Alternative Energiequellen

Albedo

Das Verhältnis der von einem Körper reflektierten zur einfallenden Strahlung. Änderungen der A. der Erde wirken sich auf die Strahlungsbilanz der Erde, und damit auf das Klima und Stadtklima aus.

A.-Erhöhung führt zu Temperaturerniedrigung und entsteht durch Entwaldung, Verringerung der Vegetationsdichte und Wüstenbildung. A.-Erniedrigung entsteht durch künstliche Seen, Stadt- und Industriegebiete und die Verminderung von Schnee- und Eisflächen. A.-Änderungen in der Atmosphäre werden durch den Treibhauseffekt erwartet.

Siehe auch: Globalstrahlung

Akkumulator

Ein A. ist ein auf elektrochemischer Basis arbeitender Energiespeicher (Speicherung). Energieaufnahme und -abgabe erfolgt in Form von elektrischer Energie.

Häufig verwendete A.-typen:
- Blei-Akkumulatoren (Verwendung als Starter-A. in Autos, als Energiespeicher in Solaranlagen; Leistungsdichte 100 Wh/l bzw. 35 Wh/kg).
- Nickel-Cadmium-Akkumulatoren (Verwendung zum Betrieb elektrischer Kleingeräte; Leistungsdichte 120 Wh/l bzw. 40 Wh/kg).
Trotz hoher Schwermetallgehalte sind A. oft sinnvolle Alternativen zu Batterien, da sie bei optimalen Lade/Entlade-Zyklen rund 1000mal wiederaufgeladen werden können und somit alleine schon das Abfallvolumen eheblich reduzieren. Gerade wegen der hohen Metallgehalte (Blei, Cadmium usw.) ist ein Recycling von A. sehr lohnenswert (Batterie-Entsorgung).
Neue A.-Typen, die zum Teil schon auf dem Markt sind:
- Nickel-Hybrid-A.. Er hat fast den gleichen Spannungsverlauf eines Nickel-Cadmium-A., aber eine höhere Leistungsdichte und enthält kein giftiges Cadmium. Leistungsdichte 175 Wh/l bzw. 60 Wh/kg.
- Lithium-A.. Der Vorteil dieses A. ist im Gegensatz zu dem Nickel-Cadmium-A. eine hohe Leistungsdichte und eine sehr geringe Selbstentladung. Nachteil ist die geringe lieferbare Stromstärke (rund 0,2 mA). Leistungsdichte 200 Wh/l bzw. 100 Wh/kg.
- Natrium Schwefel-A.. Bei diesem Typ handelt es sich um einen Hochleistungstyp, der zum Einsatz in Elektroautos in Frage kommt. Der Nachteil liegt in der hohen Betriebstemperatur dieses A. (rund 300 Grad C) und der auftretenden Gefahr bei Leckagen oder Crashs z.B. durch flüssiges Natrium. Leistungsdichte 110 Wh/l bzw. 90 Wh/kg.
- Zink-Brom-A.. Noch ist das Verhalten des Elektrolyten bei Leckagen und Crashs weitgehend unbekannt. Aus diesem Grunde ist dieser Typ noch kritisch zu bewerten. Leistungsdichte 60 Wh/l bzw. 65 Wh/l.
Batterie-Entsorgung

Abwärmenutzungsgebot

Abwärme

Abwärme ist der bei der Kraft- oder Wärmeerzeugung oder bei chemischen Prozessen anfallende Anteil an Wärmeenergie, der ungenutzt in die Umwelt entweicht. In Ballungsgebieten führt Abwärme zu einem mittleren jährlichen Temperaturanstieg von 1GradC.

Bei Kraftwerken und industrieller Produktion treten räumlich konzentriert große Mengen Abwärme auf (Kühlturm). Die Aufwärmung der Umgebungsluft sowie der Feuchtigkeitseintrag in die Luft über Kühltürme verursachen Nebelbildung und Niederschlagsneigung. Die Verwendung von Flußwasser zur Kühlung von Kraftwerken führt zur Aufheizung der Flüsse.

