Energie aus Regen und Wind
AUSSER der direkten Nutzung der Sonnenenergie gibt es viele Möglichkeiten, sie indirekt zu nutzen. Fließendes Wasser verwendet man schon seit mehr als 1 000 Jahren zum Antreiben von Getreidemühlen, zum Fördern von Wasser und für viele andere Zwecke. Durch Verdunstung und Niederschlag wird das Wasser vom Meer zur Quelle zurückgebracht. Auch dafür liefert die Sonne die nötige Energie. Somit ist fließendes Wasser ein ständig erneuerbarer, zuverlässiger Energieträger.
Stauseen bieten einen von der Jahreszeit unabhängigen Energievorrat, der zur Stromerzeugung dient. In manchen Ländern gibt es so viele fließende Gewässer, daß sie den wichtigsten Energielieferanten bilden. In Norwegen beispielsweise wird fast der gesamte elektrische Strom durch Wasserkraft erzeugt. Doch weltweit gesehen steht sie hinter anderen Energieträgern an Bedeutung zurück. Nur etwa 5 Prozent des Energiebedarfs der Menschheit werden durch Wasserkraft gedeckt. In vielen Teilen der Welt ist bereits der größte Teil des Wasserkraftpotentials ausgeschöpft, und es läßt sich kaum noch mehr „herausholen“, um mit dem wachsenden Energiebedarf Schritt zu halten.
Eine andere jahrhundertealte Möglichkeit, aus der Umwelt Energie zu gewinnen, ist der Einsatz von Windmühlen. Auch hier ist man von der Sonne abhängig, da sie das Wetter und die Klimaunterschiede bewirkt, die bestimmen, wohin und wie stark der Wind weht.
In vielen Teilen der Welt gehörten einst Windmühlen zum Landschaftsbild. Die malerischen Windmühlen in den Niederlanden pumpten Wasser aus den eingedeichten Tiefebenen. Im 18. Jahrhundert lieferten sie auch die Antriebskraft für Sägemühlen, für Getreidemühlen und andere Betriebe. Auch die Ebenen im mittleren und westlichen Teil der USA waren früher von Millionen Windmühlen übersät. Man gebrauchte sie hauptsächlich, um Wasser aus Brunnen zu schöpfen, aber auch, um Strom zu erzeugen. Im 20. Jahrhundert wurden sie größtenteils durch Verbrennungsmotoren ersetzt.
Jetzt, da das Mineralöl seine Vorrangstellung verliert, ist eine erneute Popularität der Windkraft gewiß. Wiederbelebt wurde das Interesse durch die Feststellung, daß das Potential der Windenergie viel größer ist, als man dachte. Ein Wissenschaftler an der Universität von Kalifornien behauptet in einem Bericht jüngeren Datums, daß man, weltweit gesehen, durch Windkraft 20mal mehr Energie erzeugen könne, als die gesamte Menschheit brauche. Selbst in den Vereinigten Staaten könnte man, würde das Windpotential völlig genutzt, 75 Prozent des gegenwärtigen Energiebedarfs decken. Manchenorts ist die durchschnittliche Energie des Windes fast ebenso groß wie die des Sonnenlichts.
Es gibt geplante und bereits erprobte Windkraftmaschinen der verschiedensten Formen. Die meisten haben einen Propeller mit zwei oder drei Blättern, der an einem Gehäuse angebracht ist, das einem kleinen flügellosen Flugzeugrumpf ähnelt und auf einem hohen Turm sitzt. In Clayton (New Mexico) erzeugt eine solche Anlage mit 19 m langen Blättern bis zu 200 Kilowatt Strom, völlig ausreichend für ein Sechstel der 1 300 Haushalte, wenn der Wind bläst — und das ist zu 90 Prozent der Zeit der Fall. 1978 war die auf diese Weise erzeugte Elektrizität dreimal so teuer wie die aus Mineralöl, aber man erwartet, das Kostenverhältnis durch größere, in Serie hergestellte Windkraftmaschinen verbessern zu können, zumal ja das Mineralöl rapide teurer wird.
