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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

Brennelement

Wichtigster Teil eines Kernreaktors in Kernkraftwerken, bestehend aus einem Bündel von Brennstäben.

Einzelne Brennstäbe sind bei einem Durchmesser von 1,5 cm 4 - 5 m lang, bestehen aus einer Hülle aus Edelstahl oder Zirkonmetall (Zircaloy) und sind gefüllt mit dem spaltbaren Material, meist Urandioxid (Uran), in Form von Tabletten. Ein Leichtwasserreaktor vom Typ Biblis wird mit 200 Brennelementen, bestehend aus 200-300 Brennstäben, bestückt, was insgesamt ca. 100 t Uran entspricht.
Nach etwa 3 Jahren ist das Brennelement abgebrannt und wird aus dem Reaktor entfernt. Sein Uran235Gehalt ist von anfangs 3% auf unter 1% gesunken. Abgebrannte Brennelemente sind hochradioaktiv (Radioaktivität, Aktivität) und enthalten etwa 200 verschiedene Spaltprodukte (künstliche Radionuklide).

Autor: KATALYSE Institut

Braunkohle

B. (Kohle) gehört zu den fossilen Brennstoffen. Sie hat einen Anteil von 17% (1991) am Primärenergieverbrauch Deutschlands.

In den neuen Bundesländern ist B. mit einem Anteil von 70% wichtigster Energieträger überhaupt. In den alten Bundesländern werden 90%, in den neuen 70% der B.-Förderung in großen Kohlekraftwerken ohne Abwärmenutzung verstromt, der Rest dient als Briketts der Industrie- und Hausfeuerung (Ofenheizung). Deutschland besitzt drei große B.-Reviere, die niederrheinische Bucht (drittgrößtes B.-Vorkommen der Welt) und in den neuen Bundesländern das Mitteldeutsche und das Lausitzer Revier. In der niederrheinischen Bucht lagern 55 Mrd t B., was dem Energieinhalt der iranischen Erdölreserven entspricht. In den neuen Bundesländern belaufen sich die Vorräte auf 45 Mrd t B., von denen ca. 25 Mrd t technisch gewinnbar sind (Energiereserven). 1991 wurden in Deutschland 279 Mio t B. gefördert (West: 111 Mio t, Ost: 168 Mio t). Vor der Vereinigung wurden in der Ex-DDR über 300 Mio t B. gefördert (fast ein Drittel der Welt-B.-Förderung). Beschäftigte 1991: 17.400 (West) und 80.000 (Ost).
Umweltauswirkungen: Bei der Verbrennung von B. entstehen in großen Mengen Schadstoffe, vor allem Schwefeldioxid, Stickoxide und Staub. Pro erzeugte Kilowattstunde wird erheblich mehr Kohlendioxid emittiert als bei anderen fossilen Brennstoffen (Kohlendioxid-Problem, Treibhauseffekt).

Schäden beim Abbau: B. wird im Tagebau abgebaut, wodurch B. erheblich preiswerter wird als Steinkohle. Da B. im Tagebau nur oberhalb des Grundwassers abgebaut werden kann, muß das Grundwasser auf bis zu 500 m (Hambach) abgesenkt werden, wodurch schwere ökologische Schäden entstehen. Im niederrheinischen Revier werden jährlich etwa 700 Mio m3 Wasser abgepumpt, von denen nur 7% der Trinkwasserversorgung zugeführt werden, über 60% werden ungenutzt in den Rhein geleitet, obwohl damit etwa 35 mittelgroße Städte mit Trinkwasser versorgt werden könnten. Im Lausitzer Tagebau wurden 1991 sogar 1.109 Mio m3 Wasser abgepumpt, von denen nur 1,3% als Trinkwasser Verwendung fanden.

Folgen: Großräumige Grundwasserabsenkungen, Erschwerung der Trinkwassergewinnung, Bodenabsenkungen und schwere Schäden an Pflanzen und Tierwelt. Niederrhein: Die Grundwasserabsenkungen werden mit der Erschließung von Garzweiler II ein Gebiet von 3.000 km2 Größe beeinträchtigen, das bis nach Holland und ins rechtsrheinische Gebiet reicht. Auftreten irreversibler Beeinträchtigung grundwasserabhängiger Feuchtgebiete von internationaler Bedeutung. Mit Hilfe von Versickerungsanlagen, Einspeisungen und Sohlschwellen wird versucht, einige Feuchtgebiete zu retten.