Hierdurch sinken Sauerstoffgehalt und Selbstreinigungskraft der ohnehin schon stark belasteten Flüsse im Sommer (Sauerstoffzehrung, Gewässerbelastung). So liegt im Rhein stellenweise der Sauerstoffgehalt unter der für Fische lebensnotwendigen Grenze von 3 mg/l (Gewässererwärmung). Bei Erreichen einer Temperatur von 28 Grad C dürfen Flüsse im Sommer daher nicht mehr zur Kühlung benutzt werden.

Durch Nutzung von Abwärme zu Heizzwecken könnte ein wesentlicher Beitrag zur Energieversorgung geleistet und die Emission von Schadstoffen reduziert werden (Fernwärme, Nahwärme, Kraft-Wärme-Kopplung). Hierzu ist allerdings eine Dezentralisierung der Energieversorgung (dezentrale Energieversorgung) notwendig, da bei zentralen Großkraftwerken, wie z.B. bei Kernkraftwerken, eine Abwärme-Nutzung aufgrund der Wärmeverluste bei der Verteilung nicht möglich ist.

Siehe auch: Abwärme, Umwelt

PV-Anlage

Thermostromgenerator

Ein T. besteht aus einer Reihe von Kohleplatten die mit zwei verschiedenen Metall-Legierungen (NiCu/NiCr) an den Enden der Platten beschichtet sind. Die beschichteten Flächen bilden ein grossflächiges Thermoelement.

Die Kohleplatten dienen als Elemententräger und sind gleich Stomleiter zwischen den Elementenfädchen. Mehrere Elemente in Reihe verbunden ergeben eine Thermosäule. Eine typische Eigenschaft des Thermoelementes ist die hohe Stromdichte definiert in Ampere/mm². Eine Seite wird erhitzt, die andere gekühlt, so entsteht in Verbindung mit einem Verbraucher im Stromkreis ein sehr hoher elektrischer Strom mit niedriger Gleichspannung.

Die wirksame Stromdichte (ca. 1 Ampere/mm²) ist proportional der im Einschmelzprozess entstandenen Fläche der intrakristallinen Struktur
zwischen den zwei verschiedenen Legierungen, diese ist um ein Vielfaches grösser als die physikalische Fläche. Durch die wellenartig formierte
Oberfläche vergrössert sich die Kontaktfläche zwischen den beiden Metall-Legierungen zusätzlich.

Ein Thermoelement mit einer Kontaktflaeche von 500 cm² und 8000 C ergibt 0,06 Volt(EMK) und hat bei einer Leistungsanpassung (Ri=Ra) in Verbindung mit einem Verbraucher (Widerstand) im Stromkreislauf: 25000 Ampere x 0,03 = 750 Watt.

Mehrere hunderte Thermoelemente in Reihe geschaltet ergeben eine hohe elektrische Leistung. Der geschätzte Wirkungsgrad liegt bei mehr als 10 Prozent und ist sehr abhängig von der
Temperaturdifferenz zwischen den gegenüber (oben-unten) plazierten Elementen, der Zusammensetzung der Legierungen und den Gesamtinnenwiderstand
der Thermosäule.

Für die Erwärmung des unteren Teils der Thermosäulen im Brennraum sind alle flüssigen und gasförmigen Brennstoffe geeignet,
insbesondere empfehlenswert ist die Verwendung von flüssigem Wasserstoff, der aus Sonnenenergie gewonnen werden kann. Durch das Kühlsystem des thermischen Generators fliesst der noch flüssige Wasserstoff im Wärmetauscher bis zum Brennraum, dadurch wird die Kühlung im oberen Teil des Generators effektiver genutzt.

Thermostromgeneratoren sind in jeder Grösse
herstellbar, sind lautlos, keinem Verschleiss ausgesetzt und haben keine nennenswerten beweglichen Teile. Die praktische Anwendung thermoelektrischer Generatoren als Elektroantrieb für Fahrzeuge aller Art ist mit dieser
innovativen Technologie überhaupt erst möglich.

Einen wichtigen Stellenwert hat ein neuartiger am Generator integrierter Niederspannung/
Hochstrom-Mehrphasen-Stromwandler (DC/AC) unkonventioneller Bauart (nicht zum Patent angemeldet), der den Gleichstrom, z.B. 100.000 Ampere bei 50 Volt, mit vernachlässigbar geringen Verlusten in Wechselstrom umwandelt. Der
Stromwandler unterbricht periodisch und umgepolt den Stromfluss mit konstanter oder variabler Frequenz in Intervallen von Millisekunden.

