deutschen Stromerzeugung ausmachen ). 2010 betrug der Anteil der KWK-Wärmenutzung an der Wärmeerzeugung in Deutschland 14 Prozent (vgl. Umweltbundesamt 2012). Gefördert durch das KWK-Gesetz und das
EEG konnte der Anteil der KWK-Stromversorgung in den Jahren 2003 bis 2010 um 22% steigen und wird wahrscheinlich durch das Mini-KWK-Programm (Kraft-Wärme-Kopplung), welches 2012 erneut ins Leben gerufen wurde, weiter zunehmen. (vgl. Umweltbundesamt 2012)

Lit.

Autor: KATALYSE Institut

Brennwertkessel

Der B. stellt die modernste Heizkesseltechnologie für das Verbrennen von Erdöl bzw. Erdgas dar.

B. können zu Heizzwecken und zur Brauchwassererwärmung genutzt werden. B. verbrauchen deutlich weniger Energie und geben erheblich weniger Schadstoffe an die Umwelt ab als konventionelle Heizkessel.
Bei herkömmlichen Heizkesseln werden die Abgase mit Temperaturen von über 150 Grad C in den Schornstein abgeleitet. B. sind in der Lage, den Abgasen über einen zweiten Wärmetauscher einen großen Teil ihrer Wärme zu entziehen und für den Heizkreislauf nutzbar zu machen. Dabei wird auch der Wasserdampf, der als Verbrennungsprodukt in den Abgasen enthalten ist, so weit abgekühlt, daß er kondensiert und dabei zusätzliche Wärme (die sog. Kondensationwärme) freisetzt. Je niedriger die Rücklauftemperaturen der Heizung sind, desto mehr Abgaswärme wird genutzt. Deshalb erreichen B. ihren höchsten Wirkungsgrad mit niedrigen Vor- und Rücklauftemperaturen (Niedertemperatur-Heizsysteme).

Mit dem Begriff "Brennwert" bezeichnet man die gesamte Wärmemenge, die bei der Verbrennung entsteht, also auch die im Wasserdampf gebundene Wärme. Der sog. Heizwert ist der Brennwert abzüglich der Kondensationswärme des Wasserdampfes. Bei Gas macht diese Kondensationswärme 11% des Heizwertes aus (Öl: 6%).
Vorteile von B.: B. haben verglichen mit modernen, konventionellen Heizkesseln ein um 10-20% bessere Energieausnutzung. Bezogen auf den Heizwert liegen ihre Wirkungsgrade zwischen 105 und 110% (bei Gas). Zusammen mit dem Wasserdampf kondensieren auch die im Abgas befindlichen Schadstoffe, vor allem Stickoxide und Schwefeldioxid (bei Öl), und gelangen somit nicht in die Abluft. Dafür bilden sie mit dem kondensierten Wasser ein schwachsaures Kondensat, das bei Gas-B. unter 25 kW i.d.R. direkt ins Abwasser eingeleitet werden darf und durch die alkalischen Haushaltsabwässer (Wasch- und
Reinigungsmittel) weitgehend neutralisiert wird.

Bei größeren Gas-B. und bei Öl-B. (Bildung von schwefliger Säure) muß eine Neutralisationsbox vorgeschaltet werden. Damit der Schornstein nicht vom Kondensat angegriffen wird, muß er aus Edelstahl oder speziellen Kunststoffen bestehen. B. können auch im Dachgeschoß installiert werden. Während Gas-B. eine völlig ausgereifte Technologie darstellen, bestehen bei Öl-B. aufgrund ihres aggressiveren Kondensats zum Teil noch Korrosionsprobleme. In Deutschland werden B. von einzelnen Ländern und Städten bezuschußt, wodurch sie dann nur noch wenig teurer als konventionelle Kessel sind. In Holland und Frankreich sind Gas-B. bereits weit verbreitet. Inzwischen haben bundesweit alle Hersteller B. im Programm.

Siehe auch: Heizung

Autor: KATALYSE Institut

Brennstoffzelle

Eine B. setzt mit Hilfe einer elektrochemischen Reaktion chemische Energie direkt in elektrische Energie (Strom) um, ohne Umweg über die Verbrennung.

Eine B. besteht in ihrer ursprünglichen Form aus zwei porösen Metall-Elektroden, die in einen Elektrolyten z.B. Schwefelsäure eintauchen. Die Anode wird mit Sauerstoff (oder Luft) versorgt, die Kathode mit einem brennbaren Gas. Als brennbares Gas kommen u.a. Wasserstoff, Erdgas, Deponiegas, Biogas und Methan in Frage.

