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Sonnenkollektoren

S. sind ein Bestandteil solarthermischer Anlagen. Sie absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozesswärme genutzt werden kann. (Stromerzeugung: Photovoltaik-Anlagen, Solarzellen, Solarkraftwerke)

Man unterscheidet zwischen Flachkollektoren, Vakuumflachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren. Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.

Details:
Die gebräuchlichste und preiswerteste Bauart von S. sind die Flachkollektoren. Allerdings besitzen diese, im Gegensatz zu den anderen Bauarten, höhere Wärmeverluste. Bei Vakuumflachkollektoren befinden sich die Absorber in einem luftleeren Raum mit ca. 700 mbar Unterdruck. Sie besitzen eine sehr gute Wärmedämmung und einen höheren Wirkungsgrad. Die teuerste Bauart, allerdings auch die besten Wirkungsgrade weisen Vakuumröhrenkollektoren auf. Der Absorber befindet sich hier, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr. Man unterscheidet zwei Prinzipien:

1. Heat Pipe
In einem geschlossenem Glasrohr (Wärmerohr) verdampft eine Primärflüssigkeit (z.B. Alkohol). Der leichte Dampf steigt in das obere Rohrende, das in einem Wärmeträger mündet und gibt seine Energie an die Solarflüssigkeit ab. Dort kommt es aufgrund der Energieabgabe zu Kondensation und die Flüssigkeit fliest nach unten, worauf sie durch Wärmezugabe erneut verdampft. Der Prozess beginnt von vorne.

2. Direkt durchflossene Röhren
Im Gegensatz zum Heat Pipe System, fliest hier die Solarflüssigkeit direkt durch eine als Doppelrohr ausgeführte Absorberröhre. Dieses hat den Vorteil, dass auch ein waagerechter Einbau ermöglicht wird.

Am meisten verbreitet ist der Einsatz von S. in Anlagen zur Brauchwassererwärmung. Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000-fach praktisch erprobt.

Eine weitere sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt. In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m2 große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m3 angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt.

Autor: KATALYSE Institut

Sonnenkollektor

S. absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozeßwärme genutzt werden kann.

(Stromerzeugung: Solarkraftwerke, Solarzellen)
Am meisten verbreitet sind Anlagen zur Brauchwassererwärmung (s. Graphik). Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000fach praktisch erprobt.

Alle Länder, deren Sonnenverhältnisse vergleichbar mit denen in Italien oder Spanien sind, könnten einen Großteil ihres Warmwassers mit Hilfe von S. bereitstellen. Bislang haben dies allerdings erst wenige Länder realisiert, wie z.B. Zypern, Israel, Jordanien, wo S. bereits 25-65% der Warmwasserbereitung in privaten Haushalten übernehmen.
In Westdeutschland waren Ende 1992 etwa 900.000 m2 S.-Fläche installiert, die überwiegend in den Jahren 1990-1992 angebracht wurde. Die großen Potentiale, die S. in Deutschland als Wärmelieferant besitzen, sind damit allerdings erst zu Bruchteilen ausgeschöpft (Regenerative Energiequellen).
Über 50% der installierten S. dienen der privaten Warmwasserbereitung, gefolgt von privaten und öffentlichen Schwimmbadanlagen. Zu Heizzwecken können S. erst dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn kleine, preisgünstige Langzeitspeicher existieren, die die im Sommer eingefangene Sonnenwärme bis in den Winter hinein speichern können (Speicherung, Latentwärmespeicher).
Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.
Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m2 Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von den S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und S. Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 10.000-15.000 DM. Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren.
Die frostsichere Solarflüssigkeit im S.-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen.
Zur Brauchwassererwärmung genügen i.d.R. einfache Flachkollektoren mit Jahreswirkungsgraden von 25-35% (spezifischer Nutzgewinn pro Jahr 180 kWh/m2) und maximalen Temperaturen von 100 Grad C. Nur in speziellen Fällen lohnen sich Vakuumflachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, bei denen sich der Absorber, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr befindet. Mit solchen hochwertigen (und teuren) Kollektoren können Temperaturen von über 100 Grad C erreicht werden, womit sie auch Prozeßwärme für industrielle Prozesse bereitstellen können (z.B. Wäschereien). Diese Möglichkeit wird in Deutschland bislang praktisch nicht genutzt.
Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.
Eine sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt.
In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m2 große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m3 angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt; als erste Standorte sind Offenburg und Stuttgart im Gespräch.
Nutzung von Solarenergie zur Stromerzeugung: Solarzelle

Autor: KATALYSE Institut

Solarzellen

S. sind Halbleiterbauelemente, die Licht (Globalstrahlung) direkt in elektrischen Strom umwandeln können (photo-voltaischer Effekt, daher auch der Name Photovoltaik).

I.d.R. dient Silizium als Grundmaterial. Man unterscheidet zwischen mono- und polykristallinen Siliziumzellen, amorphen Siliziumzellen und Dünnschichtzellen. Zum letzteren Zellentyp gehören Solarzellen, die nicht aus kristallinem Silizium hergestellt werden und sehr dünn sind. Wird die Solarzelle beleuchtet, steht an den elektrischen Anschlüssen eine Gleichspannung von etwa 0,5 Volt zur Verfügung. Der Strom und damit auch die Leistung, die entnommen werden kann, hängen von der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Zellenfläche, d.h. der Größe der Empfängerfläche, ab. S. werden zu Solarmodulen zusammengeschaltet und mit weiteren Komponenten als Photovoltaik-Anlage zur Stromerzeugung genutzt.