Der entstandene Wechselstrom steht in Verbindung mit der Primärwicklung eines Transformators. In der Sekundärspule erzeugt das wechselnde Magnetfeld
durch Induktion eine vorgegebene hohe Wechselspannung. Der Stromwandler, eine Neuentwicklung in der Elektrotechnik eignet sich hervorragend für den immens hohen Gleichstrom der Thermoelemente, aber auch für jede andere
Gleichstromquelle.

Als Miniaturkonstruktion für genormte Elektronik-Platinenraster ist der Anwendungsbereich sehr vielfältig. Gute Perspektiven haben Thermostromgeneratoren als stationäre Blockkraftwerke,insbesondere ist aber auch der umweltfreundliche Einsatz im Schiffbau möglich. Nahezu unbegrenzt ist die Funktionsdauer eines Thermostromgenerators wenn die vorgegebenen Temperaturgrenzwerte eingehalten werden.

Die Erforschung intermolekularer thermovoltaischer Prozesse mit geeigneten Legierungen und die Weiterentwicklung in Bezug auf grossdimensionierte
Elemente eröffnen neue Wege auf der Suche nach leistungsfähigeren Thermoelementen.

Photovoltaik-Anlage

P.(PV-Anlagen) der Name kommt von dem photovoltaischem Effekt- erzeugen Strom mit Hilfe von Solarzellen aus Sonnenenergie (Globalstrahlung). Sie können vom kleinen Gartenhaus bis hin zu Solarkraftwerken eingesetzt werden.

Der Preis einer Komplettanlage für Netzeinspeisung liegt bei etwa bei 5,60 - 7,70 Euro/Wpeak, was einem Strompreis von 0,40 Euro/kWh-0,55 Euro/kWh entspricht (Standort Deutschland, gerechnet mit 20 Jahren Lebensdauer).
Seit dem 1. Januar 2004 sind die neuen Bedingungen für die Vergütung von Sonnenstrom in Kraft getreten. ("Photovoltaik-Vorschaltgesetz"). Erzeuger von Solarstrom erhalten zukünftig 45,7 Cent pro Kilowattstunde als Grundvergütung. Dies gilt auch für große Freiflächen-Anlagen, soweit sie sich im Bereich eines Bebauungsplans befinden. Für Solaranlagen auf Gebäuden erhöht sich die Vergütung: um 11,7 Cent pro Kilowattstunde bis 30 Kilowatt Leistung, fuer den darueber hinaus gehenden Anteil bis 100 kW um 8,9 Cent pro Kilowattstunde und fuer den 100 KW uebersteigenden Anteil um 8,3 Cent pro Kilowattstunde. Zusätzlich gibt es einen Bonus von 5 Cent pro Kilowattstunde bei fassadenintegrierten Anlagen.
Darüber hinaus bietet die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) nach dem Auslaufen des erfolgreichen 100.000 Dächer-Solarstrom-Programms im Rahmen des KfW-CO2-Minderungsprogramms für Privathaushalte und des KfW-Umweltprogramms für gewerbliche Unternehmen weiterhin attraktive Darlehen zur Finanzierung von Photovoltaik-Anlagen an.
Der weitere Ausbau der Photovoltaik wird außerdem durch die Förderung der Erforschung von neuen Technologien für die Photovoltaik unterstützt. Allein im Jahr 2003 hat das Bundesumweltministerium hierfür 27 Millionen Euro eingesetzt. Diese Förderung soll in den kommenden Jahren nach den Vorstellungen des Bundesumweltministeriums auf hohem Niveau weitergeführt werden.
Eine PV-Anlage benötigt heute ca. 10 Jahre, bis sie eine Energiemenge produziert hat, die der des energetischen Aufwandes zur Herstellung, Betrieb und Entsorgung entspricht. Bei einer Lebensdauer der Anlage von voraussichtlich 20-25 Jahren ergeben sich somit positive Energiebilanzen.
P. sind derzeit jedoch im Vergleich zur Solarthermie noch ziemlich teuer. Anlagen, mit denen etwa 1000 kWh Strom pro Jahr produziert werden können, kosten etwa 7.500 bis 10.000 Euro pro kW Leistung
Die deutliche Bevorzugung bei der Förderung von PV-Anlagen im Vergleich zu thermischen Anlagen könnte dazu führen, dass ein Hausbesitzer auf den Bau einer thermischen Anlage ganz verzichtet, um möglichst viel Dachfläche für eine PV-Anlage zu haben. Hier könnte sich also ein Konflikt auftun zwischen verschiedenen Formen der Sonnenenergienutzung.