Der hohe Flächenbedarf des Tagebaus (Niederrhein: 240 km2 Grubenfläche, mit Garzweiler II weitere 48 km2) führt zu großräumiger Zerstörung von Landschaft und Siedlungen (Niederrhein: Umsiedlung von 30.000 Menschen, mit Garzweiler II weitere 8.000). Durch den Abbau werden große Mengen an Staub freigesetzt (Lausitzer Tagebau: 1991 Abraumbewegungen von 617 Mio m3).
Über den Wert der rekultivierten Gebiete (Rekultivierung) herrscht Uneinstimmigkeit, insbesondere ist offen, ob sich die riesigen Gruben nach Abbauende zu lebensfähigen Seen umwandeln lassen. Flächenverbrauch im Vergleich: Regenerative Energiequellen

Siehe auch: Kohlevergasung, Kohle, Kohlekraftwerk, Heizung, Ofenheizung, Waldsterben, Großfeuerungsanlagenverordnung

Autor: KATALYSE Institut

Blei-Akkumulatoren

Der B. ist ein relativ sicherer, zuverlässiger und preiswerter Akkumulator.

Seine Anwendung ist sehr vielfältig: Starterbatterie in Autos, Energiespeicher für Elektroautos, Speicherbatterie für Solaranlagen, Netzausfallsicherungen, Modellbau usw. Bei einem B. bestehen die Elektroden im geladenen Zustand aus Bleidioxid (+ Pol) und schwammartigem reinen Blei (- Pol). Im entladenen Zustand haben sich beide Elektroden zu PbSO4 umgewandelt. Der Elektrolyt ist verdünnte Schwefelsäure (20-26% bzw. auch 32% für Starterbatterie). Der Ladezustand ist über den PH-Wert der Säure und wegen unterschiedlichen Dichten unterschiedlich starker Schwefelsäuren auch über die Dichte bestimmbar.
Für jede Anwendung sind B. auf dem Markt, die genau auf die geforderten Bedingungen spezialisiert sind, so z.B. für hohe Stromstärken, Wartungsfreundlichkeit oder hohen Wirkungsgrad. B. sind daher für Anwendungen, für die sie nicht konzipiert sind, unbrauchbar. So ist z.B. eine Starterbatterie aufgrund ihres geringen Wirkungsgrads nicht für die Energiespeicherung von Solarstrom (Solarzellen) geeignet.
Ein Recycling von B. ist sehr lohnenswert, da sie aus rund 65 Gew.-% Blei bestehen. Der Rest ist Säure und brennbarer Kunststoff. B. sind mit dem ISO-Rückgabesymbol 7000/1135 versehen und sollten daher auf jeden Fall dem Händler nach Gebrauch zurückgegeben werden, was jetzt schon zu 95% geschieht (Batterie-Entsorgung).
Bei B. ist darauf zu achten, daß durch unvorsichtigen Umgang Schwefelsäure austreten und schwere Verätzungen hervorrufen kann.

Autor: KATALYSE Institut

Regenwassernutzung

Das auf das Dach eines Hauses fallende Regenwasser wird über die Dachrinne in einen Sammelbehälter im Boden oder im Keller des Hauses geleitet und über Pumpen, Filter und separate Versorgungsleitungen zu den Zapfstellen transportiert.