Die B. entspricht dem Prozeß des Säure-Akkumulators, nur daß über die Gase kontinuierlich Energie zugeführt wird. Man kann die B. auch als umgekehrte Elektrolyse auffassen.
Die B. weist gegenüber konventioneller Stromerzeugung (Verbrennung) erhebliche Umweltvorteile auf:

B. emittieren nur extrem geringe Mengen an Schwefeldioxid, Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Staub, und auch ihre Kohlendioxid-Emissionen liegen um 20 bis 60% unter denen von z.B. Gas-Kraftwerken oder Automotoren (Ottomotor, Dieselmotor).

B. weisen mit mindestens 50% den höchsten Wirkungsgrad aller Stromerzeugungssysteme auf, ein Wirkungsgrad von 80% wird angestrebt.

B. verursachen weder Lärm noch Erschütterungen und sind erheblich leichter als konventionelle Akkumulatoren.

Die Verwertung von solarem Wasserstoff in B. ist von besonderem Interesse (Wasserstofftechnologie).
Nachdem in den letzten Jahren eine Reihe von Werkstoff-Problemen gelöst werden konnten, wird der B. eine große Zukunft prophezeit: vom Kraftwerk über dezentrale Energieversorgung bis hin zum Auto-Antrieb. 1993 soll das erste Elektroauto auf den Markt kommen, das über eine B. betrieben wird. Als Brenngas soll Wasserstoff in Metallhydrid-Speichern verwendet werden. Ein solches Auto wird erheblich weniger Schadstoffe als ein konventionelles Elektroauto emittieren.

Lit.: Bild der Wissenschaft 9/91

Autor: KATALYSE Institut

Brennstoffkreislauf

Zum Brennstoffkreislauf zählen alle Anlagen und Verfahren zur Versorgung und Entsorgung von Kernkraftwerken mit Brennstoff (Uran, Plutonium, Thorium (Hochtemperaturreaktor).

Kritiker sprechen lieber von der Brennstoffspirale, da an allen Stellen des Brennstoffkreislaufes nicht weiter verwendbare radioaktive Stoffe anfallen: Spaltprodukte (Kernspaltung) als Atommüll, aber z.B. auch Plutonium, das beim 3. Durchlauf des Brennstoffkreislaufes bereits durch hohe Anteile unbrauchbarer Isotope verunreinigt ist. Der Brennstoffkreislauf beginnt mit der Uranerzgewinnung (Uran) im Bergwerk und der anschließenden Erzaufbereitung.

In einer Konversionsanlage wird Uran in Uranhexafluorid umgewandelt, damit es in der Anreicherungsanlage auf einen Uran-235-Gehalt von 3% angereichert werden kann (für Leichtwasserreaktoren, Kernkraftwerk). Aus dem angereicherten Uran werden Brennelemente hergestellt, die dann im Kernkraftwerk Einsatz finden.

Nach etwa drei Jahren sind die Brennelemente abgebrannt und werden nach einer Verweilzeit von etwa einem Jahr im Abklingbecken des Kernkraftwerks, wo ihre Aktivität (Halbwertszeit) und Nachzerfallswärme abklingen, in ein Zwischenlager gebracht, von wo aus sie direkt der Endlagerung (Atommüll) oder der Wiederaufarbeitung zugeführt werden.

Aufgrund fehlender Zwischenlager verweilen die abgebrannten Brennelemente oft in Kompaktlagern, im oder neben dem Kernkraftwerk. Das in der Wiederaufarbeitungsanlage gewonnene Uran und Plutonium gelangt wieder zur Anreicherungsanlage, der Restmüll zur Endlagerung (Atommüll).
Umweltbelastung: In allen Stufen des Brennstoffkreislaufes kommt es auch im störungsfreien Betrieb zur Abgabe radioaktiver Stoffe, die sich in der Umwelt anreichern können (Anreicherung).

Die größten radioaktiven Belastungen beim störungsfreien Betrieb gehen aus von: Uranerzgewinnung und -aufarbeitung (Uran) und Wiederaufarbeitung. Vergleichsweise geringer sind die Belastungen bei: Kernkraftwerk, Zwischenlager (s.u.) und Atomtransporten (s.u.). Konversion, Anreicherung, Brennelementherstellung und Atommüll spielen beim störungsfreien Betrieb die geringste Rolle.

Die
Strahlenbelastung für Arbeiter liegt bei allen Stufen des Brennstoffkreislaufes, außer der Endlagerung, deutlich über der Belastung, der die normale Bevölkerung ausgesetzt ist. Das eigentliche Risiko des Brennstoffkreislaufes stellen Störfälle dar, besonders bei Kernkraftwerken (GAU, Schneller Brüter, Harrisburg, Tschernobyl), Wiederaufarbeitung, Atommüll, Transport und Anreicherung, Zwischenlager (Brände).

Zwischenlager und Transport: Bei der trockenen Zwischenlagerung werden die Brennelemente in Transportbehältern freihängend in großen, offenen Hallen bei Luftkühlung aufbewahrt.

