Start Rohstoffe und Energie  
Rohstoffe und Energie Drucken

Decarbonisierung ?

Es ist zu viel Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre. Über 30 % mehr als in den letzten         2 Millionen Jahren. Das Klima verändert sich, der Wasserspiegel steigt, Unwetter nehmen zu, der Permafrost droht aufzugehen und die Entwicklung weiter zu beschleunigen.

Das IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), eine Unterorganisation der UNO, beschließt jährlich vergeblich eine Reduktion der CO2-Emission. Das gelingt nicht, weil immer mehr Menschen sich immer mehr industrialisieren und daher immer mehr CO2 ausstoßen. Aber das IPCC ist ohnehin am falschen Weg: es kommt gar nicht auf die CO2-Emission sondern auf den CO2-Pegel an. Um diesen nicht weiter steigen zu lassen oder ihn sogar auf den vorindustriellen Wert zurückzuführen,  ist der CO2-Pegel zu senken. Das ist aus zwei Gründen schwierig: einmal ist das CO2 aus einer Konzentration von 0.04 % aus der Atmosphäre zu holen und zum Anderen muss es zu Kohlenstoff oder Kohlenstoff-verbindungen reduziert und  abgelagert werden. Vor dieser unvermeidbaren Aufgabe steht die ganze Welt, denn zumindest überall in der nördlichen Hemisphäre ist der CO2-Pegel mit inzwischen 400 ppm gleich hoch.

Bei den letzten Treffen des IPCC hat sich der Begriff „Decarbonsierung“ gebildet. Er meint, dass die fossilen Energieträger, also die Kohlenstoffverbindungen (Kohle, Ol, Gas), durch elektrischen Strom ersetzt werden sollen. Das ist theoretisch möglich, denn jede Heizung und industrielle Anwendung kann ebenso wie der Verkehr auf elektrischen Strom umgestellt werden, für Landwirtschaft, Luftfahrt und Militär kann synthetischer Kraftstoff hergestellt werden, das bei der Verhüttung und bei Kalkbrennen entstehende CO2 ist abzulagern (CCS). Praktisch ist es schwierig den dafür erforderlichen elektrischen Strom zu beschaffen und zu bezahlen. Obwohl sich bei der Umstellung der Wirkungsgrad verbessert, (Wärmepumpe, elektrische Maschinen) sind über 80 % der konventionell abgedeckten Energie zu ersetzt. Das moderne thermosolare Kraftwerk NOOR in Marokko hat eine Abnahmegarantie vom 12 ct/kWh. (Strom kostet in Europa 3 ct/kWh.) Aber was macht man mit dem teuren Strom in Marokko, wenn man ihn in Europa braucht? Eine Fernleitung mit hochgespanntem Gleichstrom ist möglich oder das Herstellen von Wasserstoff für den Transport. Beides verteuert aber den Strom beträchtlich. Wahrscheinlich ist es sinnvoller, Biomasse in Nordafrika zu erzeugen, die relativ billig nach Europa gebracht werden kann. Geeignete Flächen für eine ausreichende Biomasse-Erzeugung stehen aber zunächst nicht zu Verfügung.

Wie für alle anderen Ressourcen besteht kein Mangel an Energie. Die Sonne strahlt mehr als 10 000 Mal so viel auf die Erde wie wir brauchen. Die Schwierigkeit besteht darin, die dünn verteilte Sonnenstrahlung nutzbar zu machen. Das erfordert Arbeit. Aber wir haben ohnehin ein globales Überangebot an Arbeitskräften. Darin liegt die Chance zur Lösung zweier Probleme: die notwendige Umstellung auf die nachhaltige Solarenergie und die Arbeitsbeschaffung für die Arbeitslosen in den Industrieländern und den andrängenden Menschenmassen. Auch die Befriedung des arabischen Frühlings und Unruhe in aller Welt kann nur durch befriedigende Arbeit gelöst werden.

CO2 ist ein globales Problem, das nur von allen Ländern gemeinsam gelöst werden kann. Die UNO ist gefordert die notwendigen Maßnahmen anzustoßen, zu koordinieren, zu ermöglichen und notfalls militärisch abzusichern. Am einfachsten dürfte es sein, nachhaltige Energie billiger als fossile zu machen. Durch eine allmählich steigende Quellensteuer auf fossile Energie von 200 oder 300 % könnte der Umstieg auf nachhaltige Energie bewirkt werden. Öl, das heute 3 ct/kWh (= 50 $/bbl), würde dann 9 oder 12 ct/kWh kosten, was natürlich eine ungeheure Belastung für die Wirtschaft bedeutet. Aber wir haben schon 150 $/bbl, entsprechend 9 ct/kWh, verkraftet.

Der Abbau des CO2-Pegels

Das EU Parlament hat am 4.10. 2016 mit großer Mehrheit das Pariser IPCC-Übereinkommen vom 12.12.2015 ratifiziert. Dort heißt es: Um die Temperaturerhöhung auf unter 2 ° zu begrenzen „….muss die Welt die Nettotreibhausgasemission zwischen 2045 und 2060 auf Null zurückfahren." In vorauseilendem Eifer hat der Österreichische Nationalrat schon am 8.7.2016 beschlossen:„…bis ca. 2040 soll der Verbrauch von fossiler Energie komplett eingestellt werden.“

Das heißt: Ab 2040  darf in Österreich nicht mehr mit Kohle, Öl oder Gas geheizt, die Industrie darf kein Öl oder Gas mehr nutzen, kein Arbeitsgerät, Fahr- oder Flugzeug darf mit fossilem Diesel, Benzin oder Jet-fuel bewegt werden. Theoretisch ist das machbar. Natürlich kann elektrischer Strom die Anforderungen übernehmen, auch synthetischen Kraftstoff erzeugen: aber woher soll der Strom kommen und kann die dann ihrer Konkurrenzfähigkeit beraubte Wirtschaft die finanzielle Belastung tragen? -  Die Medien, sonst begierig Ereignisse vergrößert darzustellen, bleiben diesbezüglich stumm. Liegt es daran, dass der Beschluss nicht als solcher sondern als unverbindliche Absichtserklärung verstanden wird? Die Regierung will noch im Frühjahr 2017 erläutern, wie der Beschluss umzusetzen ist.

Begründet ist der Beschluss des Nationalrats. Das Lebensministerium fordert für mechanisch belüftete Räume einen Zielwert von unter 800 ppm. Mit dem CO2-Pegel steigt die Ansteckungsgefahr, sinkt die Aufmerksamkeit. Je nach Belüftung liegt der CO2-Pegel in Innenräumen um 100 bis 500 ppm über dem atmosphärischen CO2-Pegel von 400 ppm. Wahrscheinlich liegt er in Klassenzimmern meist darüber. Wenn alle Staaten der Erde dem Beschluss des Österreichischen Nationalrats folgen, dann ergäbe sich das im Bild 1 dargestellte Ergebnis: infolge des Aufwands für die Beschaffung neuer Energiequelle steigt die CO2-Emission zunächst stärker an, bis sie 2040 endet. Der CO2-Pegel wäre dann auf 435 ppm gestiegen. – Es ist aber zu erwarten, dass die meisten Staaten erst 2100 die Emission von fossilem CO2 einstellen. Dann würde der CO2-Pegel bei 600 ppm liegen. Wünschenswert ist der gewohnte Pegel von 300 ppm, wie vor dem Jahr 1950. Oder wenigstens ein Pegel unter 400 ppm, wie heute.