Details:
Monokristalline S. aus industrieller Fertigung wandeln heute etwa 16 bis 18% (Labor: 20-25%) des auftreffenden Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Polykristalline S. weisen etwas schlechtere Wirkungsgrade auf. Das Verfahren der amorphen Zellen geht mit dem Basismaterial Silizium -da es nur als dünne Schicht aufgedampft wird- sehr sparsam um und vermeidet von vornherein die (energie-) aufwendigen und teuren Schritte der Kristallherstellung und des Zersägens in einzelne Scheiben wie bei den kristallinen S.. Amorphe Silizium-S. sind daher preiswerter herzustellen und als Dünnschichtzellen flexibler einsetzbar, haben allerdings nur einen Wirkungsgrad von 5-8% (Labor 13%).
Es gibt auch noch eine Reihe anderer Stoffe, die halbleitende Eigenschaften besitzen und geeignet sind, Licht in Strom umzuwandeln. Favorisiert werden heute unter anderem Dünnschichtzellen aus Cadmiumsulfid (CdS) bzw. Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Selenid (CuInSe2), deren Marktanteil heute bei ca. 5% liegt. Die Dünnschichttechnologie ist aufgrund des sparsamen Material- und Energieeinsatzes und der geringeren Produktionskosten (im Vergleich zu Siliziumzellen) ein Verfahren, das zukünftig einen höheren Marktanteil erwerben kann. In den Halbleiterschichten kommen jedoch in geringen Konzentrationen u. a. die Elemente Cadmium, Selen, Tellur und Kupfer (Cd, Se, Te, Cu) vor, die toxisch sein können. Somit sollten die möglichen Risiken für Umwelt und Gesundheit während der Produktion, des Betriebes und der Entsorgung dieser Module beachtet werden.
Silizium-S. bewirken am Einsatzort keine Belastung der Umwelt. Ausnahmen sind Cadmium-Tellurid-S., die bei Bränden Cadmium emittieren können. Es dauert allerdings einige Jahre bis die zur Herstellung von Silizium-S. benötigt Energie amortisiert ist (Photovoltaik-Anlagen).
In der Entwicklung stecken noch weitere Konzepte, wie z.B. die "High-Voltage-Zelle", welche eine Spannung von 2,8V bzw. 8V bei einem Wirkungsgrad von 10,2% bzw. 8,3% abgibt.
Für den Einsatz zur Stromerzeugung im Kraftwerksmaßstab sind S. auch in sonnenreichen Regionen derzeit noch erheblich zu teuer. Preiswerter sind nicht nur fossil gefeuerte Kraftwerke, sondern auch solarthermische Kraftwerke (Solarkraftwerke) und Windkraftwerke (Windenergie). Ein großer Einsatzbereich von S. wird auf absehbare Zeit der dezentrale Inselbetrieb in nicht elektrifizierten Gebieten sein. Gerade in dünnbesiedelten Regionen ist es heute schon preiswerter, Strom mit S. zu erzeugen, anstatt aufwendige und verlustreiche Stromnetze aufzubauen. Aus diesem Grund kommen in Entwicklungsländern S. heute schon vielfältig zum Einsatz: Photovoltaisch betriebene Wasserpumpen, Stromversorgung von abgelegenen Radiosendern und Krankenhäusern (Kühlung von Medikamenten) und standardisierte Systeme zur Minimalelektrifizierung privater Haushalte.
In Deutschland finden z.B. amorphe Siliziumzellen bei elektrischen Kleinverbrauchern (z.B. Taschenrechnern und Armbanduhren) ihren Einsatz.
Netzgekoppelte Anlagen, zur Unterstützung der häuslichen Stromversorgung, sind seit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wirtschaftlich zu betreiben. Grund dafür sind die hohen Einspeisevergütungen, weshalb der erzeugte Strom komplett eingespeist werden sollte. Weiter sind auch verschiedene Förderprogramme (z.B. das 100.000-Dächer-Programm) von Bund, Ländern und Städten zu beziehen.
Weltweit ließe sich technisch betrachtet die gesamte Energieversorgung auf S. in Verbindung mit der Wasserstofftechnologie als Speicher- und Transportmedium aufbauen. Selbst im sonnenschwachen Deutschland können 12% des Strombedarfs solar gedeckt werden, wenn etwa die Hälfte der nutzbaren Dachfläche mit S. bedeckt würde.
Kompletanlagen, siehe Photovoltaik-Anlage.
Literaturangabe:
Heinz Ladener: Solare Stromversorgung

Autor: KATALYSE Institut

Solarthermische Anlage

Bei S. wird Wärme aus Sonnenenergie gewonnen. Häufigster Einsatzort ist die Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung. Diese Anlagen werden vom kleinen Gartenhaus bis hin zu Solarkraftwerken eingesetzt. Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.

Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m2 Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von der S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und Sonnenkollektoren Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 3.000-12.000 €.
Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren. Die frostsichere Solarflüssigkeit im Kollektor-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen. Es gibt aber auch sogenannte "Flow-back-Systeme", welche ohne Zusatz, also mit reinem Wasser betrieben werden.
Weitere Komponenten einer S. sind Sonnenkollektor und Warmwasserspeicher.

siehe außerdem: Sonnenenergie, Warmwasserbereitung

Autor: KATALYSE Institut

Solarpanel

siehe: Solarmodul

Autor: KATALYSE Institut

Solarmodul

Bei S. werden viele Solarzellen, da sie nur mit niedriger Spannung arbeiten, für praktische Anwendungen zusammengeschaltet.

Beim Hintereinanderschalten der Zellen addieren sich die Zellenspannungen: Standart-Solarmodule bestehen aus 33 bis 40 Zellen in Reihenschaltung, die eine Spannung von 16 bis 22 Volt und eine Leistung von 30 bis 50 Watt liefern. Wird mehr Leistung oder eine höhere Spannung benötigt, können entweder größere Module mit mehr Zellen eingesetzt oder mehrere Module gleichen Typs zu einem größeren Solargenerator zusammengeschaltet werden.

Autor: KATALYSE Institut

Heizwärmebedarf

(auch: Jahres-Heizwärmebedarf) Der H. beschreibt die für die Beheizung eines Gebäudes benötigte Menge an Wärmeenergie (Energie) in Kilowattstunden je m2 beheizter Nutzfläche und Jahr (kWh/m2/a).

Der H. ist eine rechnerisch ermittelte Größe, die als "Energiekennzahl" (siehe auch: Heizenergiebedarf) Aufschluss über die wärmeschutztechnische Qualität eines Gebäudes gibt.

Bei der Berechnung des H. wird einerseits der Wärmebedarf berücksichtigt, der durch den Wärmedurchgang durch die Außenbauteile (k-Wert, Wärmedämmung) und durch den Luftaustausch (Luftwechsel, Lüften, Stoßlüften) bedingte Wärmeverluste entsteht. Andererseits fließen Wärmegewinne z.B. durch Elektrogeräte oder Wärmeabstrahlung von Personen (interne Wärmegewinne) sowie die durch die Sonneneinstrahlung durch Fenster oder andere transparente Flächen bedingten solare Wärmegewinne in die Berechnung mit ein.

Der H. hängt also wesentlich von der bauphysikalischen und konstruktiven Beschaffenheit des Gebäudes ab: Bauform, verwendete Baustoffe (k-Wert , Wärmedämmung), Fensterfläche und Fensterart (Fenster) und Bauausführung (Luftdichtigkeit, Niedrigenergiehaus). Der H. eines bestehenden Gebäudes kann mit Hilfe einer Energiebedarfsanalyse ermittelt und in einem Energiepass offenkundig gemacht werden.