Regenwasser kann bei der WC-Spülung, Gartenbewässerung, Wäschewachen und Autowaschen genutzt werden.
Dadurch kann etwa ein Drittel des täglichen Trinkwasserverbrauchs von etwa 125 Liter pro Person ersetzt werden. Die Verwendung von Regenwasser in Waschmaschinen wird wegen der möglichen Übertragung von Verkeimungen aus dem Wasser auf die Wäsche, z.B. bei 40 Grad-Programmen, unterschiedlich beurteilt. Wegen der geringen Wasserhärte von Regenwasser kann aber ein erhblicher Teil Waschmittel oder Enthärter eingespart werden. Die Hamburger Umweltbehörde hat in mehrjährigen Versuchen festgestellt, dass Regenwasser aus Zisternen unter bakteriologischen Gesichtspunkten in den meisten Fällen der Badegewässerverordnung, in wenigen Fällen sogar der Trinkwasserverordnung entsprach. Sie erhebt deshalb keine Einwände gegen die Nutzung des Regenwassers zum Wäschewaschen.  Zudem kann mit entsprechenden Vorschaltgeräten dafür gesorgt werden, dass das letzte Klarspülen stets mit Trinkwasser erfolgt.  Für die Errichtung von Regenwasseranlagen müssen die Bauordnungen der jeweiligen Bundesländer beachtet werden. Ferner muss die Anlage zur R. die in DIN 1989 "Regenwassernutzungsanlagen Teil 1 Planung Ausführung, Betrieb und Wartung" geforderten Sicherheitsabstände zu Trinkwasserleitungen einhalten (z.B. 20 cm Mindestabstand der Trinkwassernachspeiseleitung von der Oberfläche des Wasserspiegels im Regenwassertank). Die Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung in Darmstadt ist der Ansprechpartner für alle Fragen rund um die Regenwassernutzung. Komplette Regenwasseranlagen werden von verschiedenen Firmen angeboten und kosten für ein Einfamilienhaus inklusive Einbau etwa 5.000 Euro. Für Regenwassernutzungsanlagen gilt seit dem 1. Januar 2003 eine Mitteilungspflicht an das Gesundheitsamt. Anforderungen an technische Standards, wie Kennzeichnung der Betriebswasserleitungen und eine strikte Trennung der Betriebswasserleitung vom Trinkwassernetz gelten bereits seit Jahren als Stand der Technik. Wäsche waschen mit Regenwasser bleibt nach wie vor erlaubt, dies ist in der amtlichen Begründung der Trinkwasserverordnung verankert.

siehe auch: Regenwasser, Dach, Filter

Autor: KATALYSE Institut

Biogas

Biogas gehört zu den Regenerativen Energiequellen. Biogas ist ein mit Wasserdampf gesättigtes Gasgemisch, das bei der Fermentation unter Luftabschluß (anaerob) von organischen Stoffen entsteht.

Natürlicherweise kommt es z.B. in Mooren oder Sümpfen (Sumpfgas) vor. Desweiteren entsteht Biogas in Hausmülldeponien (Deponiegas) und in Biogasanlagen sowie in Faultürmen von Kläranlagen. Biogas entsteht bei der sogenannten Methangärung. Hierbei wird organisches Material (z.B. pflanzliche und tierische Abfälle) (anaerob) in Anwesenheit von Wasser innerhalb eines Temperaturbereiches von 20 bis 55 Grad C abgebaut.

Hauptbestandteil von Biogas ist, wie beim Erdgas, Methan (55 - 75%), Kohlendioxid und Wasserstoff. Der in Spuren enthaltene Schwefelwasserstoff (ca. 0,35%) kann durch Eisenfilter oder dosierte Sauerstoffzufuhr beim Biogas-Prozeß entfernt werden. Biogas kann zum Kochen, Heizen, Antrieb von Motoren und zur Stromerzeugung genutzt werden. 1 m3 Biogas hat einen Heizwert von etwa 0,6 l Heizöl. Eine ausgewachsene Kuh produziert täglich Mist zur Erzeugung von 1,7 m3 Biogas Aus einem 1 m3Biogas können ca. 1,5 kWh elektrischer Strom und ca. 3,0 kWh Wärme erzeugt werden. Das bei der Erzeugung von Biogas anfallende Gärgut stellt einen hochwertigen Dünger für die Landwirtschaft dar.

Durch die Erzeugung von Biogasaus organischen Abfällen (Lebensmittelindustrie: Schlachtabfälle, Altfette, Reststoffe; Landwirtschaft: Gülle, Mist, Nachwachsende Rohstoffe und biogene Reststoffe; Kommunen: Bioabfall, Grün- und Grasschnitt,) wird ein Teil der Beseitigung organischer Abfälle übernommen, die nach der Technischen Anleitung Siedlungsabfall (TASI) zukünftig nicht mehr deponiert werden dürfen. Zunehmend werden in Deutschland auch kommunale Anlagen zur Gewinnung von Biogas aus Biomüll in Betrieb genommen. Ein vergleichbares Biogas entsteht auch in den Faultürmen der Kläranlagen (Abwasserreinigung) und auf den rund 2.000 Deponien in Deutschland. Das Potential der kommunalen und landwirtschaftlichen Erzeugung wird auf rund 17,5 Mrd. m3 Biogas geschätzt.