Es geht also nicht nur um ein Ende der CO2-Emission sondern um den Abbau des CO2-Pegels auf den gewohnten Wert. – Das Ziel der Klimakonferenz in Paris vom Dezember 2015 ist es, einen Temperaturanstieg von weniger als 1.5 bis 2° zu gewährleisten. Der Zusammenhang zwischen CO2-Pegel und Temperatur ist zeitweise widersprüchlich, Bild 2. In den grün markierten Zeitabschnitten nimmt die Temperatur nicht zu obwohl die CO2-Pegel steigt. Ein vermuteter Zusammenhang mit der Sonnenaktivität erklärt nichts. Es ist ein unsicheres Ziel eine Temperaturerhöhung zu wählen.

Der befriedigende Zustand wie vor dem Jahr 1950 scheint einzig durch den Abbau des CO2-Pegels erreichbar zu sein.

Es befinden sich 840 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in der Atmosphäre und wir fügen jährlich 10 Milliarden Tonnen hinzu, die zunächst beseitigt werden müssen bevor der Abbau beginnen kann. Angesichts der Größe dieser Aufgabe ist es vermessen einen exakten Plan vorzulegen. Wahrscheinlich kann nur zusätzliche Photosynthese CO2 in erforderlichem Umfang aus der Atmosphäre holen und ablagern. So wurde auch der CO2-Pegel in den letzten 600 Millionen Jahren reduziert. Allein die Tatsache, dass Nordafrika im Lauf der Erdgeschichte wiederholt (zuletzt vor 8000 Jahren) begrünt war, gibt die Hoffnung, dass das wieder möglich sei. Wie es anzugehen ist zeigt das Projekt Carbon Farming der Universität Hohenheim, Bild 3. Jatropha_Plantagen werden in Indien, Nordafrika und Südamerika betrieben. Eine Jatropha-Plantage kann jährlich 2 500 t CO2 pro km² aufnehmen. Global wären daher 14.4 Mio km² Jatropha-Plantagen erforderlich wenn wir weiter soviel CO2 produzieren und der CO2-Pegel nicht weiter steigen soll. -  20 % der Festlandfläche (30 Mio km²) haben die erforderliche Sonneneinstrahlung, sind aber zu trocken. 48 % dieser Fläche wären mit Jantopha-Plantagen zu belegen, wenn es nicht gelingt die Emission zu verringern und den Ertrag der Plantagen zu verbessern. Jedenfalls scheint es möglich zu sein, den CO2-Pegel nicht weiter steigen zu lassen und ihn sogar allmählich abzubauen. Dazu ist allerdings ein entschlossenes, globales Vorgehen Voraussetzung. Geeignete Flächen gibt es überall in der Welt. Die Begrünung Nordafrikas  z.B. ist ein Riesenprojekt mit vielen Unbekannten, die zu erforschen sind, bevor konkret vorgegangen wird. Ein mögliches Problem ist die Versalzung. Einer Theorie zufolge steigt das Salz empor, wenn „die Versickerung kleiner als die Verdunstung“ ist. Sollte das örtlich zutreffen, müsste z.B. durch die Einlage einer Folie das verhindert werden. Über der Folie wäre dann der allmähliche  Aufbau einer unversalzenen Humusschicht möglich. - Die UNO ist die einzige global zuständige Stelle. Sie muss die Initiative ergreifen mit den bekannten Möglichkeiten das Problem angehen und nach weiteren, besseren Möglichkeiten suchen, zu forschen. – Kann z.B. das teure Entsalzen des Meerwassers dadurch umgangen werden, dass Verdunstungsbecken angelegt werden? Das verdunstete Wasser kehrt als fruchtbar machender Regen wieder. Auch das von den Jahtropha-Plantagen verdunstete Wasser regnet wieder ab. Wo es abregnet ist die entscheidende, zu erforschende Frage.

Europa emittiert jährlich 5 Milliarden t CO2. Mit dem genannten Carbon Farming Projekt sind also zur Fixierung 2 Millionen km² erforderlich, die in Nordafrika gefunden werden können. Die Sahara ist 9 Millionen km² groß. - Pflanzen brauchen etwa 10 mal so viel Wasser wie für den chemischen Prozess der Phtosynthese erforderlich, für Europa geschätzt 10 000 m³/s  (ein Viertel des Kongo). Das wären jährlich etwa 300 Milliarden $ für die laufenden Kosten  zur Meerwasserentsalzung mit 1 $ pro m³. Aber das Meerwasser muss an Land gebracht werden, weil die Küstenlänge nicht reicht 2 Millionen km² unterzubringen. Es muss z.B. ein Kanal von Tunesien bis zum Senegal gebaut werden, Bild 4, der aufgefächert die notwendigen Entnahmestellen bietet und das mit Salz angereicherte Wasser in den Atlantik leitet. Das Meerwasser muss in den Kanal gepumpt und immer wieder auf neue Höhe gebracht werden um es weiter fließen zu lassen.

Allein für Europa ergibt sich so ein phantastisches Projekt. Zunächst  liefern die Jatropha-Plantagen Öl, das fossile Energie ersetzen kann und Biomasse, die abgelagert nach Jahrzehnten zu einer durchgehenden Humusdecke führt. Auf dieser können dann andere Pflanzen je nach Bedarf und Eignung wachsen und geerntet werden. Bäume und Sträucher zur Holzkohlegewinnung, Ölpflanzen, Zuckerrohr und natürlich Nahrungsmittel für die steigende Bevölkerung. - Es sind riesige Investitionen erforderlich. Die Kanäle müssen gebaut, Windkraftanlagen zum Betrieb der Pumpen und diese selbst errichtet werden, Entsalzungsanlagen für jährlich 300 Milliarden m³ Süßwasser, Schiffe und Strassen für den Transport. Europa hat 20 Millionen Arbeitsuchende, darunter viele Flüchtlinge. Schwarzafrika wird wahrscheinlich einen Nachschub an Menschen liefern, weil für die nächsten 70 Jahren ein Zuwachs  um 2 Milliarden Menschen erwartet wird. Natürlich kann man so ein Projekt als zu phantastisch ablehnen. Was aber ist die Alternative?

Das Projekt „Less CO2, more jobs“ kann zwei dringend anstehende Probleme lösen: CO2 aus der Atmosphäre binden und Lebensraum und Arbeit für Flüchtlinge aus aller Welt schaffen.