Man hat schon an mehreren Stellen ähnliche Anlagen erprobt. Die bisher größte steht in der Nähe von Boone (Nordkarolina) — der Generator leistet 2 000 Kilowatt. Eine Privatfirma will im mittleren Kalifornien an einem windigen Bergpaß eine ganze Gruppe von Windkraftmaschinen aufstellen. Wenn sich das als wirtschaftlicher Erfolg erweist, sollen an anderen günstigen Stellen noch viele Hunderte entstehen.
Bei einer anderen Ausführung verlaufen die Blätter, vom unteren Ende einer senkrechten Achse ausgehend, in großem Bogen zum oberen Ende. Ein solcher Propeller sieht wie ein riesiger Schneebesen aus. Er braucht nicht nach dem Wind gedreht zu werden. Wie andere Ausführungen, so wird auch er erst ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit wirksam, gewöhnlich ab 13 km/h, und er kann, wenn der Wind zu heftig bläst, zum Vermeiden von Schäden abgestellt werden.
Eine andere unkonventionelle Ausführung hat einen feststehenden zylindrischen Turm, der ringsum mit senkrechten Klappen versehen ist. Sie werden auf der Windseite des Turmes bis zu einem bestimmten Winkel geöffnet und auf der Windschattenseite geschlossen. Der Wind, der in den Turm hineinbläst, wird in eine spiralförmige Bahn gezwungen und bewegt sich nach oben, so daß ein kleiner Tornado entsteht. Der Unterdruck im mittleren Bereich saugt von unten Luft durch eine hochtourige Turbine mit verhältnismäßig kleinen Propellerblättern.
Aber es werden noch mehr Varianten entworfen und entwickelt. Auf dem Gebiet der Windenergiegewinnung sind neuen Ideen keine Grenzen gesetzt, und niemand kann voraussagen, welche schließlich zur wirtschaftlichsten Lösung führen werden. Also erforscht man weiterhin viele rivalisierende Konstruktionen.
Beim Vergleich zwischen Windkraft und anderen Energiequellen gilt es, auch die Ästhetik zu berücksichtigen. Eine einzelne Windkraftmaschine in der Landschaft mag man noch als malerisch betrachten, doch mehrere, in langen Reihen nebeneinandergestellt, könnten unschön wirken. Man befürchtet sogar, daß sie gebietsweise den Fernsehempfang stören könnten.
Es besteht die Aussicht, daß die Windenergie ihre frühere Bedeutung zurückerlangt und einen zunehmenden Anteil der Energieversorgung bestreitet. Verschiedenen Schätzungen gemäß könnte dieser Anteil in den USA bis zum Jahr 2000 zwischen ein und zehn Prozent betragen.
Die Flauten ausgleichen
Wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind ausbleibt, können beide nicht zur Energieerzeugung beitragen. Arbeiten sie jedoch im Verbund mit einem Wasser- oder Kohlekraftwerk, dann läßt sich dieser Mangel beheben. Genauso, wie die Generatorleistung im Verlauf eines Tages dem wechselnden Stromverbrauch angepaßt wird, kann sie durch entsprechende Steuerung die Flauten der Sonnen- und Windenergie ausgleichen.
Für manche Zwecke kann man auch die Sonnenenergie nutzen, um „Heu zu machen, solange die Sonne scheint“. Man kann damit Brauchwasser in Hochbehälter pumpen und elektrochemisch Aluminium oder Wasserstoff herstellen, und zwar immer dann, wenn die Sonne scheint.
In den meisten Fällen dagegen müßte die elektrische Energie gespeichert werden. Dafür eignen sich Batterien, wie wir sie vom Auto her kennen. Doch die Anzahl solcher Bleibatterien, die für den Bedarf eines Durchschnittshaushalts erforderlich wäre, würde Platz- und Geldprobleme hervorrufen. Erfreulicherweise versprechen die jüngsten Forschungen die Entwicklung neuartiger Batterien, die viel elektrische Energie auf kleinem Raum speichern können.