Für neu zu errichtende Gebäude muss der H. Sinne der gültigen Wärmeschutzverordnung durch einen Wärmebedarfsausweis nachgewiesen werden. Der berechnete H. erlaubt allerdings lediglich eine grobe Abschätzung, wie viel Heizenergie (Primärenergie) tatsächlich für die Gebäudeheizung benötigt wird, da weder Nutzergewohnheiten (Raumklima, Lüften, Stoßlüften) noch die Art der Energiebereitstellung (Heizungsart, Brennwertkessel, Niedertemperatur-Heizsysteme) und die damit verbundenen Energieverluste berücksichtigt werden. Der H. stellt in älteren Gebäuden mit ca. 75 % den höchsten Anteil am Energieverbrauch (Energie).

Autor: KATALYSE Institut

Heizungsanlagenverordnung

Die H. setzt folgende Anforderungen an die energiesparende Ausrüstung und den Betrieb von Heizungsanlagen:

  • Verhinderung der Überdimensionierung von Wärmeerzeugern,
  • Dämmung von Wärmeerzeugern und Rohrleitungen,
  • außentemperaturabhängige Regelung der Heizungsvorlauftemperatur,
  • Möglichkeit der Abschaltung der Heizung zu bestimmten Zeiten über eine Zeitschaltuhr,
  • Ausrüstung der Heizkörper mit Thermostatventilen,
  • Begrenzung der Verluste von Brauchwasseranlagen,
  • Pflicht zur Wartung und Instandhaltung der Heizungsanlage.

Bei Einhaltung der H. können erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Allerdings wird die Einhaltung der H. von keiner Behörde überprüft. Mieter von Gebäuden mit hohen Heizkosten sollen überprüfen, ob die Heizungsanlage des Gebäudes die Vorschriften der H. einhält. Bei Nichteinhaltung kann der Hausbesitzer mit einem Bußgeld belegt werden.

Autor: KATALYSE Institut

Heizung

Im Jahr 2000 waren die privaten Haushalte mit fast 28 Prozent am gesamten Endenergieverbrauch Deutschlands beteiligt; 1990 waren es erst 25 Prozent. Damit stehen die privaten Haushalte an zweiter Stelle hinter dem Verkehr (mit rund 30 Prozent), aber noch vor der Industrie (26,5 Prozent). In den privaten Haushalten liegt der Anteil der H. am Energieendverbrauch sogar bei 76 Prozent und 11 Prozent für Warmwasserbereitung.

Wie viel Energie ein Haus zum Heizen benötigt, hängt in erster Linie von seiner Wärmedämmung (k-Wert) ab, die den Wärmebedarf bestimmt und bei guter Ausführung Umweltbelastungen und Energieverbrauch mehr als halbieren (Niedrigenergiehaus; Passiv-haus,) oder sogar ganz vermeiden kann (Nullenergiehaus). Seit 1.02.2002 gilt die Energie-einsparverordnung für Gebäude (EnEV) und verbreitet die Niedrigenergie-Bauweise als Standard.

Die H.-Systeme unterscheiden sich deutlich hinsichtlich Primärenergieverbrauch und Emis-sionen. Eine große Rolle spielt zudem das Nutzerverhalten (Raumklima, Lüften, Stoßlüften). Umweltschonende H.-Systeme, die geringe Energieverluste aufweisen und wenig Schadstoffe emittieren, sind v.a. Nahwärme, Fernwärme und Erdgas-Brenner. Moderne Gasfeuerungen erreichen Wirkungsgrade von über 90 Prozent im Winterbetrieb (Sommerbetrieb 50 bis 60 Prozent, Sonnenkollektoren). Bei den Gasbrennern stellt der Brennwertkessel in Verbindung mit Niedertemperatur-Heizsystemen die optimale Lösung dar. Auch Ölbrenner arbeiten heute mit hohen Wirkungsgraden und auch mit Brennwerttechnik. Probleme bereiten aber die relativ hohen Schwefeldioxid-Anteile im Abgas von Heizöl. Wobei Strom die am leichtesten zu transportierende Energie ist und die Risiken von Tankwagentransporten, Erdgaspipelines und die Folgen der Transporte (Umweltbelastung durch Abgase, Straßenbau usw.) entfallen.

Ökologisch ungünstig sind v.a. elektrisch Heizen (Elektrospeicherheizung), Ofenheizung, und alte Erdöl-Brenner. Alte Zentral-H. haben oft nur einen Wirkungsgrad von unter 70 Prozent, bedingt durch hohe Wärmeverluste über die Abgase, Überdimensionierung der Anlagen und falsche Brennereinstellung. Die Anschaffung einer neuen H. kann sich schon innerhalb weniger Jahre amortisieren. Viele Hausbesitzer müssen in den nächsten Jahren ihre H. austauschen, weil sie mehr Schadstoffe auspustet als zulässig. Mit der neuen Energiespar-verordnung, die im Februar 2002 in Kraft trat, will die Bundesregierung technisch veraltete H. (Einbau vor dem 1.10.1978) spätestens bis zum Jahr 2008 aus dem Verkehr ziehen.

Die Staubemissionen aus Hausfeuerungen als auch der Abgasverlust werden in den Verordnungen zum Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchV) begrenzt. Nach der BImSchV gilt der Abgasverlust, der im Schornsteinfegerprotokoll ausgewiesen ist, als Maß der Dinge: bei H. zwischen 4 und 25 Kilowatt Leistung darf er maximal 11 Prozent betragen, bei 25 bis 50 Kilowatt Leistung maximal 10 Prozent. Werden diese Werte überschritten, muss die H. bis zum 1.11.2004 nachgerüstet oder still gelegt werden.

Literatur:
Knieriemen, Heinz; Frei Peter: Heizen mit

Holz - ökologisch und gesund; Das Praxisbuch für traditionelle und moderne Öfen, Herde und Heizsysteme; AT Verlag 2003; ISBN 3855029296; EUR 27,90

Richtig heizen - Heizsysteme und Warmwasser; Konsument extra; ISBN 3901359427; Ver-ein für Konsumenteninformation Verlag 1998; EUR 11,48

Fröse, Heinz-Dieter: Elektrische Heizsysteme; ISBN 3790506982; Pflaum Verlag 1995; EUR 27,61

 

Siehe auch: Wärmepumpe, Heizkostenverordnung, Heizungsanlagenverordnung, Verbrauchsabhängige Heizkostenabrechnung, Rußzahl, Verbrennung

Autor: KATALYSE Institut

Heizöl

Leichtes und schweres H. wird in Raffinerien (Naphtha) aus Erdöl gewonnen. Leichtes (EL) H. wird zur Heizung von Gebäuden verwandt.