Ofenheizung

In Einzelöfen verbrennt man zur Wärmeerzeugung Kohle, Heizöl, Erdgas und Holz, ohne - wie bei der Zentralheizung - einen Wasserkreislauf zu erhitzen.

In den alten Bundesländern werden 10-20% der Wohnungen mit O. beheizt, in den neuen Bundesländern über 60% (Heizung). Im Neubaubereich spielen Einzelöfen heute keine Rolle mehr. Gewöhnliche Einzelöfen haben durch hohe Abgasverluste einen Wirkungsgrad von nur 50 bis 60% und damit einen entsprechend höheren Energieverbrauch als Zentralheizungen (Heizung, Brennwertkessel).

Im Vergleich zu Öl- und Gaszentralheizungen erzeugen Kohleeinzelöfen erheblich mehr Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Staub. Zur Verringerung des Schwefeldioxidausstoßes wird bei der Herstellung von Braunkohlebriketts schwefelarme Braunkohle verwendet.
Emissionen der O.: Heizung, Fernwärme

Nutzwärmekonzept

Niedertemperatur-Heizsysteme

Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen werden N. mit Vorlauftemperaturen unter 55 Grad C betrieben.

Durch die niedrigeren Temperaturen treten v.a. bei der Verteilung der Wärme geringere Wärmeverluste auf. Um trotz der niedrigeren Vorlauftemperaturen die Wohnungen ausreichend erwärmen zu können, müssen großflächigere Heizkörper (Plattenheizkörper, Fußboden-, Wand- oder Fußleistenheizung) verwendet werden.

Großflächige Heizkörper tragen zu einem angenehmen Raumklima bei, da sie den Raum mehr als konventionelle Heizkörper über Infrarotstrahlung und nicht so sehr über Konvektion (warme Luft) erwärmen. Dabei wird bereits eine geringere Lufttemperatur als behaglich empfunden, was zu zusätzlichen Energieeinsparungen führt.
Moderne Heizkessel, wie z.B. der Brennwertkessel, haben bei N. den höchsten Wirkungsgrad.

Netzfreischalter

Naturdämmstoffe

Naturmaterialien wurden bereits vor Jahrhunderten zum Dämmen von Gebäuden eingesetzt. Erst mit der Industrialisierung wurden sie mehr und mehr durch neue Massenprodukte aus fossilen Rohstoffen wie Glas- oder Steinwolle und Polystyrol ersetzt.

Allein in Deutschland wurden im Jahr 2001 etwa 29 Mio. m³ Dämmstoffe zur Schall- und Wärmedämmung eingesetzt. Ihre Basis sind fast ausschließlich fossile Rohstoffe. Dabei sind ihre Nachteile bekannt: sie sind energieaufwändig in der Herstellung, nur bedingt recyclebar und in ihren Auswirkungen auf die Gesundheit umstritten.

Dämmstoffe aus der Natur sind in ihrer bautechnischen Qualität den herkömmlichen Produkten wie Mineralwolle oder Polystyrol absolut ebenbürtig. Durch ihre klaren Vorteile in puncto Umwelt- und Gesundheitsverträglichkeit sind sie die erste Wahl:

bei der Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralwolle wird etwa zehnmal soviel Energie verbraucht wie bei Hanf- oder Zellulose-Dämmplatten,
nachwachsende Rohstoffe besitzen die Fähigkeit, teilweise bis zu 30 Prozent des eigenen Gewichts an Feuchtigkeit aufzunehmen und wieder abzugeben,
sie tragen maßgeblich zu einem ausgeglichenen, angenehmen Raumklima bei,
mit einer Dämmung aus Zellulose oder Holzfaserplatten ein sommerlicher Wärmeschutz erreicht wird, mit dem schlaflose Nächte in überhitzen Räumen unter dem Dach der Vergangenheit angehören,
mit einem Wärmedämmverbundsystem aus Holzfaser- oder Korkplatten eine Fassade saniert werden kann, die nicht nur aus ökologisch empfehlenswertem Material besteht, sondern daneben einen hervorragenden Schallschutz erzielt und unerwünschtes Algenwachstum reduziert.
Die wichtigsten nachwachsenden Rohstoffe, die als Dämmstoffe eingesetzt werden können sind: Flachs, Kokos, Schafwolle, Hanf, Kork, Schilfrohr, Holzfasern, Miscanthus (Chinaschilf), Stroh, Holzspäne, Roggen und Zellulose.
Im Rahmen des Markteinführungsprogramms "Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen" werden natürliche Dämmstoffe seit Juli 2003 durch das Bundesverbraucherschutzministerium (BMVEL) gefördert. Gemeinsam mit den Herstellern sind diese Produkte in einer sogenannten "Positivliste" aufgeführt. Zudem sind die Produkte nach ihrer Zugehörigkeit zur jeweiligen Förderkategorie gekennzeichnet.

Unterschieden werden die Kategorie I und II:
- Zu I gehören Dämmstoffe, die durch natureplus® zertifiziert sind und über das Gütesiegel verfügen. Die Förderhöhe liegt bei 40 Euro/m³, der Förderantrag muss eine Mindestmenge von 5 m³ umfassen.
- Zu II gehörende Produkte verfügen nicht über das natureplus® - Gütesiegel, erfüllen aber dennoch die allgemeinen Anforderungen entsprechend des Markteinführungsprogramms. Bei ihnen beträgt die Förderhöhe 30 Euro/m³, auch in diesem Fall muss pro Antrag eine Mindestmenge von 5 m³ vorliegen.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt sind die technischen Eigenschaften und damit die geeigneten Einsatzbereiche der Naturdämmstoffe, die ebenfalls in der Liste erläutert sind. Für den Bauherrn und potenziellen Antragsteller, der unter einer Vielzahl von Schall- und Wärmeisolierungen auswählen muss, wird so die Entscheidung für den richtigen Dämmstoff erleichtert.
Quellen: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Gülzow und Kompetenzzentrum für Bauen mit Nachwachsenden Rohstoffen (KNR), Münster

Siehe auch Stichworte: Transparente Wärmedämmung, Wärmedämmstoffe und Wärmedämmung.

Nahwärme

Mauerwerk

Mauern ist eine der ältesten Methoden der Menschheit, Bauwerke zu errichten. Zur Erstellung eines Mauerwerks werden künstliche oder natürliche Steine lagenweise aufeinander geschichtet, dabei wird zur besseren Verbindung der Steine normalerweise Mörtel eingesetzt.
Unvermörtelte Mauern s. Trockenmauerwerk.

Die Steine der ersten und der nächsten Lage werden gegeneinander versetzt (Mauerverband) zur Erhöhung der Standsicherheit. Mauerwerk kann sowohl vertikale als auch horizontale Lasten aufnehmen und ableiten. Früher wurden deshalb auch Bögen (Brücken), Kuppeln (in Kirchen) und Türme in Mauerwerk aufgeführt. Heute ist das Mauerwerk im industriellen Bauen meist von den rationeller einzusetzenden Gusstechniken ( Beton) verdrängt worden, im Wohnungsbau hat es aber seinen Platz behalten und erlebt zur Zeit sogar, durch Einsatz neuer Steinsorten und verbesserter Mauerwerktechniken, einen neuen Aufschwung.
Für hohe Belastungen kann Mauerwerk auch als bewehrtes Mauerwerk ausgebildet werden - hierzu werden Eisenstücke in die Mörtelfugen gelegt.
Nach DIN 1053 unterscheidet man verschiedene Mauerwerkskonstruktionen, vom einschaligen massiven Mauerwerk bis hin zu mehrschaligen Aufbauten mit und ohne Luftschicht. Die mehrschaligen Aufbauten dienen nicht der Erhöhung der Tragfähigkeit, sondern der Verbesserung der Schlagregensicherheit. , der Wärme- und Schalldämmung. Schlagregensicherheit, kann auch durch mehrlagige mineralische Putze erreicht werden. Im Innern der mehrschaligen Mauerwerke werden heute fast immer Wärmedämmstoffe (Mineralwolle, Polystrol, Polyurethan) eingesetzt.
Prinzipiell kann man sagen: vom einschaligen zum mehrschaligen Mauerwerk steigt sie Wärmedämmfähigkeit, die Konstruktion wird komplizierter und anfälliger für Ausführungsfehler, diese können so gravierend sein, dass der gewünschte Effektder verbesserten Wärmedämmung zunichte gemacht wird. Gleichzeitig sinkt, durch die innige Verbindung von mineralischen Baustoffen und organischen Baustoffen (organisches Dämmmaterial, Klebstoffe) und metallischen Baustoffen (Anker, Verschraubung) die Recyclingfähigkeit des Mauerwerks.
Der Einsatz von Dämmstoffen innerhalb oder auf dem Mauerwerk vermindert bzw. verhindert die Nutzung der passiven Solarenergie (Wärmeeinstrahlung ins Mauerwerk, Solararchitektur, Transparente Wärmedämmung).

