Elektroautos als Speicher von erneuerbaren Energien

Der Verkehr ist in Deutschland für etwa 14 Prozent aller CO2-Emissionen verantwortlich. Auch er muss also seinen Beitrag zum Klimaschutz leisten. In Zukunft werden nach Meinung von Experten mehr Elektroautos auf den Straßen fahren, als Autos mit Verbrennungsmotoren. Allerdings liegt der CO2-Auststoß eines Kompaktwagenklasse-Elektroautos bei heutigem Strommix laut der Studie WWF Elektroauto-Studie vom Institut für ZukunftsEnergieSysteme bei über 200g/km. Bis zur CO2-Neutralität ist es also noch weit hin.

Ein Szenario wäre, wenn der Strom zum Antrieb der Elektroautos komplett aus erneuerbaren Energien bezogen würde. Zudem könnten die Elektroautos gleichzeitig als Speichermedium für die erneuerbaren Energien dienen. Eine hundertprozentige Abdeckung der Stromproduktion durch erneuerbare Energien wirft aber noch ein Problem auf. Er unterliegt Schwankungen, da die Sonne nicht immer scheint und der Wind nicht immer weht. Vorhandene Speichermöglichkeiten wie Pumpspeicherkraftwerke oder unterirdische Druckluftspeicher sind begrenzt. Wir berichteten im Artikel Neue Speichermöglichkeit für erneuerbare Energien über eine neue Methode der Umwandlung in Erdgas, welche allerdings noch nicht ausgereift ist.

Wie könnte eine Kombination aus erneuerbaren Energien und Elektromobilität aussehen? Prinzipiell würden die Autobatterien bei Wind oder Sonnenschein aufgeladen werden. Weht kein Wind, wird Strom umgekehrt ans Netz abgegeben. Die Autobatterien würden quasi als Pufferspeicher fungieren. Da Autos sowieso die meiste Zeit stehen, könnten die Auf- oder Entladezeiten währenddessen geschehen.

Folgende Fragezeichen stehen aber noch nahezu unbeantwortet hinter der Theorie:

• Wie steht es mit der Bereitschaft der Nutzer, das Auto immer dann ans Netz zu hängen, wenn es nicht gebraucht wird?
• Ist die Batterie auf einmal leer, weil es irgendwo eine Flaute gab?
• Funktionierende und Flächendeckende Ladeinfrastruktur.
• Schutz der Ladestationen vor Vandalismus.
• Zur Steuerung und Überwachung der Ladestationen aus der Ferne sind Softwarelösungen zu entwickeln.
• Abrechnung des Stromverbrauchs.
• Lithium-Ionen-Akkus kosten laut IZES etwa 8.000 Euro und „altern um so schneller, je öfter man sie auf- und entlädt“. Und dadurch bedingt sind höhere Entsorgungskosten und Umweltbelastungen.
• Intereuropäische Standards: etwa die Kompatibilität der Spannung des Adapters und der Stromtankstelle.
• Preisgestaltung und Handhabung der Elektrofahrzeuge.

Es sind zu diesem Thema noch viele Fragen zu beantworten. Es gibt aber Konzeptlösungen, die bereits heute relativ leicht umgesetzt werden könnten. So könnten etwa Ladestationen an vorhandenen Tankstellen aufgestellt werden, wo sich viele Windparks entlang den Autobahnen befinden. Und einige Batterien erreichen in kleinen Fahrzeugen nach etwa 30 Minuten Ladezeit bereits eine Reichweite von 150 Kilometern – ein Zeitraum, den man während eines Mittagessens an einer Tankstelle durchaus mal verweilt. Eine weitere Lösung wäre etwa, das Ladegerät nicht im Auto, sondern in der Ladesäule unterzubringen. Somit wäre weniger Gewicht im Auto und das Ladegerät könnte größer dimensioniert werden, was den Ladevorgang verkürzen würde. Auch die Stromtarife könnten beispielsweise flexibel an die Ladezeiten angepasst werden, damit die Kombination aus erneuerbaren Energien und Elektromobilität funktioniert: wer beim Aufladen Zeit hat, zahlt beispielsweise weniger und wer schnell aufladen möchte, zahlt mehr.

Von heute auf morgen werden nicht alle Elektroautos fahren wollen und auch nicht können – immerhin sind die Elektroautos noch nicht in Serienproduktion und damit noch nicht zu einem erschwinglichen Preis zu kaufen. In der Übergangszeit werden sich Elektroautos neben Hybridautos und Autos mit Verbrennungsmotoren ihre Nische suchen müssen. Diese wird vor allem in der Stadt mit kurzen Wegen zu finden sein. Private und öffentliche Unternehmen sollten da mit der Umstellung ihrer Fuhrparks mit gutem Beispiel vorangehen.