Das zähflüssigere schwere (S) H. benutzt man als Industriebrennstoff und zur Feuerung von Kraft-, Heizkraft- und Heizwerken. Bei Herstellung und Verbrennung von H. werden zahlreiche Schadstoffe frei, so z.B. Schwefeldioxid, Stickoxide und Kohlendioxid (Kohlendioxid-Problem, Treibhauseffekt).

Der Gehalt an Schwefel, der zu Schwefeldioxid verbrennt, ist für leichtes H. seit 1979 auf 0,3% begrenzt (Schwefelgehaltsverordnung). Eine weitergehende Entschwefelung auf 0,15% wird von den Raffinerien bereits praktiziert; eine generelle Senkung scheitert bislang an einer fehlenden EG-Richtlinie. Private und öffentliche Kunden können jedoch bei nur geringen Mehrkosten von 1 bis 2 Pf/l bei fast allen H.-Händlern schwefelarmes H. beziehen.

Schweres H. enthält bis zu 3% Schwefel. Um die Auflagen der Großfeuerungsanlagenverordnung ohne Rauchgasentschwefelungsanlage einhalten zu können, verfeuern Kraftwerke mit weniger als 300 MW thermischer Leistung schweres H. mit einem Schwefelgehalt von 1,4%.
Emissionen bei der Verarbeitung und Verbrennung von H.: Raffinerie, Heizung, Ofenheizung, Kraftwerk, Fernwärme

Autor: KATALYSE Institut

Heizkraftwerk

In H. wird in Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme erzeugt.

Der Wirkungsgrad moderner Anlagen beträgt 80% (25% als Strom und 55% als Wärme). Bei der Verteilung der Wärme über Fernwärmenetze gehen zusätzlich ca. 10% als Leitungsverluste verloren.
Gegenüber Kraftwerken, die mit einem Wirkungsgrad von 35-40% Strom erzeugen und die Wärme ungenutzt in die Umwelt abgeben, bedeutet der Einsatz von H. eine beträchtliche Ressourcenschonung und Emissionssenkung. Kleine H. zur dezentralen Energieversorgung nennt man Blockheizkraftwerke.
Schadstoffemissionen von H.: Fernwärme, Kraftwerk

Siehe auch: Kraft-Wärme-Kopplung, Strom

Autor: KATALYSE Institut

Globalstrahlung

Die G. gibt an, wieviel Sonnenenergie auf der Erdoberfläche zur Verfügung steht.

Um diese Energie zu bestimmen, beginnt man mit dem Strahlungsangebot außerhalb der Atmosphäre. Die sog. Solarkonstante gibt die Strahlungsleistung an, die außerhalb der Erdatmosphäre senkrecht auf eine Fläche trifft. Ihr Wert liegt bei etwa 1,35 kW/m2. 90% dieser Solarstrahlung liegt im Bereich des sichtbaren Lichts (Tageslicht) und des nahen Infrarots.

Auf dem Weg durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche gehen 53% der Solarleistung durch Reflexion und Absorption verloren. Die verbleibenden 47% setzen sich zusammen aus direkter Solarstrahlung und diffuser Himmelsstrahlung, die Summe beider Komponenten wird als G. bezeichnet. Unter direkter Solarstrahlung versteht man den Anteil der Strahlung, der direkt aus der Sonnenrichtung als Parallelstrahlung einfällt. Diffuse Himmelsstrahlung dagegen ist der Anteil, der durch Streuung an Molekülen und Aerosolen der Atmosphäre aus allen Richtungen auf die Erdoberfläche trifft.

Die Energie, die jährlich als G. auf die Erdoberfläche gelangt, liegt mit 705 Mio TWh um das 7.000fache über dem jährlichen Weltenergieverbrauch (Energie, regenerative Energiequellen, Solarenergie).
In Wüstengebieten (Wüste) im Sonnengürtel der Erde finden wir eine jährliche G. von über 2.200 kWh/m2 mit einem Direktstrahlungsanteil von über 80%.

Solche Gebiete eignen sich ganz besonders zum Betrieb von Solarkraftwerken, die die Solarstrahlung mit Spiegeln fokussieren.
In Deutschland liegt die jährliche G. bei nur 900-1.100 kWh/m2 bei einem Direkstrahlungsanteil von durchschnittlich 50%, der bei starker Bewölkung ganz entfallen kann.
Vgl. auch Graphik: Strahlungsbilanz

Siehe auch: Sonnenergie

Autor: KATALYSE Institut

Gezeitenkraftwerk

Mond und Sonne verursachen durch ihre Anziehungskräfte zusammen mit der Rotationsbewegung der Erde Ebbe und Flut.

G. nutzen diese regenerative Energiequelle zur Stromerzeugung. Hierzu werden ganze Meeresbuchten durch eine Staumauer vom Meer abgetrennt. Das in die bzw. aus der Bucht strömende Wasser treibt Turbinen zur Stromerzeugung an. Nur wenige Meeresbuchten eignen sich für G., da ein großer Tidenhub (Höhendifferenz Flut-Ebbe) notwendig ist.

G. verändern das Ökosystem der abgetrennten Bucht und können die Gezeiten der Nachbarbuchten beeinflussen. Das älteste G. befindet sich in der Mündung der Rance (Bretagne), weitere G. arbeiten in der ehem. UdSSR und Kanada. Kanada und England planen bis 2010 zwei große G. in Betrieb zu nehmen (Kanada: 5.000 MW).

Siehe auch: regenerative Energiequellen

Autor: KATALYSE Institut

Geothermische Energie

Anlagen zur Nutzung von G. verwenden die im Erdinnern gespeicherte Erdwärme als Energiequelle. Dies ist nur in vulkanischen und geologisch mobilen Gebieten möglich, wo heiße Wasseradern (z.B. Thermalquellen) bis an die Erdoberfläche treten.

Das heiße Wasser kann zu Heizzwecken, der heiße Dampf zur Stromerzeugung (Strom) genutzt werden. Die weltweit umfangreichsten Nutzungen von G. finden sich in Kalifornien, wo 1987 etwa 2.100 MW elektrische Leistung genutzt werden, in der Toscana (Italien) versorgen G.-Kraftwerke von insgesamt 450 MW die gesamte Toscana und die italienische Eisenbahn mit Strom. In Island heizen 80% der Bevölkerung mit G.. Mögliche Gebiete zur Nutzung der G. in Deutschland sind das Norddeutsch-Polnische Becken, der obere Rheingraben und Süddeutschland.