Bild 1: Der CO2-Pegel P nimmt zufolge der fortlaufenden Keeling-Messung mit

P = 104.2 EXP(0.00436 (t-1710)) derzeit zu.  (t ist das Datum. In einer Exponentialgleichung steigt die Koordinate prozentual. In diesem Fall nimmt der Exponent selbst noch mit der Zeit zu). - Wird kein weiteres fossiles CO2 emittiert, steigt der Pegel nicht weiter an, fällt aber kaum ab. Das kann nur durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. mehr Photosynthese, erreicht werden.

Bild 2: Infolge der Wirkung des CO2 als Treibhausgas nimmt die Temperatur mit dem CO2-Pegel zu. Abschnittsweise, in den grün umrandeten Zeiträumen,  trifft das allerdings nicht zu.

Bild 3: Eine Meerwasserentsalzungsanlage versorgt die Jatropha-Plantage mit Süßwasser.     90 % des entsalzen Wassers verdunsten und können je nachdem, wo es abregnet, eine weitere Begrünung anregen.



Bild 4: Im Afrika-Kanal kann Mittelmeerwasser den Entsalzungsanlagen im Landesinneren zuführen und das höher konzentrierte Wasser in den Atlantik ableiten. (Weil für den Iran-Kanal eine Kostenschätzung vorliegt, wird er als Vergleich angeführt.)













II. Rohstoffe und Energie (2012)

Die Sorge um die Zukunft ist die Basis unseres Denken und Handelns. Aus gutem Grund: Hungersnot hat es zu allen Zeiten gegeben, den Mangel an Brennstoff zum Kochen und Heizen. Empfindlich reagieren wir auf Ankündigungen in dieser Richtung. Veränderung des Klimas, Erschöpfung der Ressourcen und Vergiftung der Umwelt sind Themen, die emotionell aufgenommen werden. Die grünen Bewegungen der 70er Jahre, der Club of Rome, das World Watch Institut, global 2000 usw finden fruchtbaren Boden für ihre Ankündigung zukünftiger Gefahren.

In den 60er Jahren war es die Warnung vor der Vergiftung von Luft, Wasser und  Boden. In relativ kurzer Zeit wurden Maßnahmen ergriffen, die zur Verbesserung beitragen: die Luft in Städten ist heute sauberer als je zuvor, die Gewässerqualität steigt, die Belastung des Bodens durch übermäßigen Kunstdüngereinsatz und Deponien sinkt. Gefahren durch Radioaktivität, kurzwelliger Sonneinstrahlung und steigendem CO2-Pegel werden kontrovers diskutiert. Die steigende Lebenserwartung in den entwickelten Ländern zeigt den Erfolg der Maßnahmen. Nicht immer sind die Warnungen treffend: die hysterische Beurteilung von Waldschäden in Europa hat sich rückblickend relativiert. Im fraglichen Zeitraum hat sich sowohl die bewaldete Fläche als auch der Bestand je Fläche erhöht.

alt

Bild 2.1: B. Lomborg www.Lomborg bietet ein Bild der Veränderungen im 20.Jahrhundert, das der gängigen Meinung in vielen Punkten widerspricht,

Der Club of Rome hat durch seine Veröffentlichungen „Grenzen des Wachstums“ (1972) und „Menschheit am Scheideweg“ (1973)  Ängste heraufbeschworen, die eigentlich seit langer Zeit überwunden schienen. Er hat die richtigen Fragen gestellt, doch leider falsche Antworten gegeben. Mit dem Begriff „Reichweite von Rohstoffen“ wurde dem Erhaltungssatz der Materie widersprochen, wurden völlig falsche Zahlen in die Welt gesetzt, die der 2500 Jahre alten Erkenntnis „Nichts kommt aus dem Nichts und Nichts entschwindet ins Nichts“ widersprechen. (Nach den dort angegebenen Reichweiten müsste heute schon eine Reihe von Metallen erschöpft sein.) Auch die Angst vor der Erschöpfung der Energiequellen ist unbegründet. Der Rat, die wirtschaftliche Entwicklung einzustellen, ist gefährlich falsch.

Es gibt Rohstoffe und Energie im Überfluss. Freilich nicht umsonst. Auch Wasser ist im Überfluss vorhanden, es kostet aber Arbeit. es zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung zu stellen.

alt

Bild 2.2: Die Erde hat eine Masse von rund 6 10^21 t, für 7 Mrd Menschen 860 Mrd t pro Kopf, und hat eine durchschnittliche Temperatur von über 1200 °C. Wenn man annimmt, dass nur die 1 km dicke Erdkruste zugänglich ist, dann kommen noch immer 58 Millionen t auf jeden Erdenbürger. Und die darin enthaltenen chemischen Elemente sind zu irgend etwas brauchbar. (am Meeresboden und im Meerwasser gelöst gibt es noch viel mehr brauchbare Elemente.)

alt

Bild 2.3: Die vier häufigsten Elemente sind zugleich die vier technisch wichtigsten.

Die 58 Millionen Tonnen „Erde“, die auf jeden der 7 Milliarden Erdenbürger kommen, werden erst deutlich, wenn man sie in chemische Elemente aufteilt. Auf jeden Erdenbürger kommen

15 000 000 t Silizium,

4 400 000 t Aluminium,

2 620 000 t Eisen,

1 960 000 t Kalzium,

1 130 000 t Magnesium,

116 000 t Phosphor,

61 300 t Kohlenstoff,

4 100 t Kupfer,

3 770 t Zink,

3 480 t Lithium,

870 t Blei,

174 t Zinn,

58 t Silber,

3 t Gold.

Das sind sehr unterschiedliche Mengen, die mit der Seltenheit zusammenhängen. Nur 3 t Gold gegenüber 2.6 Millionen Eisen sind sehr wenig. Aber wer braucht 3 t Gold?

Man wird diese 3 t auch nie vollständig aus der Erde heraus bekommen.. (Im Meer ist noch mehr.) Vielleicht nur 1 Promille davon. Aber sind nicht 3 kg Gold für jeden Menschen auch genug für den Ehering, die Zahnplomben und die Vergoldung der Kontakte im Handy? Bisher wurden 155 000 t Gold geschürft, das sind gerade 22 gr pro Kopf.)

Lithium ist das leichteste Element und schon deshalb nicht nur für elektrische Batterien von Bedeutung. Wenn 1 % des in der Erdkruste vorhandenen Lithiums gefördert werden könnten, kämen 34.8 t auf jeden Menschen. Ist das wirklich ein Grund zur Sorge?

Einige Elemente werden stark recykliert (z.B. Metalle), andere schwach (z.B. Phosphor). Für diese müssen langfristig Möglichkeiten zum Recycling gefunden werden.