Biogas-Anlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung. In Deutschland existieren mehr als  2.500 landwirtschaftliche Biogas-Anlagen (2005) mit einer Gesamtleitung von über 450 Megawatt. Im Jahr 2004 waren rund 157.000 Beschäftigte in der Biogasbranche zu verzeichnen. Aufgrund verbesserter Rahmenbedingungen (höherer Einspeisevergütung für die Stromerzeugung, Investitionsförderung, Nutzung der Kofermentation) wird für die nächsten Jahre mit einem starken Ausbau der Biogas-Nutzung in der deutschen Landwirtschaft gerechnet. Die Einspeisevergütung von Strom aus Biogas beträgt 10,23 Cent/kWh bis 500 kWh (bis 5 MWh 9,21 Cent/kWh) und ist auf zwanzig Jahre bis 2020 festgeschrieben. Als wirtschaftlich werden Biogas-Anlagen in der Landwirtschaft ab 60 bis 100 Großvieheinheiten (GV) angesehen.

In China sind einige Mio. und in Indien einige hunderttausend Biogas-Anlagen in Betrieb; neben der Klein-Wasserkraft gilt Biogas daher als der weltweit am meisten genutzte erneuerbare Energieträger. Der Betrieb von einfachen Biogas-Anlagen ist problemlos und schont die Ressourcen und spart die Sammlung von Brennholz, dass in vielen armen Regionen zunehmend Mangelware wird. Zusätzlich wird das erzeugte Biogas für Gaslampen genutzt, das erstmals überhaupt Licht in nicht elektrifizierte Häuser bringt. Biogas ist ein umweltfreundlicher Brennstoff; seine Emissionen bei der Verbrennung sind denen von Erdgas (Heizung, Kraftwerk) vergleichbar.

Lit.: Schulz: Biogas-Praxis ;Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Beispiele; 2. Auflage Ökobuch Verlag Staufen 2000
Wellinger: Biogas-Handbuch ; Grundlagen, Planung, Betrieb landwirtschaftlicher Biogasanlagen; 2. Auflage, Verlag Wirz Aarau 1991

Autor: KATALYSE Institut

Regenerative Energiequellen

Regenerative Energiequellen sind Energiequellen, die durch natürliche Energiespender ständig erneuert werden und somit unerschöpflich sind.

Außer der geothermischen Energie und der Gezeitenenergie (Gezeitenkraftwerk) werden alle regenerativen Energiequellen von der Sonne gespeist (Solarenergie). Bei diesen Energiequellen unterscheidet man zwischen der direkten Solarenergie (Solarwärme und Photovoltaik) und der indirekten Sonnenenergie, die in Biomasse, Wind- und Wasserkraft vorhanden ist. Auch die fossilen Energieträger sind letztendlich nichts anderes als gespeicherte Sonnenenergie, die allerdings auf einen engen Zeitraum begrenzt (nach menschlichen Zeitmaßstäben gemessen) endlich sind.

Vorteile von erneuerbaren Energien:

  • unerschöpfliche Energiequelle
  • weitestgehend kohlendioxidneutral
  • Umweltbelastungen geringer (allerdings gibt es auch z.B. bei der Herstellung einen großen Bedarf an Materialien und auch Eingriffe in die Natur sind unvermeidbar)
  • kaum wirtschaftliche Abhängigkeit (von z.B. Rohstoff-Importen)

Nachteile von erneuerbaren Energien:

  • Leistungsdichte geringer
  • Witterungs- und tageszeitenabhängig
  • Speicherung nötig, um witterungs- und tageszeitenabhängige Stromversorgung auszugleichen