Die in Norddeutschland und im Rheingraben genutzten G.-Vorkommen liegen im Temperaturbereich zwischen 40 und 100 Grad C und werden aus tiefliegenden Sandsteinschichten (1.000 bis 2.500 m Tiefe) gefördert. Umweltbelastungen treten insb. dann auf, wenn das zu Heizzwecken genutzte Wasser bzw. der in Kraftwerken zu Wasser kondensierte Dampf ungereinigt in Flüsse geleitet wird. Hierbei gelangen je nach Quelle große Mengen Salz, Schwefel und anderer Mineralien in die Umwelt.

Durch das Zurückpumpen des Wassers in den Erdboden können diese Belastungen und evtl. Bodenabsenkungen durch die Wasserentnahme vermieden werden. Die Rückführung des genutzten Wassers ist zudem oft eine wichtige Voraussetzung zur Erhaltung der Ressourcen. Arbeiter müssen vor den aus den Bohrlöchern entweichenden, teils giftigen Gasen (z.B. Schwefelwasserstoff) geschützt werden.

Siehe auch: Regenerative Energiequellen

Autor: KATALYSE Institut

Gefriergeraete

G. belasten die Umwelt durch Stromverbrauch und FCKW-Freisetzungen (Ozonabbau).

Darüber hinaus ist Tiefkühlkost aufgrund energieaufwendiger Verarbeitung, Lagerung und Transporte das energieintensivste Nahrungsmittel überhaupt. G. gehören zu den Haushaltsgeräten mit dem höchsten Energieverbrauch. Je nach Güte der Isolation verbrauchen K. unterschiedlich viel Energie, wobei sparsame Geräte nicht nur die Umwelt schonen (Strom, Kraftwerk), sondern auch Geld sparen (Haushaltsgeräte).

Zur FCKW-Problematik: Kühlschrank
Tips zum Stromsparen: Keine warmen Speisen einfrieren, unnötiges Öffnen vermeiden, Wandabstand zum Wärmetauscher (Metallgitter) mindestens 10 cm, regelmäßiges Säubern des Wärmetauschers, Aufstellung an möglichst kühlem Ort (auf keinen Fall neben dem Herd), evtl. zusätzliche Wärmedämmung anbringen und auf defekte Türdichtungen achten (insbesondere bei Gefrierschränken).

Gefrierschränke verbrauchen bei gleichem Volumen etwa 50% mehr Energie als Gefriertruhen (Haushaltsgeräte). Truhen sind i.d.R. deutlich besser isoliert als Gefrierschränke und beim Öffnen geht erheblich weniger Kälte verloren (dies gilt auch für defekte Türdichtungen älterer Geräte).

Siehe auch: Stromverbrauch

Autor: KATALYSE Institut

Frequenz

Bei sich periodisch wiederholenden Vorgängen gibt die F. die Zahl der Schwingungen pro Zeit an.

F. ist der reziproke Wert der Zeitdauer einer vollen Schwingung: F. = 1/Zeitdauer, Einheit: Hertz (Hz) = 1/s.
Beispiele: Elektromagnetische Strahlung hat je nach ihrer F. höchst unterschiedliche Wirkung auf den Menschen; Schall.

Autor: KATALYSE Institut

Fernwärmeanschlusszwang

In verschiedenen Bundesländern können die Gemeinden in ihren Gebieten oder Teilen davon eine Versorgung mit Fernwärme für Alt- und Neubauten vorschreiben.

Damit wird das Ziel verfolgt, den Ausbau der Fernwärme auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung zu beschleunigen. In sozialen Härtefällen, z.B. bei Umstellung von Ofenheizung auf Fernwärme in Altbaugebieten, sollen Übergangsregelungen Anwendung finden.

Im gesamten Bundesgebiet ist es nach dem Baugesetzbuch 9 Abs.1, Ziff. 23 möglich, für Neuanlagen in Ballungsgebieten bestimmte Heizungssysteme (Kohle, Heizöl,

Holz, Abfälle) zu untersagen, was einem Benutzungszwang für Gas, Fernwärme oder Strom gleichkommt.

Autor: KATALYSE Institut

Fernwärme

F. wird in Heizwerken und in Kraft-Wärme-Kopplung in Heizkraft- und Blockheizkraftwerken erzeugt, über F.-Netze verteilt und beim Verbraucher zum Heizen und Erwärmen von Brauchwasser verwandt (Warmwasserbereitung).

Beim Verteilen von F. treten hohe Verluste auf. Deshalb muß F. verbrauchernah erzeugt und kann maximal über Entfernungen von ca. 40 km verteilt werden. Sind die Entfernungen zwischen Erzeugungsort und Verbraucher sehr gering, spricht man von Nahwärme (Blockheizkraftwerke, solare Nahwärme: Sonnenkollektoren).

In den alten Bundesländern hat F. einen Anteil von 9% am Wärmemarkt. F. wird langsam, aber stetig ausgebaut. Etwa 2,2 Mio Wohnungen werden derzeit fernbeheizt. Flensburg besitzt mit einer Anschlußquote von 95% das dichteste F.-Versorgungsnetz der alten Bundesländer. Die neuen Bundesländer verfügen über ein erheblich dichteres F.-Netz als die alten: F. hat einen Anteil von 24% am Wärmemarkt. Allerdings macht die Altersstruktur der Wärmenetze und Erzeugungsanlagen umfangreiche Investitionen notwendig, bis 2000 etwa 15 Mrd DM. Insb. müssen auch die F.-Leitungen verbessert werden, die bislang aufgrund schlechter Isolation hohe Wärmeverluste aufweisen.

Ein F.-Anteil von mindestens 25% im vereinten Deutschland ist wünschenswert und realisierbar. Dünner besiedelte Länder wie Dänemark oder Finnland verfügen schon heute über einen F.-Anteil am Wärmemarkt von 25 bis 35%.

Die in Heizwerken erzeugte F. führt lediglich zu einer lokalen Reduzierung der Schadstoffbelastung in Ballungsgebieten. Global umweltentlastend ist die Erzeugung von F. in Kraft-Wärme-Kopplung; durch die Nutzung der Abwärme bei Stromerzeugung und industriellen Prozessen werden Abwärmebelastung, Energieeinsatz und Schadstoffemissionen gesenkt. Weitere Vorteile von F. und Nahwärme: geringe Vorabinvestitionen beim Abnehmer sowie einfache Integrationsmöglichkeiten neuer umweltschonender Technologien wie z.B. solare Nahwärme (Sonnenkollektoren).
Zum Vergleich mit den Emissionen anderer Systeme s. Heizung, Kraftwerk.