Rohstoffe

Die uns zugängliche obere Erdrinde enthält alle notwendigen Elemente. Die Vorstellung, dass sie durch „Verbrauch“ ins Nichts verschwinden könnten, ist absurd. An die Stelle des irreführenden Begriffs

Reichweite eines Elements [Jahre] = Vorrat / Verbrauch pro Jahr

muss der sinnvolle

Potential eines Elements [-] =  zugänglicher Vorrat / wahrscheinlicher Gesamtbedarf

treten. Damit werden die irreführenden Angaben von einer baldigen Erschöpfung vermieden und der weiteren technischen Entwicklung bezüglich Bedarf und Nutzung Raum gegeben.

alt

Bild 2.4: Als Beispiel Eisen: Die Produktion von Stahl wird heute schon zu 50 % von Eisenschrott gedeckt. Eisen läuft im technischen Kreislauf zur immerwährenden Verwendung um. Es findet sich in Werkzeugen, Bauten, Fahrzeugen und nicht zuletzt am Schrottplatz. Bis heute wurden global 25 Mrd t Eisen verhüttet, 3.5 t pro Kopf. In 200 Jahren mögen für 10 Milliarden Menschen je 10 t Eisen erschmolzen sein, zusammen also 100 Mrd t , 10^11 t, als Gesamtbedarf. In der oberen Erdrinde befinden sich aber 10^16 t Eisen, 100 000 mal so viel. Auch wenn nur 1/100 Promille nutzbar wären, würde es reichen.


alt

Bild 2.5: Die Kreise im linken Bild zeigen die bisherige Inanspruchnahme. Die daraus geschätzten Zukunftswerte sind als Gaußkurve angegeben. Rechts ist die Masse der Elemente im technischen Kreislauf sowie das Verhältnis von zugänglichem Vorrat zum erwarteten Bedarf angegeben. - Diese Schätzung ist ungenau und muss verbessert werden.

Andere Elemente sind gemessen am Bedarf reichlicher oder seltener vorhanden. Die Schätzung zeigt, dass sich kaum je ein Mangel einstellen wird. Mit sinkender Verfügbarkeit eines Elements steigt der Preis. Das löst die Suche nach anderen Rohstoffen aus, die preisgünstiger sind. Damit wird die völlige Erschöpfung eines Elements vermieden. Ausgewichen werden kann auch auf Keramik, Kunststoffe (Plastik) oder nachwachsende Rohstoffe. Rohstoffe stehen allen zukünftigen Generationen reichlich (allerdings nicht umsonst) zur Verfügung. Die Gewinnung eines Rohstoffs (z.B. Eisen aus Eisenerz) bedeutet keine Plünderung des Planeten, sondern die Überführung des Rohstoffs aus dem Kreislauf der Natur in den technischen Kreislauf zur immerwährenden Verwendung.

Wasser

Auf jeden Erdenbürger kommen 0.198 km³ Wasser (198 Mio m³). Allerdings vorwiegend Salzwasser. Aber jedes Jahr gibt es 510 000 km³ Regenwasser, von dem 21.6 % aufs Festland fallen. Von dort verdunsten 13.7 %. Für jeden Erdenbürger gibt es 7285 qm/c = 2.3 Liter pro Sekunde Regenwasser. Alle könnten damit ununterbrochen duschen. – Entsalzen des Wassers ist viel billiger als gemeinhin angenommen wird (2-4 kWh/m³ Trinkwasser). Solar betriebene Entsalzungsanlagen müssen konsequent entwickelt werden.

Energie

Auch Energie gibt es im Überfluss für alle zukünftigen Generationen. Wir brauchen heute global 14 Mrd kW (= 14 Mrd kWh/h, 440 EJ/a) mit einer Steigerungsrate von 2 % pro Jahr. Heute sind es 2 kW pro Kopf, in 200 Jahren mögen es 5 kW/c sein, 50 Mrd kW für 10 Milliarden Menschen. Die Sonne strahlt aber 177 000 Mrd kW auf die Erde, dann immer noch 3 500 mal so viel wie der anzunehmende Gesamtbedarf. Andere Energiequellen sind die nachhaltige Erdwärme (25 Mrd kW), die durch Kernzerfall im Erdinneren genährt wird. Aber man könnte das Erdinnere auch abkühlen (für weniger tektonische Unruhe): die durchschnittliche Erdtemperatur liegt über 1000 °C. 1°C Abkühlung würde Energie für Jahrtausende liefern. Dann gibt es noch Energie aus der Bewegung der Himmelskörper, als Gezeitenkraftwerk genutzt. Und schließlich die Kernenergie: zunächst noch als Zerfallsenergie, später vielleicht als Fusionsenergie oder gar aus der Zerstrahlung von Materie.

alt

Bild 2.6: Die kurzwellige Strahlung, das Licht, trifft in einem kleinen Raumwinkel auf die Erde und wird auf einem großen Raumwinkel abgegeben. (Die Strahlung ist der 4. Potenz der absoluten Temperatur proportional)

Die Sonne sendet ihre Kernenergie vorwiegend als Licht ins All. Davon trifft nur der 9 10-10-te Teil die Erde. Wäre die Erde unbelebt wie ihre Nachbarplaneten, würde alles Licht auftreffen, in Wärme gewandelt und zurück ins All gesendet werden. (Umwandlung von kurz- in langwellige Strahlung.) Auf der Erde treibt dieser Prozess aber außerdem die größte Maschine der Erde: das Wetter. Aufsteigende Luftmassen, verdunstendes und verdunstetes Wasser führen zusammen mit der Erddrehung zu dem wechselvollen Geschehen (Veränderung der Einstrahlung und Rückstrahlung). Weniger als 0.1 % wird von der Photosynthese chemisch fixiert, ein noch viel kleinerer Teil von Photozellen, Wind- und Wasserkraftwerken in Strom gewandelt. Nun gibt es einen Tausch: Verbrennungsmotore z.B. wandeln die chemische Energie in mechanische, bei Laden einer Batterie wird aus elektrischer chemische Energie. Aber zuletzt endet alle Energie durch Verbrennung, Veratmung, Verwesung, Reibung in Wärmeenergie, die mit großem Raumwinkel abgestrahlt wird. Ob wir uns in diesen Ablauf einschalten („Energie verbrauchen“) oder nicht, hat keinen Einfluss. Die Forderung Energie zu sparen, hat vorwiegend einen wirtschaftlichen Sinn. Ökologisch gesehen ist Energie im Überfluss vorhanden.

Energie ist die wichtigste Voraussetzung für Leben. Energie in der Form von Nahrung ist das Selektionskriterium für den Fortbestand neuer Arten und damit der Evolution.

Energie zu sparen ist der permanent erfolglos geäußerte Rat.  Nun ist Askese zwar eine gute menschliche Haltung. Jeder soll sie wählen, dem danach ist. Man kann sie aber nicht verordnen. Aus Askese wird dann nämlich etwas anderes: Strafe.