In vielen Ländern wird der Ausbau, die Entwicklung und Einführung erneuerbarer Energien staatlich gefördert. Dadurch soll auf eine von fossilen Brennstoffen unabhängige Energieversorgung hingearbeitet werden, um z.B. die Emission von Treibhausgasen angesichts des globalen Klimawandels zu verringern, die Abhängigkeit von Rohstoff-Importen zu vermeiden und die endlichen Ressourcen zu schonen.
Seit 2000 wird in Deutschland vor allem durch das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Wasser- und Windenergie, Geothermie und Bioenergie gefördert. Dies geschieht z.B. durch Einspeisevergütung oder durch die Verpflichtung der Netzbetreiber zur vorrangigen Strom-Einspeisung von erneuerbaren Energien. In Deutschland werden auch durch direkte Zuschüsse Solaranlagen und Anlagen zur Nutzung von Biomasse gefördert. Durch diese und weitere Maßnahmen (EEWärmeG, MAP, FuE) soll 2020 der 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) 18 Prozent betragen. 2011 lag dieser Anteil der erneuerbaren Energien bei 12,5%. (vgl. BMU 2012 a,b). 2010 wurde 17,1 Prozent der Netto-Stromerzeugung durch erneuerbaren Energien produziert (vgl. Weltenergierat – Deutschland e.V. 2011, S. 109).

siehe auch:  Bioenergie, EEG, dezentrale Energieversorgung, Photovoltaik, Windenergie, Strom, Kraft-Wärme-Kopplung, Geothermische Energie
Lit.:

  • Ziegeldorf, H. (2005): Erneuerbare Energien / Regenerative Energien. [Stand: 02.10.2012]
  • Paschotta, R.: Erneuerbare Energien. [Stand: 02.10.2012]
  • BMU (2012a): Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2011. [Stand: 08.01.2013]
  • BUM (2012b): Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung. [Stand: 04.10.2012]
  • Weltenergierat – Deutschland e.V. (2011): Energie für Deutschland 2011 Fakten, Perspektiven und Positionen im globalen Kontext. [Stand: 24.10.2012]

Autor: KATALYSE Institut

Bioenergie

Als Bioenergie bezeichnet man die Energieformen, die direkt aus Biomasse gewonnen werden.

Bei der Bioenergie wird zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Kraftstoff Biomasse verwendet. Da die Verbrennung von Biomasse CO2-neutral ist (es wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie beim Wachstum der Pflanzen gebunden wurde) und Biomasse immer wieder nachwächst, zählt diese Energieform zu den erneuerbaren Energien. Darunter fällt die Herstellung von Biogas, Biodiesel und Bioethanol aus Biomasse (Holz, Raps, Mais, Zuckerrüben und anderen „Energiepflanzen“).
Raps wird vor allem für die Erzeugung von Biodidesel und
Mais für die Erzeugung von Bioethanol und Biogas genutzt. Der wichtigste Bioenergieträger in Deutschland ist

Holz. Desweiteren werden auf fast 2 Mio. ha in Deutschland (17% der Ackerfläche) Energiepflanzen angebaut (Vgl. BMU o.J.). Auch Reststoffe und Bioabfälle (Alt- und Gebrauchtholz, Klärschlamm/Klärgas/Deponiegas, Gülle, Gestreidestroh, Schnittgut) werden für die Energiebereitstellung genutzt.

In Deutschland betrug 2011 der Anteil von Bioenergie an der Brutto-Stromerzeugung ca. 6 Prozent (vgl. FNR 2012) und am Endenergieverbrauch (Strom, Wärme und Kraftstoffe) 8,4 Prozent (vgl. Vaillant 2013). Der Anteil der Bioenergie an der Energiebereitstellung (Strom, Kraftstoffe, etc.) aus erneuerbaren Energien im Jahr 2011 belief sich auf ca. 67 Prozent. Damit ist der Beitrag der Biomasse an den Erneuerbaren Energien besonders hoch. Zum Vergleich: Windenergie, die den zweitgrößten Anteil der erneuerbaren Energien an der Energiebereitstellung nach der Bioenergie hat, lag im selben Jahr 'nur' bei 15,8%. 2011 gab es in Deutschland 7.100 Biogasanlagen (installierte Leistung insgesamt: 2.780 MW), über 1.200 Biomasseheizwerke (über 500 kWth) und 45 Biodieselanlagen (vgl. BBE o.J.).

Die Vorteile der Bioenergie besteht vor allem in der Erneuerbarkeit dieser Energieträger. Dadurch werden fossile Energieträger geschohnt und es ist theoretisch möglich, die Importabhängigkeit von Energieträgern zu verringern. Die Bioenergie zeichnet sich durch eine lange Lagerfähigkeit aus. Dies macht sie flexibel einsetzbar, speicherbar und somit kann sie als optimale Ergänzung zu Wind- und Solarenergie eingesetzt werden. Biogasanlagen können zudem die Grundlast des Stromnetzes sicherstellen. Besonders effizient nutzbar ist Bioenergie bei KWK (Abwärme geht durch Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen nicht verloren).