Wenn diese Batterien zu erschwinglichen Preisen hergestellt werden, kann das Elektroauto als konkurrenzfähig gelten. Der Autofahrer könnte zu Hause oder während er arbeitet oder einkaufen geht, an einem Parkplatz sein Auto an eine Steckdose anschließen. Es könnte so weit kommen, daß man auf Autodächern Sonnenzellen anbringt, damit sowohl während der Fahrt als auch beim Parken die Batterien geladen werden. Ein solches Auto wird zur Zeit in Florida getestet. In Kalifornien hat ein unternehmungslustiger Erfinder sogar auf den Flügeln eines leichten Flugzeugs Sonnenzellen angebracht und demonstriert, daß es mit Sonnenenergie fliegen kann.
Im Falle von Kraftwerken wäre es sicher günstiger, die Energie anderweitig zu speichern. Zum Beispiel könnte man an sonnigen oder windigen Tagen die überschüssige Energie verwenden, um Wasser in einen höher gelegenen Speicher zu pumpen. Nachts oder während einer Flaute kann man dann den Speicher anzapfen und Strom erzeugen. Eine andere Möglichkeit wäre, unterirdische Hohlräume mit Druckluft zu füllen. Mechanische Energie könnte man in der Drehbewegung riesiger Schwungräder speichern. Diese Vielfalt an Ideen deutet an, daß wir, wenn Sonnen- und Windenergie populär werden, in der Energieerzeugung andere Wege beschreiten werden.
Sonnenschein in der Konserve
Das Sonnenlicht ließe sich auch dazu verwenden, auf photochemischem Wege Brennstoffe herzustellen. Ein natürlicher Vorgang dieser Art ist die Photosynthese. Das Sonnenlicht trägt dazu bei, daß im Blattgrün energiereiche Verbindungen, wie z. B. Kohlehydrate, entstehen. Der Mensch fing damit an, sich die Sonnenenergie zunutze zu machen, indem er Holz verfeuerte, um Essen zu kochen und sich zu wärmen.
Durch Gärung — ebenfalls ein Naturvorgang — kann man aus vielen pflanzlichen Stoffen Alkohol gewinnen. Verbrennungsmotoren können ohne technische Änderungen mit Benzin betrieben werden, dem 10 bis 20 Prozent Alkohol beigemengt ist. Man kann die Motoren aber auch auf reinen Alkoholkraftstoff umstellen. Bisher war Alkohol teurer als Benzin, doch das Bild ändert sich, und im Amerikanischen hat man für die besagte Mischung bereits den Ausdruck „Gasohol“ geprägt. In Brasilien nimmt man ein Projekt in Angriff, um durch eine großangelegte Alkoholproduktion von Ölimporten unabhängig zu werden. Auf der Suche nach wirtschaftlicheren Herstellungsprozessen erforscht man verschiedenartige schnellwachsende Pflanzen. Außer mit solchen biologischen Verfahren zur Umwandlung von Sonnenenergie befaßt man sich auch mit chemischen.
Einige weitsichtige Wissenschaftler wollen das Sonnenlicht einsetzen, um Wasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Das ist natürlich durch Elektrolyse möglich, aber sie halten nach einer photochemischen Methode Ausschau. Für diese Reaktion fehlt noch ein geeigneter Katalysator, der ähnlich arbeitet wie das Chlorophyll, das aus Wasser und Kohlendioxyd Zucker erzeugt. Wenn diese Hürde genommen ist, können Autos künftig mit Wasserstoffgas betrieben werden.