Energie nennen wir die Fähigkeit Arbeit zu leisten. Mit Energie lassen sich alle irdischen Ziele erreichen: der landwirtschaftliche Ertrag kann durch Bodenbearbeitung, Düngung und Erntemaschinen vergrößert werden, physische Arbeit kann an Maschinen (Roboter) abgegeben werden, man kann Heizen, Kühlen, Rohstoffe aus großer Verdünnung holen, chemische Prozesse betreiben und Himmelskörper, die auf die Erde zu fallen drohen, ablenken. - Wer über Energie verfügt, kann die Erde verändern. Damit übernimmt er auch die Verantwortung dafür. Wir müssen uns fragen, welche Freiheiten wir uns geben, was die zulässigen Ziele sind. Dürfen sich die Menschen beliebig vermehren? (Ja, solange die Zahl der Geburten mit steigender Wirtschaftsleistung abnimmt und diese fortwährend steigt.) Welchen Anteil der Erdoberfläche dürfen wir für uns beanspruchen ? ( als Diskussionsgrundlage z.B. 20 % der Festlandfläche, 50 % der fruchtbaren Fläche, 2 Mrd ha für Nahrung und energy-farming, 0.3 Mrd ha für Stadt und Verkehr, 10 %  = 3.5 Mrd ha der Meeresfläche.) Welche Veränderung der Zusammensetzung der Sphären ist zulässig? (Grenzwerte, z.B. 1000 ppm CO2). (Die in Klammer gesetzten Zahlen sind Beispielwerte als möglicher Startpunkt einer Diskussion.)

Energie gibt es im Überfluss, aber nicht umsonst. Und die billigste verfügbare Energie zu verwenden ist ein Gebot der Wettbewerbsfähigkeit.

alt

Bild 2.7: Die natürlichen Energieströme [kWh/h] sind viel größer als der Bedarf, der derzeit 14 Milliarden kW (2 kW pro Kopf) beträgt und mit etwa 2 % pro Jahr zunimmt. Die Sonne strahlt 12 700 mal so viel auf die Erde und die Kernprozesse im Erdinneren  sind ebenfalls größer. (1 Mrd kW = 31.6 EJ/a)

Energie wird in vielen verschiedenen Dimensionen gemessen, was häufig zur Verwirrung beiträgt. Es wird vorgeschlagen In der Regel die Einheit kWh verwendet, die aus dem „Stromverbrauch“ geläufig ist. Der Energiestrom, die Leistung, wir in kW = kWh/h angegeben.

alt

Bild 2.8: Verwirrende Vielzahl von Energiedimensionen. Die offizielle Einheit der Energie, das Joule, ist für die Alltags-Belange viel zu klein. Daher werden hier statt der Angabe in MJ, PJ oder TW die Größen kWh und kW gewählt, die vom Ablesen des Stromzählers oder der PKW-Leistung im Gebrauch sind. ( 1 kWh = 3.6 Mio J  )


Energie und Leben haben die Erde gestaltet. Nach der Entstehung des Sonnensystems vor 4.6 Milliarden Jahren und dem Absetzen des Wassers ist bald Leben entstanden und dieses hat bald die Photosynthese erfunden. Trotzdem hat es dann noch lange gedauert, bis  der frei werdende Sauerstoff in der Atmosphäre die Ozonschicht bilden konnte, die es dem Leben erlaubt hat an Land zu gehen.

alt

Bild 2.9:  Erst das Leben hat die Erde grün und den Himmel  blau bemacht.

Die Geschichte der Erde im linearen Maßstab lässt keinen Platz für die Darstellung der Entwicklung des Menschen. Dafür wird besser ein logarithmischer Maßstab angewendet, der unserer Wahrnehmung der Zeit besser entspricht.

Der Bedarf an Energie wird mit der zunehmenden Zahl der Menschen und deren Wirtschaftsleistung pro Kopf weiter zunehmen. Das ist unstrittig. Strittig ist aber die künftige Aufteilung der Energiequellen. Von einem kleiner werdendem Anteil fossiler Energie, die heute 85 % des globalen Bedarfs deckt,  gehen alle aus. Aber welche Alternativen werden sie ersetzen?

alt

Bild 2.10: Shell-Prognose in runden Zahlen:

alt


alt

Bild 2.11: Prognosen sind schwierig und klaffen daher weit auseinander. Man darf keinem Prognostiker vorwerfen falsche Zahlen geliefert zu haben. Nur wenn er bei jeder neuen Prognose in die gleiche Richtung abweicht, wird man ihn des wishfur-thinking beschuldigen dürfen. (Reizvoll ist es Wetten anzubieten. Man wird dabei feststellen, dass Zeitgenossen, die sich vollmundig zu einer bestimmten Prognose bekennen, kaum einer Wette zustimmen.)

alt


Bild 2.12: Die Angaben über die Reichweite von Energieträgern haben in der Vergangenheit meist zu kurz gegriffen. – Die Annahmen für die Energieversorgung 2050 liegen für Kohle weit auseinander, für solare Energie dicht zusammen. www. prognose der Energieversorgung


Wir müssen zwischen chemischer und elektrischer Energie unterscheiden. Chemische Energie ist die natürliche Form. Sie ist gut lagerbar und relativ billig zu transportieren. Der Umwandlung in die benötigte mechanische oder elektrische Energie steht der Carnot-Wirkungsgrad entgegen, der kaum 50 % überschreitet. - Elektrische Energie kann mit gutem Wirkungsgrad umgewandelt werden. Dafür ist sie aber schlecht lagerbar (Speicherkraftwerk) und nur mit schlechtem Wirkungsgrad zu transportieren (Überlandleitung). (Muskel setzen chemische Energie mit etwa 14 % in mechanische um.)

alt

Bild 2.13: Hier angenommener globaler Primärenergiebedarf  und Stromanteil

Der Anteil der elektrischen Energie beträgt heute global 17 %, steigt aber rascher als der Gesamtbedarf. Aus elektrischer Energie kann mittels Wärmepumpe eine mehrfach größer Niedertemperaturenergie (Heiz- und Warmwasserenergie) gewonnen werden. Andererseits überwiegen die Vorteile der chemischen Energie bei Transportaufgaben.

alt

Bild 2.14: Die EU gibt heute etwa 6 % des Brutto-Inlands-Produkts (BIP) für Energie aus. Steigende Energiepreise belasten zunehmend das Budget. – Die fortwährende Ermahnung Energie zu sparen, hat bisher nicht gefruchtet. Sie weiter zu wiederholen, nützt offenbar so wenig wie bisher.

Bei Vorschlägen über die zukünftige Energieversorgung werden oft die Kosten dafür übersehen. Es ist aber volkswirtschaftlich unmöglich im erforderlichen Tempo die Ausgaben für Energie zu verdoppeln oder zu verdreifachen. Der langfristig notwendige Umstieg auf nachhaltige Energieversorgung wird umso rascher gelingen, als ein Wettbewerber für fossile Energie auf den Markt kommt. Also mit 5 bis 10 ct/kWh ( 70 bis 140 $/bbl Öl ). Der Preis für Öl steigt wie für jedes Wirtschaftsgut so lange an, bis es einen billigerer Anbieter gibt.