siehe auch: k-Wert, Bauphysik, Bauschutt, Baustoffe

Licht

Licht gehört zur elektromagnetischen Strahlung, es umfasst den für Menschen sichtbaren Spektralbereich zwischen UV-Strahlung und Infrarotstrahlung.

Natürliches Tageslicht ist für das menschliche Wohlempfinden von grosser Bedeutung. Kein noch so ausgeklügeltes Beleuchtungssystem auf Kunstlichtbasis kann das natürliche Tageslicht (bis heute) ersetzen. In Räumen sollte daher für eine ausreichende Tageslichtnutzung gesorgt werden.
Licht nimmt in vielfältiger Weise Einfluss auf Hormonhaushalt und Stoffwechsel. Minderwertiges Kunstlicht, wie es zum Beispiel handelsübliche Leuchtstoffröhren abgeben, kann den Hormonhaushalt durcheinanderbringen. So steigt der Spiegel des Antriebs- und Stresshormons Cortisol, während der Körper gleichzeitig das beruhigende Hormon Melatonin produziert, das normalerweise die Sonne erst mit ihrem Abendlicht stimuliert. Ein solches hormonelles Wechselbad kann gesundheitliche Folgen haben.
Neben dem oft einseitig verschobenem Lichtspektrum können schlechte Ausleuchtung (Beleuchtung), Lichtblendung und Lichtflimmern eine Rolle spielen.
Auch wenn die medizinische Forschung über die Folgen unnatürlicher Beleuchtung noch in den Anfängen steckt, werden eine Reihe von Krankheiten mit Kunstlicht in Zusammenhang gebracht: verminderte Arbeits- und Konzentrationsfähigkeit, Kopfschmerzen und Augenbrennen, Anstieg von Stress und Reizbarkeit, Störungen im Biorhythmus, Gewichtszunahme und ganzjährige "Winterdepression".
Gegen Störungen des Biorhythmus bis hin zur Heilung von Depressionen wird besonders starkes Licht ausgewogener Spektralzusammensetzung in der Lichttherapie eingesetzt.
Zu welchem Leuchtmittel und welcher Lampenart bei der Wahl von Kunstlicht gegriffen werden soll, hängt in erster Linie von der konkreten Beleuchtungsfunktion ab. Eine generelle Empfehlung kann nicht ausgesprochen werden, da kein Lampensystem in Lichtqualität, Innenraumbelastung und Energieverbrauch überzeugen kann; vor allem Halogenlampen und Leuchtstoffröhren kommt es auf die richtige Systemwahl an, um mögliche gesundheitliche Schäden gering zu halten.
Licht ist einer der wichtigsten abiotischen faktoren. Das Lichtspektrum von 300 nm bis in den Infrarotbereich von 1.100 nm Wellenlänge kann von Pflanzen und Tieren verarbeitet werden. L. dient v.a. als Energiespender bei Pflanzen (Photosynthese) durch chemische Umwandlung.
Auch die Aktivität vieler Tiere wird durch den Hell-Dunkel-Wechsel gesteuert bzw. durch jahreszeitliche Veränderungen der Tageslänge.

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.

Adressen zu dem Stichwort Biogas

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

Batterieherstellung

Bei der B. fallen erhebliche Mengen an Bleistaubverbindungen an (Blei, Bleihütte).