Autor: KATALYSE Institut

Erneuerbare Energien Gesetz

Dieses Gesetz trat an die Stelle des früheren Stromeinspeisegesetzes und gilt unter Experten als das weltweit mit Abstand fortschrittlichste staatliche Programm zur Markteinführung erneuerbarer Energien.

Seit April 2000 fördert die Bundesregierung den Ausbau und die Entwicklung der erneuerbaren Energien durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EGG). Durch das
EEG sollte eine CO2-neutrale Energieerzeugung gewährleistet und die Abhängigkeit von Rohstoff-Importen verringert werden.

Die Ziele des EEGs sind u.a. einen marktwirtschaftlichen Ausgleich zu schaffen und durch eine Planungs- und Investitionssicherheit Anreize für den Ausbau der erneuerbaren Energien zu liefern, da die erneuerbaren Energien ohne Förderung gegenüber konventioneller Energieerzeugung noch nicht wirtschaftlich sind.

Dies liegt an mehreren Gründen:

  • Fossile Energien werden bis heute subventioniert. Die geschätzten Energiesubventionen laut IEA von fossilen Energieträgern beliefen sich weltweit 2010 auf 409 Mrd. Us-D für fossile und 66 Mrd-UsD für erneuerbare Energien. (vgl. Belschner &  Westphal 2012; IEA 2011)
  • Die Kosten durch Umweltverschmutzung, hervorgerufen durch konventionelle Energien, werden nicht berücksichtigt.
  • Entwicklungsbedarf bei Wirkungsgrad und Speicherung der erneuerbaren Energien

Die wichtigsten Bausteine des EEGs:

  • Feste Vergütung (über einen Zeitraum von 20 Jahren) für eingespeisten Strom aus erneuerbaren Energien an private und gewerbliche Stromerzeuger. Dieser Vergütungssatz ist abhängig von Technologie, Standort und Jahr. Jährlich sinkt die Vergütung um einen bestimmten Prozentsatz, so dass sich eine frühe Inbetriebnahme von erneuerbaren Energien auszahlt (Vergütungsregelung).
    Die einzelnen Vergütungssätze (
    EEG-Novelle 2012) kann man hier nachlesen.
  • Die Erneuerbaren-Energien-Anlagen werden sofort ans Stromnetz angeschlossen und die Abnahme des Stroms ist garantiert (Abnahmeregelung).

Dies wird vor allem durch die
EEG-Umlage finanziert. Die Berechnung der
EEG-Umlage ist (seit 2010) wie folgt geregelt: „Die erwartete Differenz zwischen den Verkaufserlösen an der Strombörse und den Kosten für die Vergütungszahlungen an die
EEG-Anlagenbetreiber sowie der Vermarktung des
EEG-Stroms werden über die
EEG-Umlage anteilig auf den gesamten
EEG-pflichtigen Stromnetzverbrauch umgelegt. Mögliche Über- beziehungsweise Unterdeckungen des
EEG-Kontos aufgrund einer von der Prognose abweichenden Marktentwicklung sind dann im jeweiligen Folgejahr auszugleichen.“ (BMU 2012, S. 42).

Gesetzesnovellen in den letzten Jahren sollten die Förderung den wirtschaftlichen Gegebenheiten anpassen. So hat der Gesetzgeber zum 1.1.2004 ein Photovoltaik - Vorschaltgesetz zum
EEG verabschiedet. Es regelt die Vergütung für Solarstrom aus Erneuerbaren-Energien-Anlagen. Seit 2009 wird die Vergütung an den Solaranlagenausbaus abhängig gemacht. Dabei gilt, dass die Vergütung sinkt, je mehr Anlagen ans Stromnetz gehen.
Durch die Energiewende angeregt ist seit Anfang 2012 die „Novelle des erneuerbaren-Energien-Gesetzes“ in Kraft getreten, die u.a. eine „Flexibilitätsprämie und eine optionale Marktprämie beinhaltet, die einen bedarfs- und marktorientierten Betrieb der Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien anreizen soll“ (BMU 2012, S. 9). Doch die Novelle wird als „Ergebnis heftiger Lobby-Kämpfe“ (Werner Eckert 2012) kritisiert. Zum Beispiel wird die höhere Vergütung der Offshore-Anlagen (Windenergie im Meer) negativ bewertet, da diese größtenteils nur von großen Energiekonzernen finanziert und gebaut werden können und die hohe Vergütung die
EEG-Umlage vermutlich weiter steigen lassen wird. Dagegen sind z.B. die Vergütungen der Onshore-Anlagen (Windenergie an Land) geringer.
Auch in Zukunft wird das
EEG Erneuerungen und Veränderungen erfahren.

Kritik:

Häufig werden das
EEG und der Ausbau der Erneuerbaren Energien für die Strompreissteigerungen verantwortlich gemacht. Doch gerade die erneuerbaren Energien sind in den letzten Jahren für eher sinkende Großhandelspreise an der Leipziger Strom-Börse verantwortlich (aber auch das Überangebot an kohlebasierter Grundlast und der niedrige CO2-Preis sind dafür mitverantwortlich). Diese sinkenden Preise führen aber dazu, dass die
EEG-Umlage steigt (Differenz zwischen dem an der Börse erzieltem Erlös und der garantierten Einspeisevergütung wird größer). Von den niedrigen Börsenstrompreisen profitieren in erster Linie die Stromeinkäufer und Großabnehmer, die den Strom direkt an der Börse kaufen. Da aber gerade energieintensive Unternehmen von den Netzentgelten und der
EEG-Umlage befreit sind, muss der private Stromverbraucher überproportional die Last der wegen der geringeren Börsenpreise steigenden
EEG-Umlage tragen (die
EEG-Umlage beträgt für das Jahr 2013 5,277 ct/kWh. 2004 betrug die Umlage nur 0,35 ct/kWh, 2010 2,047 ct/kWh und 2012 3,592 ct/kWh).

Energieintensive Unternehmen profitieren somit doppelt, da sie preiswerten Strom einkaufen können und gleichzeitig von der
EEG-Umlage und Netzentgelten befreit werden, während die BürgerInnen einerseits eine höhere
EEG-Umlage bezahlen und die eigentlich niedrigeren Stromeinkaufspreise nicht ausreichend an sie weitergereicht werden, oder anders formuliert: der Kleinverbraucher subventioniert die Strom-Großverbraucher.