Die Nutzung der sogenannten Energiepflanzen (Raps, Mais, etc.) für die Stromerzeugung steht in Konkurrenz zur Nahrungs-/ Futtermittelproduktion, dem Anbau für stoffliche Nutzung und mit Naturschutzflächen. Die ethische Frage, ob man angesichts des Hungers in der Welt Anbauflächen für die Nutzung der Bioenergie gebrauchen darf, bleibt bestehen. Eine größere Nutzung der Reststoffe und Bioabfälle könnte den Flächenkonflikt vermindern.
Ein weiteres Problem besteht beim Anbau der Energiepflanzen, der zumeist in Monokulturen erfolgt. Diese bewirken Bodendegradationen, benötigen große Mengen an Düngemittel und Pestiziden und stellen eine Gefahr für die Biodiversität (Stichwort: „Vermaisung“) dar. Der hohe Einsatz von Stickstoffdünger z.B. beim Anbau von
Mais, Raps und Zuckerrüben ist nicht nur für die Umwelt bedenklich, sondern auch klimaschädlich. Bei der Herstellung des Düngers wird viel Energie benötigt (dementsprechend viel CO2 ausgestoßen) und beim Düngen wird das klimaschädliche Distickstoffmonoxid (N2O/Lachgas) freigesetzt. Ein weiteres Problem stellt die Energiebilanz (Bilanz zwischen Energieinput bei Anbau, Transport und Verarbeitung und gewonnener Energie) dar. Diese ist bei Energiepflanzen, wie z.B. Zuckerrüben oder Raps, aufgrund des besonders hohen Energieinputs negativ oder nur in geringem Maße positiv. Zudem geht bei der Umwandlung von Bioethanol zu Biokraftstoff viel Energie verloren. Im Klartext heißt dies, dass durch einen zu hohen Energieinput die Nutzung der Bioenergie nicht mehr CO2-neutral bleibt. Deswegen wird gefordert, dass die Treibhausgase, die durch Transport, Düngereinsatz oder Verarbeitung entstehen, in die CO2-Bilanz der Bioenergie mit eingerechnet werden, damit man den Nutzen bzw. den Schaden für das Klima besser identifizieren kann.
Außerdem muss man die Emissionen von Treibhausgasen beim Betrieb der Biogasaanlagen im Blick haben. Diese Treibhausgase (Methan, Lachgas und das indirekte Treibhausgas Ammoniak) können bei undichten Tanks (durch z.B. Planungs-/Konstruktionsfehler, Betriebsmängel oder Verschleiß) in die Atmosphäre entweichen.

Das hohe Potential der Bioenergie wird durch Förderungen (z.B. durch das EEG) weiter ausgebaut.
Dass viele Staaten auf die angeblich CO2 neutrale Bioenergie setzen und den Anbau von Energiepflanzen fördern, ohne auf wichtige Umweltschutzbedingungen (z.B. Düngervermeidung oder einen geringeren Energieinput, um den Ausstoß von CO2 zu vermeiden) oder auf die Auswirkungen für Umwelt, Klima und soziale Aspekte zu achten, wird als unkritische/naive oder absichtlich überzogene Unterstützung der Bioenergie-Industrie, die besonders von dieser Förderung profitiert, kritisiert (vgl. Altemeier & Hornung Filmproduktion 2013). Man wirft der Politik vor, dass diese nur die ökonomischen Interessen der Bioenergie-Industrie im Blick haben und nicht auf eine klima- und umweltreundliche Energieversorgung achten.
Auch in Deutschland steht die EEG Förderung von Bioenergie und Biogasanlagen in der Kritik. Durch diese Förderung ist es für Landwirte profitabler geworden z.B.
Mais und Raps für die energetische Biomassennutzung auf ihren Anbauflächen anzubauen, anstatt Nahrungsmittel oder Tierfutter zu produzieren. Die hohen Pachtpreise, die durch den wachsenden Wettbewerb um Ackerflächen entstehen, sorgen für einen teuren, sich für die Bauern nicht mehr lohnenden Getreide-Anbau und fördern ferner den
Mais-Anbau für Energiezwecke. Daher muss inzwischen Mais (häufig auch umstrittener Genmais) für Tierfutter, Nahrungsmittel oder für die Energieversorgung importiert werden, z.B. aus den Tropen, wo der Regenwald für diesen Anbau abgeholzt wird, oder aus Ländern mit geringeren Umweltstandards als in Deutschland. Dies wirkt sich in sozialer und ökologischer Hinsicht negativ auf Länder, wie Brasilien oder Indonesien, aus, aber auch der Klimawandel wird durch das Abholzen des Regenwaldes verstärkt. Auch Deutschland ist durch diese Praktiken direkt betroffen. So sorgte Anfang 2013 der Import von mit Schimmelpilzen belasteten Mais aus Serbien, der in Deutschland zu Tierfutter weiterverarbeitet wurde, für Aufsehen, während die Bauern hier vor Ort
Mais zur Energiegewinnung anbauten. Desweiteren gefährden die vielen Mais-Monokulturen die Biodiversität und sind teilweise 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 auf Mischkulturen (vielfältige Bioenergie, d.h. Nutzung verschiedener Planzen) 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.
Auf internationaler Ebene sind Änderungen der Bioenergieförderungen noch nicht in Sicht.