Basiswissen Technik: Geeignete feste Biomasse zur Energiegewinnung

Feste Biobrennstoffe, die sich zur Energiegewinnung eignen, lassen sich grob in holz- und halmgutartige Energieträger einteilen. Zu nennen sind etwa als Abfall anfallende Biomasse wie beispielsweise Grünabfälle aus Haushalt und Garten, organische Reststoffe aus Landwirtschaft, Gewerbe und Industrie oder eigens für Energiezwecke angepflanzte Biomasse.

Holzartige Bioenergieträger werden üblicherweise entweder als Scheitholz, als Pellets, als Hackgut, in speziellen Heizkraftwerken oder als Zufeuerung in vorhandenen Kohlekraftwerken eingesetzt. Holz zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Wasser, einem geringen Anteil an Asche und relativ wenig Schadstoffe und Schwermetalle aus. Bei der Verbrennung werden laut Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) etwa 82 % der Holzmasse zu Gasen umgewandelt, nur 18 % bleiben als Holzkohle und knapp 1 % als Asche zurück, was zu einem guten Zündverhalten und einem schnellen Abbrand führt.

Halmgutartige Energieträger, und hier vor allem Stroh, werden zu Halmgut-Ballen verdichtet. Die Verbrennung erfolgt in der Nähe der Ernte – sonst würde es durch den Transport über weite Strecken aufgrund der geringen Energiedichte schnell unwirtschaftlich werden. Durch die Vortrocknung auf dem Feld wird der Feuchtegehalt reduziert. Aufgrund ungünstiger verbrennungstechnischer Eigenschaften wird Stroh meist in speziell ausgelegten Feuerungen größerer Leistung eingesetzt. Die hohen Anteile von Stickstoff und Chlor aufgrund des Einsatzes von Düngemitteln in der Landwirtschaft müssen aufwendig gereinigt werden.

Die spezifischen Eigenschaften jeder Biomasseart bestimmen die Brennstoffleistung in Verbrennungs- und/oder Vergasungsanlagen. Bezüglich der thermischen Umwandlung sind hier die wichtigsten Eigenschaften von Biomasse dargestellt:

• Heizwert: Er ist die Wärmeenergie, die bei der Verbrennung von einem Kilogramm Brennstoff frei wird. Lufttrockenes Brennholz hat den doppelten Heizwert gegenüber frisch geschlagenem Holz, weshalb bei der Verbrennung von Ersterem nur halb soviel Brennstoff für den gleichen Energiebedarf benötigt wird.
• Feuchtigkeitsgehalt: Er ist die Menge des Wassers in Prozent vom Materialgewicht und reicht nach Angaben des Schweizer Bundesamtes für Energie vom Getreidestroh mit weniger als 10 % bis zu Waldrückständen mit 50 bis 70 %. Je höher der Feuchtigkeitsgehalt, desto niedriger ist die Leistungsfähigkeit bei den meisten thermischen Umwandlungsprozessen, da bei der Verdunstung Energie verbraucht wird.
• Aschegehalt: Er ist ein integrierter Teil der Pflanzenstruktur und beträgt laut Schweizer Bundesamt für Energie bei Holz weniger als 0,5 % und bei landwirtschaftlichen Pflanzenmaterialien 5 bis 10 %. Je nach Temperaturniveau kommt es bei Verbrennungsprozessen vor allem bei der Strohverbrennung zum Verkleben der Asche, mit erheblichen technischen Nachteilen in der Verbrennungsanlage.
• Schüttdichte: Sie variiert von niedriger Schüttdichte bei Getreidepflanzen und Hackschnitzeln (150 bis 200 kg/m³), bis zu hoher Schüttdichte bei Festholz (600 bis 800 kg/m³).
• Emissionsverhalten: Neben Stickstoff sind Schwefel und Chlor die einzigen Elemente mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt – aber nur in geringen Mengen. Sie können sich in Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff bzw. Salzsäure umwandeln und tragen so laut Schweizer Bundesamt für Energie zur Bildung von saurem Regen bei.

Welche Prozessarten zur Energiegewinnung von fester Biomasse am besten geeignet sind, folgt in einem weiteren Artikel.

Studie belegt: mit Wärme aus erneuerbaren Energien spart man Heizkosten

Die Studie Verbrauchsgebundene Heizkosten für erneuerbare und konventionelle Energieträger im Vergleich des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) verglich die Wärmekosten von konventionellen und Heizsystemen auf Basis erneuerbarer Energien aus dem Jahr 2009.

Ein Ergebnis war, dass Privathaushalte mit Wärme aus erneuerbaren Energien wie beispielsweise Holzheizungen, Wärmepumpen und solarthermische Anlagen im Durchschnitt etwa 595 Euro an Heizkosten einsparen konnten – obwohl der Wärmebedarf witterungsbedingt gestiegen ist. Auch die Haushalte, die mit konventionellen Brennstoffen heizten, mussten durchschnittlich etwa 80 Euro weniger für ihren Wärmebedarf zahlen als im Jahr davor, was an den gesunkenen Preisen für Öl und Gas lag.