Durch feine Risse in den Brennstäben, die sich durch Störfälle mit Überhitzung (z.B. Brand) vergrößern können, gelangen vor allem radioaktive Gase und leicht flüchtige Substanzen in die Umwelt. Im Jahr 2000 rechnet man mit jährlich 17.000 Transporten radioaktiver Substanzen im Brennstoffkreislauf vor allem mit Bahn und Lkw. Besondere Gefahren gehen vom Transport abgebrannter Brennelemente, Uranhexafluorid und Plutonium aus.

Die zulässige
Strahlenbelastung durch Gammastrahlung ist in der Gefahrgutverordnung festgelegt: 2 mSv (Sievert) pro Stunde an der Oberfläche intakter Transportbehälter und 0,1 mSv/Stunde in 2 m Abstand. Die Grenzwerte können zu erheblichen Strahlenbelastungen des Bahnpersonals führen. Untersuchungen ergaben Strahlendosen von bis zu 1,4 mSv/Jahr (
Strahlenbelastung). Die Gruppe Ökologie Hannover rechnet etwa alle 300 Jahre mit einem schweren Transportunfall mit Freisetzung großer Mengen Radioaktivität und einigen tausend Toten.

Derzeit ist weltweit kein Rückversicherungsschutz für radioaktive Verseuchungen durch Transportunfälle zu erhalten.
Die Todesfälle durch radioaktive Abgaben im gesamten Brennstoffkreislauf können grob abgeschätzt werden: Der 20jährige Betrieb eines 1.200-MW-Kernkraftwerks (einschl. Versorgung und Entsorgung) verursacht je nach Studie zwischen 70 und 920 Todesfälle innerhalb von 500 Jahren.

Durch radioaktive Stoffe mit großen Halbwertszeiten werden in den darauffolgenden Jahrtausenden weitere 8.000 bis 23.000 Todesfälle erwartet. Radioaktivität verursacht zudem Krankheiten, die nicht zwangsläufig zum Tode führen, genetische Schäden und Schädigung der Pflanzenwelt.
Strahlenschäden, Waldsterben.

Anlagen in Deutschland: Urananreicherungsanlage in Gronau, Brennelementefabrik in Lingen, Siemens Brennelementwerk Hanau (auch: Mischoxid(MOX)-Brennelemente), Zwischenlager Ahaus und Gorleben (je 1.500 t abgebrannter Kernbrennstoff), Mitterteich und Greifswald, und die Pilotkonditionierungsanlage in Gorleben (voraussichtliche Inbetriebnahme 1995) zur direkten Endlagerung.

Obwohl in den alten Bundesländern seit über 30 Jahren Kernkraftwerke betrieben werden, ist der Brennstoffkreislauf nicht geschlossen: Wiederaufarbeitung, Atommüll. Der Weg des deutschen Atommülls ist noch völlig offen; neben der Option auf Wiederaufarbeitung in La Hague steht die direkte Endlagerung. Die Verträge mit La Hague können auch als reine Lagerverträge aufgefaßt werden, da explizit eine Rückholklausel seitens der deutschen Atomindustrie eingeräumt ist. Ähnliches gilt für die Brennelemente aus deutschen Forschungsreaktoren, die im schottischen Dounreay zwischengelagert und 1996 in deutsche Zwischenlager umgelagert werden sollen.

Autor: KATALYSE Institut

Brennstoffentschwefelung

Bei der B. wird der in fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl, Erdgas) enthaltene Schwefel chemisch oder physikalisch abgetrennt.

In Kohlen ist der Schwefel teilweise als anorganische Verbindung (meistens Pyrit FeS2) und teilweise als organische Verbindung enthalten. Der Pyrit kann mit trocken oder naß arbeitenden Verfahren wegen seiner magnetischen Eigenschaften und seiner höheren Dichte gegenüber den anderen Bestandteilen der Kohle physikalisch gewonnen werden. Etwa 70% des in der Kohle enthaltenen Pyrits lassen sich mit diesem Verfahren abscheiden. Der organisch gebundene Schwefel kann nur durch chemische Behandlung (z.B. mit Wasserstoff) aus der Kohle entfernt werden.

Die chemische Kohleentschwefelung ist bei geringeren Entschwefelungsgraden teurer als die Rauchgasentschwefelung (Rauchgasentschwefelungsanlage). Die physikalische Kohleentschwefelung ist billiger als die Rauchgasentschwefelung, aber erzielt nur Entschwefelungsgrade von rund 50%.
Die Entschwefelung der Öle wird in der Erdölraffinerie durchgeführt. Das leichte Heizöl enthält z.Z. maximal 0,15% Schwefel. Eine Entschwefelung auf weniger als 0,1 Gew.-% Schwefel ist möglich. Die B. von leichtem Heizöl ist eine effektive und billige Maßnahme zur sofortigen Verringerung der Emissionen von Schwefeloxiden aus Ölheizungen (Heizung) und Gewerbefeuerungen.

Siehe auch: Kohle, Erdgas, Schwefel

Autor: KATALYSE Institut