In Zukunft wird auch die Bioenergie eine zunehmend wichtiger werdende Rolle in der Energieversorgung spielen. Um die Nachhaltigkeit der Bioenergie zu gewährleisten, müssen einerseits die Energie- und CO2-Bilanz der Bioenergie Einfluss erhalten und andererseits soziale und ökologische Aspekte beim Anbau, bei der Verarbeitung und bei der Nutzung der Bioenergie bedacht werden. Deswegen sollte man u.a. Energiepflanzen in Mischkulturen anpflanzen und diese für Kraft-Wärme-Kopplung anstatt für Kraftstoffe verwenden.

Siehe auch: Biomasse, Biogas, Biodiesel, Kurzumtriebsplantagen, EEG

Lit.

  • Altemeier & Hornung Filmproduktion (2013): Saubere Energie. [Reportage]. Hamburg: NDR.
  • BBE (o.J.): Der Bioenergiemarkt in Zahlen 2011. [Stand: 12.03.2013]
  • BMU (o.J.): Kurzinfo Bioenergie. [Stand: 11.03.2013]
  • BMU (2012): Erneuerbare Energien in Zahlen. [Stand: 24.05.2013].
  • BUND (o.J.): Biogas fördern – aber mit Augenmaß. [Stand: 11.03.2013].
  • BUND (o.J.): Biomasse – Energie der Zukunft. [Stand: 11.03.2013]
  • Cuhls, Carsten / Mähl, Birte / Clemens, Joachim (2011): Treibhausgas-Emissionen aus Biogasanlagen. In: UmweltMagazin, 2011, Nr. 1/2, S. 44-45. [Stand:15.05.2013].
  • Deggerich, Markus/Fröhlingsdorf, Michael: Die gelbe Plage. In DER SPIEGEL, 2010, Nr. 50. [Stand: 11.03.2013]
  • FNR (o.J.): Gesetze und Verordnungen - Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). [Stand: 11.03.2013].
  • FNR (2012): BASISDATEN BIOENERGIE DEUTSCHLAND [Stand:11.03.2013]
  • Morris, Craig (2005): Die Energie-Bilanz der Biomasse. [Stand:24.05.2013]
  • NABU (o.J): Biomasse. [Stand: 11.03.2013]
  • NABU (2011): Fördersystem für Biomasse-Strom korrigieren . [Stand: 11.03.2013]
  • Vaillant GmbH (2013): Energie Kompakt 03 – Daten und Fakten. Remscheid: Vaillant Gmbh.

Autor: KATALYSE Institut

REA-Gips

R. ist das Abfallprodukt aus Rauchgasentschwefelungsanlagen von Kraftwerken und Industriefeuerungen.

R. aus Steinkohlekraftwerken ist, sowohl was Dioxingehalt (Dioxine und Furane), Schwermetallgehalt und Radioaktivität (Radioaktive Baustoffe) angeht, ohne gesundheitliche Bedenken als Baustoff wie Natur-Gips einsetzbar und wird bereits zu 97% als Baugips verwertet. R. aus Braunkohlefeuerungsanlagen ist dagegen verfahrensbedingt derzeit für den Einsatz in Baumaterialien nicht geeignet und wird zusammen mit den Flugaschen in den ausgekohlten Tagebauen deponiert (Braunkohle).

siehe auch: Rauchgasentschwefelungsanlagen, Kraftwerken, Braunkohle

Autor: KATALYSE Institut

Beleuchtung

B. von Objekten und Gebäuden mit natürlichem und künstlichem Licht.

Die B.-Anforderungen und Richtwerte für Arbeitsplätze in Innenräumen sind in DIN 5035 festgelegt.