Bekannt geworden sind die Emissionen der Akkumulatorenfabrik Sonnenschein in Berlin. In mehreren mit Mitteln des Altanlagensanierungsprogramms der Bundesregierung geförderten Projekten wurden die Bleiemissionen in Betrieben der B. inzwischen drastisch gesenkt. Bei einer Fabrik im Raum Kassel wurden die jährlichen Emissionen von 2.600 kg auf 20 kg Bleiverbindungen gesenkt. Zur Reduzierung der Staubemissionen (Staub) werden Schwebstoffilter (Gewebefilter) eingesetzt. Mit doppelstufigen Filtern wurden sogar Reingasstaubgehalte von weniger als 0,1 mg/m3 erreicht. Mit den Schwebstoffiltern kann der Bleistaub für die Produktion zurückgewonnen werden und fällt nicht wie bei den früheren Naßentstaubern (Wäscher) als Schlamm an, der deponiert werden muß. Die TA Luft 1986 schreibt für die Herstellung von Blei-Akkumulatoren einen Grenzwert der Staubemission von 0,5 mg/m3 und der Emission von Schwefelsäure von 1 mg/m3 vor.

Siehe auch: Batterie, Batterieentsorgung, Akkumulator, Staub

KWK

Kraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wärme-Kopplung beruht darauf, die Abwärme der Kraftwerke zum Wärmeverbraucher zu transportieren und dort zum Heizen und zur Warmwasserbereitung zu nutzen (Fernwärme und Nahwärme). Überschüssiger Strom wird in das Stromnetz eingespeist.

Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen (KWK-Anlagen) erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme und werden meistens dezentral/vor Ort (Blockheizkraftwerke) eingesetzt. Dabei kommen Diesel-, Gas oder Biogasmotoren, Gasturbinen, Dampfmotoren und -turbinen sowie Brennstoffzellen zum Einsatz. Genutzte Energieträger sind Erdgas, Heizöl, Biogas, Pflanzenöl, Holzpellets oder Hackschnitzel.
Bei der Erzeugung von Strom in konventionellen Kraftwerken wird im Durchschnitt nur 41% der im Brennstoff enthaltenen Energie in Strom umgesetzt (vgl. Umweltbundesamt 2010). Der Rest geht als Abwärme an die Umwelt verloren (Kühlturm). KWK-Anlagen haben dagegen einen höheren Wirkungsgrad, da sie bis zu 90% des Brennstoffs in Endenergie umwandeln können.

Die KWK-Anlagen sind je nach Bedarf unterschiedlich groß bzw. leistungsstark. Sogenannte Mini-KWK des unteren Leistungssegments sind durch Nutzung der Nächst-Wärme bei Ein- und Mehrfamilienhäusern sowie im Kleingewerbe geeignet. Seit April 2012 gibt es über das Mini-KWK-Programm wieder Förderungen für kleine Wärmeanlagen.

Ein
Blockheizkraftwerk besteht meist aus einem KWK-Aggregat zur Strom- und Wärmeerzeugung und einem Heizkessel, um Spitzenlasten (z.B. im Winter) und Ausfälle/Wartungen auszugleichen.
Durch einen Pufferspeicher zur Aufnahme überschüssiger Wärme können Schwankungen im Strombedarf ausgeglichen werden. „Mit dieser Auslegung decken Blockheizkraftwerke zwischen 50 und 75 % des gesamten Heizwärme- und Warmwasserbedarfs eines Gebäudes“ (Bundesumweltamt 2010). Wegen der hohen Leitungsverluste beim Verteilen der Fernwärme ist der Einsatz von KWK vor allem in Verbrauchernähe sinnvoll (dezentrale Energieversorgung). Besonders geeignet ist die KWK, wenn über das Jahr ein gleichmäßiger und hoher Wärmebedarf besteht (vgl. Umweltbundesamt 2012).