Die Sorge, dass es in Zukunft zu wenig Energie geben könnte, deckt heute die Frage nach der billigsten Energie zu. Jede Investition in zu teure Energieformen sind falsch, belasten die Wirtschaft des Landes, verringern ihre Konkurrenzfähigkeit, entziehen der notwendigen Forschung über potente Energie die Mittel. Windkraft, Solarthermie oder Photovoltaik mögen eine lokal günstige lokale Alternative sein, für die Einspeisung ins Netz, sind sie die falsche. Für die Berghütte oder das alleinstehende Haus mag das Windrad oder eine Photovoltaik billig sein.  - Für die Warmwasserbereitung setzt sich immer mehr Solarthermie durch.

Für die nachhaltige, globale Versorgung mit elektrischer Energie ist nach heutigem Stand nach der Wasserkraft die Kernkraft die billigste Alternative (Brüter, Fusion), für die Versorgung mit chemisch gebundener Energie wahrscheinlich die Biomasse. (Solarthermie für Warmwasser und Heizung können auch schon bei einer Einstrahlung von 120 W/m² wirtschaftlich sein, wenn sie bei der Planung berücksichtigt werden. Solarthermie für Stromerzeugung ist es nur für strahlungsintensive Gegenden mit mehr als 200 W/m². Dabei tritt allerdings rasch die Frage nach den Leitungskosten in den Vordergrund.)

alt

Bild 2.15: Die Strahlung nimmt mit steigenden Breitegraden stark ab. (Nordafrika 2000 kWh/m².a, Hamburg 1000 kWh/m²/a =115 W/m² = 1150 kW/ha). Wenn wir Sonnenenergie nutzen wollen, müssen wir das aus wirtschaftlichen Gründen zwischen den 40. Breitgraden tun.

Der WBGU (Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung für globale Umweltveränderungen) Deutschland schätzt das globale Biomassepotential auf 103 800 PJ/a von dem 40 000 PJ/a genutzt werden (3200 Mrd kW, www.solarserver.de.)

Für die Photosynthese liegt der Wirkungsgrad für C3-Pflanzen zwischen 2 und 4, für C4-Pflanzen zwischen 3 und 6 % . Durch Züchtung scheinen noch höhere Wirkungsgrade möglich www.siemens.com . Für den Transport muss eine wirtschaftliche Möglichkeit der Umsetzung in einen flüssigen Energieträger gefunden werden. An die Stelle der alkoholischen Gärung könnte z.B. Dimethylfuran (DMF) treten, das mit katalytischen Prozessen aus Zucker gewonnen werden kann und mit Wasser nicht mischbar ist Möglicherweise müssen parallel Feststoffe (Pellets), die bei dem Prozess anfallen, transportiert werden.

alt

Bild 2.16: Die rot eingeschlossenen Wirtschaftsräume Nordamerika, Südamerika, Europa, Asien und Australien haben unterschiedlichen Zugang zu einstrahlungsreichen Flächen, die für die Energiebeschaffung wichtig sind.

alt

Bild 2.17: Gelb sind zukünftige Wirtschaftsräume hinzugefügt, die mit den anderen konkurrieren können. Der europäische erstreckt sich vom 15. bis zum 70. Breitegrad N. Schwarzafrika muss zu einem wettbewerbsfähigen Wirtschaftsraum werden. – Das Mittelmeer soll seinem Namen gerecht werden: in der Mitte Europas liegen  (mare nostrum).

Für die Versorgung mit elektrischer Energie gibt es zahlreiche Vorschläge, die oft die Kosten aus den Augen verlieren, siehe Anhang A2.3 bis .9. Der aus dem Jahre 1928 stammende Vorschlag von Sörgl sieht die Absenkung des Mittelmeers um 100 bzw 200 m vor, Bild A2.3. Andere Möglichkeiten gibt es an vielen Stellen der Erde. Durch das Leertrocknen großer Becken steigt der Meeresspiegel insgesamt. Aber es gibt auch Vorschläge große Stauseen einzurichten, die nennenswerte Wassermengen aufnehmen und damit den Meereswasserspiegel senken. Für die Versorgung mit chemischer Energie siehe Anhang A2.10 bis ,12

Die nächsten 40 Jahre

Energie und Rohstoffe gibt es genug für alle Menschen und Generationen, auch wenn sie im „westlichen Lebensstil“ leben. Für alle Probleme gibt es Lösungen, die ausreichende Wirtschaftskraft voraussetzen. Eingriffe in die Natur sind notwendig und zweckmäßig. Ihre Folgen müssen seriös untersucht werden damit sie verantwortet werden können. Von vornherein gegen Alles zu sein und nur pessimistischen Erwartungen nachzuhängen, hat keinen Sinn. Die globale Gesellschaft muss sich ihrer Macht und Verantwortung bewusst sein, um die notwendigen Diskussionen führen zu können. – Die fortwährende Litanei, dass die Menschen ihr Verhalten ändern mögen, weniger Energie „verbrauchen“, auf Nachkommen verzichten sollen, weniger Wohnraum zu beanspruchen, Lebensmittel nur aus der näheren Umgebung genießen sollen usw, ist wishfull-thinking, führt zu nichts. Man muss die Realitäten sehen und daraus das Beste machen.

Jede Prognose muss von Annahmen ausgehen. Die hier getroffenen gehen von eher zu großen Werten aus. Es ist besser, wenn einige Kraftwerke und Übertragungssysteme schlecht ausgelastet sind als dauernd eine Überlastung zu riskieren.

alt

Bild 2.18: Zu einer gedeihlichen Diskussion müssen Annahmen gesetzt werden. Diese hier sind nur als Vorschlag zu verstehen. Sicher ist eine Korrektur von Zeit zu Zeit notwendig.

alt

Bild 2.19: Annahmen zum zukünftigen Energiebedarf  und anzustrebender CO2-Emission sind besonders umstritten. Die hier gezeigte Annahme für die CO2-Emission bezieht sich auf den derzeitigen Energiemix. Sicher sind Maßnahmen notwendig, die über die übliche politische Zielsetzung ohne Maßnahmen hinausgeht. Es ist aber riskant mit Vorschlägen an die Öffentlichkeit zu treten, denn da sind alle dagegen.

alt

alt



Bild 2.20: Energiebedarf und CO2-Emission pro Kopf abhängig von der Wirtschaftsleistung pro Kopf (SBIP). Die Wirtschaftsleitung wächst seit 50 Jahren mit etwa 4 % pro Jahr. Damit rücken die Länder nach rechts, in Richtung Mehrbedarf und Mehremission. Der Einfluss der EU27 allein ist nicht maßgebend. - An dieser Stelle wird es sich zeigen, ob der Energiebedarf pro Kopf und die CO2-Emission pro Kopf  bei zunehmendem SBIP verringert werden kann.