Brennstoffe wie Alkohol und Wasserstoff, hergestellt mit Hilfe von Sonnenlicht, haben gegenüber Kohlenwasserstoffen ein großes Plus. Sie verschmutzen nicht die Umwelt. Auch stören sie nicht, im Gegensatz zu den fossilen Brennstoffen, das Kohlendioxyd-Gleichgewicht der Natur, denn der gesamte Bedarf wird ja der Atmosphäre entnommen und ihr wieder zugeführt.
[Herausgestellter Text auf Seite 10]
Ein Wissenschaftler spricht davon, daß man, weltweit gesehen, durch Windkraft 20mal mehr Energie erzeugen könne, als die gesamte Menschheit brauche.
[Herausgestellter Text auf Seite 10]
In manchen Gebieten ist die durchschnittliche Energie des Windes fast ebenso groß wie die des Sonnenlichts.
[Herausgestellter Text auf Seite 11]
Es könnte so weit kommen, daß man auf Autodächern Sonnenzellen anbringt, damit sowohl während der Fahrt als auch beim Parken die Batterien geladen werden.
[Herausgestellter Text auf Seite 11]
Aus pflanzlichen Stoffen kann man Alkohol herstellen und als Brennstoff verwenden; er gewährleistet eine „umweltfreundliche“ Verbrennung.
[Kasten auf Seite 12]
Energie aus dem Erdinnern
Außer der Kernkraft gibt es noch eine andere Energiequelle, die nicht auf die Sonne zurückzuführen ist, auch nicht auf eine Speicherung der Sonnenenergie in früheren Zeiten. Aufgrund vieler Bohrungen ins Erdinnere ist schon seit langem bekannt, daß mit der Tiefe die Temperatur zunimmt. Aber es gibt auch nahe der Oberfläche Bereiche hoher Temperaturen. Ein Beweis dafür sind Vulkanausbrüche, bei denen Lava, also geschmolzenes Gestein, ausgespien wird. Eine andere Auswirkung ist die Tätigkeit von Geysiren, die Dampf und kochendes Wasser in die Luft schleudern. Nicht zu vergessen sind die heißen Quellen, denen Kurorte ihre Anziehungskraft zu verdanken haben.
Wissenschaftler glauben, daß die Wärme im Innern der Erde auf den Druck zurückzuführen ist, den die Schwerkraft auf die Erdmassen ausübt. Wahrscheinlich bestand die Erde einmal vollständig aus Schmelze; die Außenschicht kühlte ab, aber das Innere ist heute noch heiß. Die verbliebene Wärme fließt zur Oberfläche ab, an einigen Stellen schneller als an anderen. Die Temperatur wird durch den radioaktiven Zerfall von Elementen in der Erdkruste, wie z. B. Kalium, Uran und Thorium, noch erhöht.
Diese Wärme läßt sich dort, wo sie die Oberfläche erreicht, als Energiequelle verwenden. In Larderello (Italien) gibt es Dampfquellen, die schon seit 1904 zur Stromerzeugung genutzt werden. Bei Geyserville (Kalifornien) werden in einem großen Kraftwerk über 500 Megawatt Strom aus Heißdampf gewonnen.
Überhitztes Wasser aus Hohlräumen in heißem Gestein verwandelt sich in Dampf, sobald es herausgepumpt wird und beim Erreichen der Oberfläche der Druck nachläßt. In Neuseeland und Mexiko wird Heißwasser bereits zur Stromerzeugung verwendet. In den USA wird jetzt bei El Centro (Kalifornien) ebenfalls ein Kraftwerk dieser Art gebaut. Es wird eine Leistung von 50 Megawatt haben, und man schätzt, daß das dortige geothermische Feld eine Ausdehnung auf die zehnfache Kapazität ermöglicht.
Die geothermische Energie ist derart umfangreich, daß sie dem Bedarf des Menschen so gut wie keine Grenzen setzt. Aber sie kann nur an wenigen Stellen genutzt werden. Das gegenwärtig verfügbare Potential ist ziemlich gering, verglichen mit dem tausendmal größeren Potential des Sonnenlichts und des Windes — beides ist auf der ganzen Erde verfügbar.