Autor: KATALYSE Institut

Autogas

Kraftstoff für Ottomotoren, auch Flüssiggas oder LPG (Liquified Petroleum Gas) genannt, der aus Propan oder einer Propan/Butan-Mischung besteht (Kohlenwasserstoffe).

Diese bei Raumtemperatur und Normaldruck gasförmigen Kohlenwasserstoffe kann man unter Druck verflüssigen. Sie haben bei 20 Grad C einen Dampfdruck von etwa 9 bzw. 25 bar und werden in Drucktanks aufbewahrt. A. tritt bei der Erdöl- und Erdgasförderung in Erscheinung und wird auch in Erdöl-Raffinerien gewonnen.
Es ist wegen seiner hohen Oktanzahl und seiner einfachen Zusammensetzung für Ottomotoren sehr gut geeignet.
Autogas (LPG) sollte nicht mit Erdgas (CNG oder LNG) verwechselt werden. An den Zapfsäulen wird dies durch unterschiedliche Füllstutzten ausgeschlossen.
Zur Umrüstung müssen in ein Fahrzeug ein Drucktank, ein Verdampfer-Druckregler und ein anderer Vergaser eingebaut werden. Auch die Benzinanlage im Fahrzeug beibehalten und man kann zwischen A. und Benzinbetrieb auch während der Fahrt umschalten.
Für über 400 Fahrzeugtypen gibt es Abgasgutachten, die für den Ein- bzw. Umbau notwendig sind. Neuwagen mit Autogas-Anlage ab Werk: europaweit im Angebot. Ähnlich wie bei den Erdgas-Fahrzeugen werden inzwischen auch Fahrzeuge mit Autogasanlage ab Werk (sog. OEM-Fahrzeuge) angeboten, beispielsweise Volvo S/V40, S60, V70, S80; Renault Twingo, Kangoo, Scenic; Ford Focus, Mondeo, Transit; Mercedes Sprinter u.v.a.
In Deutschland fahren rund 14.000 PKW mit Autogas, wesentlich größer ist die Verbreitung z.B. in Italien, Belgien oder Frankreich.
Die Tankstellen-Dichte nimmt seit 3 Jahren stetig zu. Aktueller Stand Mitte 2002: 345 Tankstellen mit Autogas/
LPG; gegen Ende des Jahres 2002 wird mit mehr als 400 Autogas/LPG-Tankstellen gerechnet.
Seit der sehr starken Senkung des Mineralöl-Steuersatzes Ende 1996 und der Verlängerung im Jahr 1999 bis Ende 2009 ist das Autofahren mit Gas in Deutschland attraktiv.
Neben günstigeren Kraftstoffkosten ergeben sich vor allem Umweltvorteile des A.-Betriebes: Wegen der höheren Klopffestigkeit ist eine höhere Verdichtung mit höherem Wirkungsgrad möglich mit weniger Ölverbrauch sowie geringere Kohlenmonoxid-Emissionen; geringere Kohlenwasserstoff-Emissionen und geringere Stickoxide.
A. ist ungiftig und belastet das Grundwasser nicht. Die Stickoxid-Emissionen sind zwar etwa gleich hoch wie bei Benzinbetrieb, sie lassen sich aber ebenfalls mit der Katalysatortechnik (Drei-Wege-Katalysator) reduzieren.
Die Nachteile sind gering oder durch Entwicklung entsprechender Techniken beherrschbar: größeres Volumen und Gewicht des Drucktanks, etwas niedrigere Höchstleistung; Sicherheitsprobleme: Der Tank steht unter Druck, das Gas ist schwerer als Luft und kann sich in Kellern und Schächten ansammeln.

Siehe auch: Kraftstoff, Ottomotoren

 

Autor: KATALYSE Institut