Jede Prognose muss von Zeit zu Zeit korrigiert werden. Deswegen darf man dem Prognostiker keinen Vorwurf machen. Man wird aber verlangen dürfen, dass seine Prognosewerte etwa zur Hälfte nach oben und unten abweichen. Wenn sie immer nur in einer Richtung abweichen, muss er sich den Vorwurf der Voreingenommenheit gefallen lassen.

Die nachhaltige Versorgung mit Rohstoffen und Wasser scheint unproblematisch. Die Preise dafür werden von der Knappheit abhängen. Das führt dazu, dass neue Möglichkeiten und Verfahren gefunden werden sie zu gewinnen oder nach Ersatz zu suchen. ( Zum Beispiel hat die Konzentration von Kupfererzen stark abgenommen. Trotzdem ist der Kupferpreis nicht gestiegen, weil bessere Prozesse eingeführt wurden. – Die Meerwasserentsalzung hat eine der größten Wachstumsraten. Noch wird dafür verfügbare Energie eingesetzt. Langfristig müssen billige solare Verfahren entwickelt werden. (Warum sieht man im Fernsehen aus den Trockenzonen kaum jemanden an der Meerwasserentsalzung arbeiten?)

Energie ist für alle Menschen und alle Zeiten im Überfluss vorhanden


- Wasser, Kohle, Uran für elektrische Energie und

- Kohle und Biomasse für chemische Energie.

Sie können schon heute mit gängiger Technik zu weniger als 5 USct/kWh geliefert werden  Forschung muss in Prozesse investiert werden, die wettbewerbsfähige Energie liefern können. Die massenhafte Investition in zu teure Energie (Windkraft, Photovoltaik) führt nur zur Schädigung der Wettbewerbsfähigkeit der betreffenden Bevölkerungsgruppe.


Energy Farming

Die derzeit beste Möglichkeit zur Bereitstellung chemischer Energieträger scheint die Photosynthese zu sein. Ethanol kostet in Brasilien weniger als 5 USct/kWh bei weitgehend geschlossenem Kohlenstoffkreislauf. Verbesserungen bezüglich geeigneter Pflanzen, Verfahren und Energieträger (z.B. Dimethylfuran) müssen voran getrieben werden. Die dafür erforderlichen Flächen sind zu erschließen, wobei auf die biologische Vielfalt zu achten ist, Anhang A2.

Unsere Vorfahren haben seit dem Beginn der Landwirtschaft 1.5 Mrd ha Wald und Steppe  (wood- and grasland und forrest) abgerungen. Noch einmal 0.5 Mrd ha dürften bei  ohne tiefgreifende Folgen möglich sein, Bild 2.17. (Ich schaudere vor der Tragweite dieser meiner Meinung.) (Urwaldflächen bezeichnen Manche als „grüne Lunge“, als Sauerstoffspender der Welt. Tatsächlich liefern Urwälder im Saldo keinen Sauerstoff, sonst müsste der Urwaldboden mit dem übrig bleibenden Kohlenstoff dick bedeckt sein.)

alt

Bild 2.21: Für die hier angenommene Fläche von 0.5 Mrd ha ergibt sich bei 2000 kW/ha Einstrahlung und 3 % Wirkungsgrad eine Biomasse-Energie von 30 Mrd kW. -  Abnahme von forrest um 0,27 Mrd ha =  6.8  %, von wood- and grasland um 0,236 Mrd ha = 6.87 % und gleich bleibender Fläche für farmland.

Aus Wettbewerbsgründen wird energy-farming vorwiegend zwischen den 40-ten Breitegraden erfolgen., siehe Anhang 2

Zur Schonung der Artenvielfalt können begrenzte Flächen innerhalb eines großen Biotops erschlossen werden, Bild A2.17 und A2.18.

Von einem Primärenergiebedarf im Jahre 2100 von 50 Mrd kW könnten zu 67 % durch Biomasse, 25 % (=elektrische Energie) durch Wasser-, Wind und Kernkraft und die restlichen 9 % durch sonstiges gedeckt werden (Erdwärme, Gezeiten, etc). Noch sind die Kosten für Biomasse in Europe mit 7 ct/kWh zu groß. Andererseits liefert Brasilien Äthanol um 5 USct/kWh. Durch Züchtung und Technologie dürften weitere Verbesserungen möglich sein. So werden z.B. Hoffnungen auf Dimethylfuran gesetzt (DMF, C6 H7 O), das mit Wasser nicht mischbar und zündwilliger und leichter als Ethanol ist (16.7 statt 34.8 % O).


Wie viele Menschen können maximal auf der Erde leben?

Die Beantwortung dieser Frage hängt mit der Verfügbarkeit von Energie zusammen. Von der eingestrahlten Sonnenenergie treffen etwa 20 000 Mrd kW auf das für Biomasseproduktion geeignete Festland. Brauchen die Menschen schließlich 5 kW pro Kopf zum Leben (heuet 2 kW/c) so hängt die mögliche Zahl vom Wirkungsgrad eta ab mit den die Strahlungsenergie nutzbar gemacht werden kann.


Wirkungsgrad der Umsetzung %

Mögliche Zahl der Menschen Mrd

0.1

4

0.2

8

0.5

16

1

40

2

80

5

160


Diese Rechnung setzt voraus, dass 100 % der für Biomassenergie nutzbaren Fläche genutzt werden. Das heißt nicht, dass auf diesen Flächen keine anderen Pflanzen und Tiere leben können. - Die Biodiversität allerdings wäre auf diese Arten reduziert. Andererseits könnten auch Flächen des Ozeans zur Bionmasseproduktion herangezogen werden. Noch ist die Annahme utopisch, dass größere Meeresflächen für Biomasseproduktion genutzt werden. Grundsätzlich spricht aber nichts gegen diese Möglichkeit.






Anhang A2 Energie



Bild A2.1: Globale Ölförderung. Heute werden etwa 31 Mrd bbl/a, also knapp 5 Mrd kW Öl gefördert. (Der Bedarf von 10 Mrd Menschen á 5 kW wäre 50 Mrd kW.)


Ethanol kostet heute in Brasilien (Basis Zuckerrohr) 2.33 ct/kWh, in den USA (Basis Mais) 4.44 ct/kWh, in der EU (Basis Zuckerrübe) 7.65. ct/kWh.

Erdöl kostet heute (1400 kWh/bbl, 1.33 €/$)

$/bbl

USct/kWh

EUct/kWh (1.3 €/$)

60

4.38

3.31

80

5.71

4.41

100

7.15

5.52

120

8.57

6.71

140

10

7.71


Es besteht daher berechtigte Hoffnung, dass Energieträger aus Biomasse von günstigen Standorten nicht teuerer als Erdöl sind.