Die Kraft-Wärme-Kopplung trägt zum Umwelt- und Klimaschutz einen wesentlichen Beitrag bei. So wird weniger Primärenergie gebraucht (Minderung des Energieträgereinsatzes) und es findet einerseits eine Ressourceneinsparung statt und andererseits wird 34 Prozent weniger CO₂ im Vergleich zur konventionellen Stromerzeugung ausgestoßen (vgl. BMU 2009). Zusätzlich wird der Schadstoffausstoß vermieden (geringerer Ausstoß von Schwefeldioxid, Stickoxiden und Kohlenmonoxiden als in Kohlekraftwerken). Allerdings muss hierbei auch zwischen den verschiedenen KWK-Anlagen (Größe, Brennstoff, Stromkennzahl) unterschieden werden. Solche Anlagen, die mit Biogas, Heizöl oder Pflanzenöl arbeiten, haben zu meist einen höheren Ausstoß an NOx (Stickoxide) und CO (Kohlenstoffmonoxid) als moderne Kohlekraftwerke. Es wird auch geraten, auf die hohe Lärmemissionen zu achten und das
Blockheizkraftwerk (BHKW) möglichst in einem separaten Heizhaus oder im Keller aufzustellen.

Durch eine KWK-Vergütung, die im KWK-Gesetz und
EEG geregelt ist, wird der Betrieb der Kraft-Wärme-Kopplung gefördert. 2010 kamen etwa 15,8 Prozent der Nettostromerzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen (ein Anstieg von 2,3 Prozent seit 2003) (vgl. Umweltbundesamt 2010).

Zusätzlich gibt es auch die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK). Durch die KWK-Anlagen wird die erzeugte Wärme zum Betrieb einer Absorptionskältemaschine verwendet, so dass Gebäude klimatisiert werden können.

Lit.:

Umweltbundesamt (2010): Dezentrale Systeme auf Basis von Kraft-Wärme-Kopplung. [Stand: 12.12.2012]
Umweltbundesamt (2012): Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). [Stand: 12.12.2012]
BMU (2009): Energie Dreifach Nutzen – Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für kleine Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen. [Stand: 12.12.2012]
Öko-Institut e.V. (2011): Monitoring der Kraft-Wärme-Kopplungs-Vereinbarung vom 19. Dezember 2003 für den Teilbe-reich Kraft-Wärme-Kopplung Berichtszeitraum 2009 (Dritter Bericht) [Stand: 07.01.2013]

Kollektoranlage

Alkali-Mangan-Batterien

Bei A. handelt es sich um nicht wiederaufladbare Batterien (Primärelemente). Die Elektroden bestehen aus Mangandioxid und Graphit (+Pol) und Zinkamalgam (-Pol; Zinkamalgam: Zink mit Quecksilber-Zusätzen).

Wegen ihrer hohen Leistung (rund 2 Ah bei einer Batterie der Bauart Mignon gegenüber 0,3 bis 0,7 Ah bei Zink-Kohle-Batterien gleicher Bauart) und der geringen Selbstentladung (Lagerfähig bis 3 Jahre bei Lagertemperatur +15 bis +25 Grad C) ist dieser Typ besonders geeignet für folgende Anwendungen

Geräte, die besonders lange Betriebszeiten ohne Batteriewechsel fordern,
Geräte mit hohen Entladeströmen (z.B. Blitzgeräte, Walkman); bei häufigem Gebrauch solcher Geräte sollte man die Verwendung eines in der Bauform gleichen Nickel-Cadmium-Akkus in Erwägung ziehen,
Einsatz in einem besonders weiten Temperaturbereich und
Geräte, in denen ein Höchstmaß an Auslaufsicherheit gefordert ist. Bei einigen Typen gibt der Hersteller eine Auslaufgarantie. Sollte also trotz sachgemäßer Handhabung eine Batterie auslaufen und dadurch ein Gerät beschädigen, wird dieses vom Hersteller der Batterie kostenlos repariert oder ersetzt.

A. beinhalten bauartbedingt einen gewissen Prozentsatz Quecksilber und sollten, auch wenn die Quecksilbermenge in den letzten Jahren von den Herstellern gesenkt wurde, nicht in den normalen Hausmüll gelangen. A. sind möglichst einer Batterie-Entsorgung zuführen oder dem Handel zurückzugeben. Der Fachverband versprach ab April 1989 nur noch A. mit weniger als 0,1% Quecksilber anzubieten. Leider erreichten einige Batterie-Typen dieses Ziel nicht.

Lit.: Öko-Test, Juni 1989; Varta, Primärbatterien Lieferprogramm und technische Daten

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