Die Strompreissteigerung der letzten Jahre muss aber auch den gestiegenen Brennstoffpreisen der fossilen Energieträger (z.B. bei Öl und Gas) und politischen Beschlüssen angelastet werden. So hat die schwarz-gelbe Bundesregierung die Umlage indirekt durch folgende Beschlüsse erhöht: Zu einem werden nun Unternehmen schon ab einem Verbrauch von 1 Gigawattstunde/Jahr (anstatt 10 Gigawattstunden) als energieintensive Unternehmen von der Umlage befreit und zum anderen hätten schon in den letzten Jahren die Umlagen erhöht werden müssen. Die
EEG-Umlage war für die Jahre 2010 - 2012 zu niedrig kalkuliert. Doch die Kanzlerin hatte im Wahlkampf 2009 eine stabile Umlage versprochen. Diese Unterdeckung muss nun durch eine besonders starke Erhöhung der Umlage ausgeglichen werden. Da die Preisgarantien jährlich sinken (siehe Vergütungsregelung) sagen Prognosen allerdings voraus, dass die Umlage nur bis etwa 2020 weiter ansteigt.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass (unflexible) Grundlastwerke (z.B. Atomkraftwerke) das schwankende Stromangebot der Erneuerbaren Energien nicht ausgleichen können, so dass die Erneuerbaren-Energien-Anlagen (z.B. Windkraft) gerade dann teilweise vom Netz genommen werden müssen, wenn besonders viel erneuerbare Energie erzeugt werden könnte (ein Überangebot an eingespeister Energie würde zu einem instabilen Stromnetz führen). Im
EEG ist allerdings eine Entschädigungszahlungen an die Betreiber dieser Anlagen für die so entstehenden Verluste geregelt und diese Kosten fließen auch in die
EEG-Umlage mit ein. Dies bedeutet, dass der Verbraucher teilweise durch die
EEG-Umlage Atomstrom finanziert. Auch über die Steuern bezahlen die BürgerInnen die Atomsubventionen der Bundesregierung (in Höhe von 127 Mrd. Euro oder 2,6 ct/kWh) (vgl. Wurzbacher 2013).

Ein weiterer Kritikpunkt am
EEG ist, dass trotz der Förderung der Solarenergie deutsche Solaranlagen-Hersteller nicht profitieren konnten. Das
EEG unterstützt nur die Betreiber der erneuerbaren-Energien-Anlagen, die wiederum die Hardware vor allem von billigeren chinesischen Solar-Herstellern beziehen.

Bei der
EEG Förderung steht unter anderem die Förderung von Bioenergie und Biogasanlagen in der Kritik. Durch diese Förderung ist es für Landwirte profitabler geworden z.B.
Mais für die energetische Biomassennutzung auf ihren Anbauflächen anzubauen, anstatt Nahrungsmittel oder Tierfutter zu produzieren.  Daher muss
Mais für Tierfutter inzwischen importiert werden, z.B. aus den Tropen, wo der Regenwald für diesen Anbau abgeholzt wird, oder aus Ländern mit geringeren Umweltstandards als in Deutschland. So sorgte Anfang 2013 der Import von mit Schimmelpilzen belasteten
Mais aus Serbien, der hier zu Tierfutter weiterverarbeitet wurde, für Aufsehen, während die Bauern vor Ort
Mais zur Energiegewinnung anbauten. Die hohen Pachtpreise, die durch den wachsenden Wettbewerb um Ackerflächen entstehen, sorgen für einen teuren, sich für die Bauern nicht mehr lohnenden Getreide-Anbau. Des Weiteren gefährden die vielen
Mais-Monokulturen die Biodiversität und sind auch für steigende Lebensmittelpreise mitverantwortlich. Umweltschutzorganisationen fordern daher eine Änderung in der Biogasförderung, so soll z.B. die Biogaserzeugung vor allem aus Reststoffen (Gülle, Schnittgut) gewonnen werden und ein Biomassen-Anbau für die energetische Nutzung soll auf Mischkulturen beruhen. In der
EEG Novelle 2012 wurde teilweise schon auf diese Forderungen eingegangen. Es gibt nun zwei Rohstoffvergütungsklassen (nachwachsenden Rohstoffe sowie ökologisch vorteilhafte Einsatzstoffe (z.B. Gülle oder Landschaftspflegematerial)). Weiterhin wurden bei der Grundvergütung eine Wärmenutzungverpflichtung eingeschlossen und die Begrenzung des Einsatzes von
Mais und Getreidekorn geregelt. Inwieweit diese Regelungen die Probleme der Bioenergie lösen, bleibt abzuwarten.

Das
EEG ist in vielen Punkten inkonsequent und ineffektiv. So müssen z.B. Sonderregelungen für die Wirtschaft, durch die nicht der Wirtschaftsstandort Deutschland erhalten wird, sondern die Unternehmen auf Kosten der privaten Stromkunden profitieren, abgeschafft werden. Trotzdem ist das
EEG ist für die benötigte Energiewende unerlässlich. Deshalb muss das
EEG verbessert und gestärkt werden.

Trotz der Kritikpunkt weist das
EEG auch einige wichtige Erfolge auf:

  • Steigender Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch (setzt sich aus den Energieprodukten, die in Industrie, Verkehr, Haushalten, im Dienstleistungssektor, in der Landwirtschaft sowie in der Energiewirtschaft benötigt werden, zusammen). Im Jahr 2011 betrug der Anteil 11,3%.
  • Durch
    EEG geförderte Erneuerbare-Energien-Anlagen eingesparte CO2 Emissionen betrugen im Jahr 2008 53 Millionen Tonnen (Vgl. BMU 2009)
  • Technologieentwicklung in Deutschland (z.B. höherer Wirkungsgrad der Erneuerbaren-Energein-Anlagen und deutsche Windenergiehersteller mit weltweit leistungsstärksten Windenergieanlagen)
  • Förderung eines wichtigen Wirtschaftsfaktors in Deutschland (über 382.000 Arbeitsplätze in der Branche der erneuerbaren Energien) (vgl. BMU 2012)
  • Vermeidung von Umweltschäden
  • Vermeidung von Energieimporten

Lit.