Der Bedarf an elektrischer Energie nimmt stärker als der Bedarf an Gesamtenergie zu, siehe Bild 2.11.


alt

Bild A2.2 Einstrahlung und Bedarf


alt

Bild A2.3 Der Vorschlag wurde angesichts der billigeren Kernkraft zurückgezogen.


alt

Bild A2.4: Absenken des Roten Meeres oder des Persischen Golfs.

alt

Bild A2.5: Anstauen des Hudson Rivers.

alt

Bild A2.6: Afrika wird mit Ausnahme des Nils hauptsächlich nach Süden entwässert. Der Kongo ist einer der wasserreichsten Flüsse der Welt. Er durchfließt in seinem unteren Drittel das Kongobecken in geringer Seehöhe. Erst 600 km vor der Mündung in den Atlantik durchbricht er das Randgebirge. Wenn dort eine Staumauer errichtet wird, füllt sich das Kongobecken und schwappt schließlich nach Norden in den Tschad-See über und mündet schließlich ins Mittelmeer.

alt

Bild A2.7: Endzustand nach Füllen des Kongobeckens. Der aufgefüllte Tschad-See würde eine Befeuchtung der Sahara und Arabiens bringen (Nutzfläche für Nahrung und Energie), wäre wie der Kongo-See ein Ferienressor für Europa.

alt

Bild A2.8: Das Anstauen des Bangui würde einen Teilerfolg der größeren Lösung bringen.

Eine andere Teillösung ist das teilweise antauen des Kongos und Nutzung der elektrischen Energie für das hochpumpen von Kongowasser für den Tschadsee. Auch Erfahrungen mit dem Algerischen Projekt 6m-Rohre für Wasserfernleitung sind zu beachten.

Die Umleitung sibirischer Ströme nach dem Süden kann den Aral-See füllen und von Anbau und Versalzung erschöpften die Wüsten wieder fruchtbar machen.

Die solare Stromerzeugung in Gebieten starker Einstrahlung wird immer wieder vorgeschlagen. Problematisch sind die hohen Investitionskosten in politisch unsicheren Gebieten und der Transport der erzeugten Energie. Die Erzeugung von Wasserstoff setzt den Zugang zum Wasser voraus. Die Erzeugung von Ammoniak scheint vorteilhafter wegen des geringeren Drucks. Die andere Möglichkeit besteht in der Leitung hochgespannten Gleichstroms

alt

A 2.9: GMMR-Projekt in Algerien. Zunächst soll Tiefenwasser aus der Sahara zur Bewässerung nach Norden gepumpt werden, später einmal entsalztes Meerwasser zur Bewässerung nach Süden. Fertigstellung ungewiss. 


alt




Bild A2.10: Versorgung Europas mit elektrischem Strom aus thermosolaren Kraftwerken mit Gleichstromübertragung von 800 kV.

Alle Projekte scheitern heute an der Konkurrenz Strom aus Kohle (2 €ct/kWh, mit CO2 Ablagerung 4 €ct/kWh) oder Kernenergie (3 €ct/kWh) zu erzeugen, was viel billiger ist.

Energy Farming

Versuch eine Produktionseinheit für Biomasse zu beschreiben, die zum Teil in flüssiger Form weitergeleitet wird (BIOL = flüssiger Energieträger mit festen Reststoffen). Es ist eine zu realisierende Utopie. Um an sie glauben, muss man sich die Alternativen für die Produktion chemischer Energieträger vor Augen halt: Erdölförderung, Kohleverflüssigung,  Wasserstoffproduktion aus elektrischem Strom (CO2, Kosten)..

Die Produktion von Biomasse erfordert relativ große Flächen, die der bisher unberührten Natur weggenommen werden. Das soll so geschehen, dass die derzeitige Artenvielfalt erhalten bleibt.

alt

Bild A2.10: Die hellgrünen Kreise bezeichnen erschlossenes Farmland innerhalb des dunkelgrünen Lebensraums, der dadurch als zusammenhängender Lebensraum für die Artenvielfalt kaum gestört wird. Der zweckmäßige Durchmesser der Farmlandkreise richtet sich nach der Art des Farmingprozesses. Die Farmingflächen müssen nicht kreisrund sein, obwohl das für den vollautomatischen Ernteprozess optimal wäre.

alt

Bild A2.11: Dieses Modell für das Jahr 2050 geht von einem globalen Energiebedarf von 30 Mrd kW = 950 EJ/a aus. (114 % mehr als heute, + 1.93 %/a). Davon sollen 7 Mrd kW = 23.3 % durch energy farming gedeckt werden. (7 Mrd kWh/h entsprechen 222 EJ/a = 6.1 Mrd bbl pro Jahr.) Es sind global 11 800 Produktionseinheiten von 7 850 km² erforderlich in denen jeweils 4000 Menschen leben. ( 11.8 Millionen Beschäftigte, etwa 50 Millionen Menschen.)  Verbindungen zur Umwelt haben Wildbrücken, Lurchtunnel usw.


Die Produktionseinheiten liegen wegen der stärkeren Sonneneinstrahlung zwischen den 40-ten Breitengraden.

alt

Bild A2.12: Energy Farming (EF) muss aus wirtschaftlichen Gründen zwischen den 40-ten Breitegraden erfolgen. Das Bild zeigt den Größenbedarf für 5 Mrd kW Biomasse (Einstrrahlung 2000 kW/ha, Nutzung 20 % der Gesamtfläche, Wirkungsgrad Photosynthese 3 %, Prozess 50 %). Die erforderlichen Flächen erscheinen sehr groß. 80 % davon bleiben der biologischen Vielfalt in zusammenhängenden Gebieten erhalten. Für unterentwickelte Gebiete bedeutet Energy Farming Erschließung und Arbeitsplätze. Aufgeschlossenen Länder werden daher gerne bereit sein, die erforderlichen Investitionen in ihr Land zu lenken.- In Australien, das arm an natürlich fließenden Gewässern ist, müssen solare Entsalzungsanlagen für die Bewässerung der EF-Gebiete (also 20 % der eingezeichneten Fläche) sorgen. 


Verlockend ist die Möglichkeit, schwimmende oder am Grund wachsende Wasserpflanzen auf geeigneten Seeflächen zu züchten.

Noch ist unklar, welche Pflanzen sich dafür am besten eignen, einfach zu brauchbaren Energieträgern verarbeitet werden können. Möglicherweise sind Neuzüchtungen notwendig. Auflandiger Wind (Passat zwischen 5. und 23 Breitengrad) treibt die aufschwimmenden Pflanzen ans Ufer, wo sie heraus gefischt und zu chemischen Energieträgern verarbeitet werden. Rückführung der mineralischen Bestandteile, CO2 Zufuhr und ergänzendem Kunstdünger sind erforderlich. Die Meeresbiologen werden Einwände haben, aber vielleicht auch Möglichkeiten zeigen.

alt

Bild A2-13: Für das Seewasserfarming sind besonders geeignet: die Karibik, die ostküste Brasiliens, das Rote Meer, die Ostküsten Ostafrikas, Arabiens, Indiens, Vietnams, der Philpiiinen, das Korallenmeer zwischen Australien und den Neuen Hebriden-