 

Siehe auch: Bioenergie, Regenerative Energiequellen, dezentrale Energieversorgung, Photovoltaik, Windenergie, Strom, Kraft-Wärme-Kopplung, Geothermische Energie

Autor: KATALYSE Institut

Erdöl

Entstehung von Erdöl

Erdöl ist ein flüssiges Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und gehört zusammen mit Erdgas und Kohle zu den fossilen Energieträgern. Seine Entstehung basiert auf der Umwandlung von abgestorbenem organischem Material (Pflanzen und Tiere) unter Sauerstoffausschluss (anaeroben Bedingungen) in Meeres- oder Süßwassersedimenten. Durch die Überlagerung mit anderen geologischen Schichten erhöhte sich der Druck und die Temperatur und es entsteht im Laufe von tausenden Jahren Erdöl. (Brenner 2018).

Das heute geförderte Erdöl stammt größtenteils aus Lagerstätten die vor ca. 50 – 100 Millionen Jahren entstanden sind (Spektrum ohne Jahr). Erdöl gehört somit wie Erdgas und Kohle zu den nicht erneuerbaren Rohstoffen (Brenner 2018).

Verwendung von Erdöl

Der Einsatz von Erdöl ist sehr vielfältig. Der größte Teil wird zu Treibstoffen wie Diesel und Benzin oder zu Brennstoffen wie Heizöl weiterverarbeitet, und somit zum wichtigsten Primärenergieträger. Neben seiner Funktion als Energieträger ist Erdöl ein wichtiger Rohstoff für die Industrie, insbesondere der chemischen Industrie. Es dient z.B. als Grundstoff für die Herstellung von Arzneimitteln, Farben, Kosmetika und Kunststoffen (Bastian et al. 2023).

Verbrauch von Erdöl

Im Jahr 2022 betrug der weltweite Erdölverbrauch rund 4,39 Milliarden Tonnen (bp 2022). Wobei drei Viertel der Fördermenge von nur zehn Staaten mit den USA, Saudi-Arabien und Russland an der Spitze, gefördert wurden (Energy Institute 2023). Deutschland Verbrauchte mit ca. 97 Millionen Tonnen ca. zwei Prozent der weltweiten Fördermenge (bp 2022). 1,7 Millionen Tonnen stammten hierbei aus eigenen Ölfeldern (Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie 2023).

Klima- und Umweltbelastung durch Erdölförderung und -transport

Durch Förderung, Transport, Verbrennung und Verarbeitung von Erdöl entstehen eine Reihe von Klima- und Umweltbelastungen. Der weltweite CO₂ Ausstoß durch den Verbrauch von Erdöl lag im Jahr 2022 bei 11,2 Gigatonnen, das entspricht einer Steigung von 2,5 Prozent gegenüber dem Vorjahr (IEA 2023).

Durch die Förderung von Erdöl und Erdgas gelangten in Deutschland im Jahr 2020 etwa 1,9 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente Treibhausgase wie CO₂ (99%), Methan (0,67%) und Lachgas (0,26%) in die Atmosphäre (Destatis 2023).

Der größte Teil des Erdöls wird durch Tanker transportiert, im Jahr 2022 belief sich die Menge auf drei Milliarden Tonnen (United Nations 2023).

Durch Tankerunfälle und Offshore-Bohrinseln gelangen immer wieder große Mengen an Öl mit darin enthaltenen Schadstoffen ins Meer. 2023 waren es 2.000 Tonnen durch Tankerunfälle (ITOPF 2024). 2014 waren es 6.000 Tonnen allein durch Bohrinseln in der Nordsee (Bukold 2014). Die Ölverschmutzungen schädigen die maritimen Ökosysteme langfristig (NABU ohne Jahr).

Auch durch Austritte von Erdöl durch den Transport über Pipelines und die Lagerung in Tanks gelangt Erdöl in die Umwelt und gefährdet das Grundwasser. Wobei ein Liter Erdöl das Potenzial hat, eine Millionen Liter Trinkwasser ungenießbar zu machen (wissen.de).

 

Literaturverzeichnis

Bastian D, Bookhagen B, Eicke C, Elsner H, Henning S, Kern M et al. (2023): Deutschland - Rohstoffsituation 2022. Hg. v. BGR – Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe. Hannover.

bp (Hg.) (2022): Statistical Review of World Energy (71st edition).

Brenner H (2018): Wie ist Erdöl entstanden? Planet Wissen.

Bukold S (2014): License to Spill. Ölverschmutzungen in der Nordsee. Kurzstudie im Auftrag der Bundestagsfraktion Bündnis 90/Die Grünen. EnergyComment. Hamburg.

Destatis (2023): Statistischer Bericht - Umweltökonomische Gesamtrechnungen (UGR) - Luftemissionsrechnung - 2000-2021.

Energy Institute (Hg.) (2023): Statistical Review of World Energy 2023. 72nd edition.

IEA (Hg.) (2023): CO2 Emissions in 2022. International Energy Agency. Paris.

ITOP (2024): Oil Tanker Spill Statistics 2023. Hg. v. ITOPF - International Tanker Owners Pollution Federation Limited. London, UK. .

Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (Hg.) (2023): Erdöl und Erdgas in der Bundesrepublik Deutschland 2022 (GeoBerichte).

NABU (ohne Jahr): Öl – tödliche Gefahr für die Meere. Besonders Vögel sind betroffen, zuletzt geprüft am 23.04.2024.

Spektrum (ohne Jahr) Lexikon der Biologie Stichwort Erdöl Akademischer Verlag, Heidelberg

United Nations (2023): Review of Maritime Transport 2023. Towards a Green and Just Transition. United Nations Conference on Trade and Development. .

wissen.de (ohne Jahr): Ölverschmutzung. Lexikon.

 

(Stand 12.2023)

 

Autor: Anne Krings

Ramin Tadi

Jana Weimer

Solarkreislauf

Der S. stellt die Rohrleitungsverbindung zwischen Sonnenkollektor und Warmwasserspeicher dar. Mit Hilfe einer Solarflüssigkeit transportiert er die in den Kollektoren absorbierte Energie über Rohrleitungen in den Speicher und gibt sie dort an das Heiz- oder Brauchwasser ab.

Die Rohrleitung vom Kollektor kommend, mit der erwärmten Solarflüssigkeit, nennt man Vorlauf. Die Rohrleitung zum Kollektor hin, mit der kälteren Flüssigkeit, nennt man Rücklauf. Eine Umwälzpumpe sorgt für die nötige Zirkulation. Die meisten Modelle werden je nach Höhe der Temperatur an den Absorbern drehzahlgeregelt.
Weitere Bestandteile eines S. sind die Sicherheitseinrichtungen. So sorgen Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsventil dafür, dass es nicht durch Druckanstieg zu Beschädigungen der Anlage kommt.

Sonnenkollektor, Warmwasserspeicher, Energie, Brauchwasser

Autor: KATALYSE Institut