Ziel der Bundesregierung ist es, den Anteil der Erneuerbaren Energien am Wärmeverbrauch in privaten Haushalten auf 14 Prozent anzuheben – im Jahr 2009 lag er bei 10,7 Prozent. Ein Hemmnis auf erneuerbare Energien umzusteigen, so die Studie, seien die hohen Anfangsinvestitionen. Hier sind als Fazit der Studie Förderungen und zinsgünstige Kredite notwendig, um die Ziele erreichen zu können.

„Desertec“ – ist der Wüstenstrom ein Gewinn für alle?

Vor über einem Jahr fanden sich 15 Vertreter deutscher Konzerne zusammen, um das Megaprojekt „Desertec Industrial Initiative“ – Strom aus der Wüste durch Parabolrinnenkraftwerke – anzugehen.

Bei einem Parabolrinnenkraftwerk bündeln tausende von rinnenförmigen Spiegeln das Sonnenlicht auf ein Rohrsystem und erhitzen somit ein Spezialöl. Die so erzeugte Wärme wird in einem Wärmetauscher in Wasserdampf umgewandelt, der eine Turbine antreibt. Da Parabolrinnenkraftwerke intensive und direkte Sonneneinstrahlung benötigen, ist der so genannte „Sonnengürtel“ zwischen 40 Grad nördlicher und südlicher Breite prädestiniert dafür. Die möglichen Standorte liegen deshalb im Norden Afrikas und Arabiens; aber auch im Süden Europas seien Standorte möglich.

Bis 2012 sollen Fragen der finanziellen, technischen und politischen Machbarkeit beantwortet werden. Ab 2015 sollen dann die ersten Kraftwerke errichtet werden. Nach Angaben der Initiative sollen somit bis 2050 etwa 15 Prozent des europäischen Strombedarfs produziert werden.

Positiv zu sehen ist die Chance für die beteiligten deutschen Konzerne, im Bereich der alternativen Stromerzeugung führend zu werden. Laut Udo Ungeheuer, dem Vorstandschef der Schott AG, liegt der Transportverlust an Strom unter 5 Prozent je 1000 Kilometer und „der Wirkungsgrad der Solaranlagen könne noch deutlich erhöht werden.“

Kritisch zu betrachten sind aber auf jeden Fall die Kosten des Projektes: 400 Milliarden Euro sind vorgesehen, zu zahlen von den Verbrauchern. Auch wenn es Ziel der Konzerne ist, den Wüstenstrom zu marktfähigen Preisen zu produzieren; Kritiker wie Solarexperte Hermann Scheer gehen davon aus, dass die Kosten um einiges höher ausfallen. Greenpeace fordert in diesem Zusammenhang von der Politik sichere Rahmenbedingungen für die Investoren wie etwa „eine Anschubfinanzierung sowie eine Einspeisevergütung für Wüstenstrom.“

Zusätzlicher Kritikpunkt ist die Abhängigkeit der Verbraucher und der Politik von einer der politisch instabilsten Region der Welt. Ein Kriterium solle demnach auch sein, dass die Anlagen in mehreren politisch stabilen Ländern verteilt stehen müssen, damit es sowohl für die Nordafrikaner als auch für die Europäer ein gutes Geschäft wird.

Mais zu Biogas: Klimaschutz versus Umweltschutz

Auf bereits 20 Prozent der landwirtschaftlich genutzten Flächen in Deutschland ist die Monokulturpflanze Mais anzutreffen. Grund dafür ist die staatliche Förderung auf Basis des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG). Gerade in Bayern rüsten viele Bauern um, da sie mit Maisanbau und genau festgelegter Förderung mehr verdienen und besser planen können. Benachteiligt sind beispielsweise Milchbauern, die „bei den Preisen nicht mehr mithalten können, wie es in der Sendung „ZDF.Umwelt“ vom 5.9.2010 heißt.

Bei allen Vorteilen für den Klimaschutz, Mais hat gravierende Nachteile für den Umweltschutz: Er ist einjährig und muss jedes Jahr neu angelegt werden – durch das Pflügen mit den schweren Maschinen verdichtet sich der Boden und durch Erosion beim nächsten Regen geht wertvoller Humus verloren. Er muss mit Pestiziden behandelt werden, um Unkraut fern zu halten. Zudem hat eine nur auf Mais basierende Monokultur ohne aufeinander folgende Fruchtfolge keinerlei ökologischen Wert.

In der Bayreuther Fakultät für Pflanzenkunde an der Universität Bayreuth wird nach Alternativen gesucht – unter anderem etwa die Becherpflanze. Sie ist nicht einjährig, muss erst nach etwa 10 bis 15 Jahren neu angelegt werden, womit das Pflügen entfällt. Durch eigene abgestorbene Biomasse der Pflanze nimmt die Humusschicht sogar noch zu. Durch die im Gegensatz zu Mais vorhandenen Blüten finden etwa Bienen genügend Nahrung. Durch genügend Eigenverschattung wächst weniger Unkraut. Auch lässt sich nach Angaben der Fakultät genau so viel Biogas erzeugen wie bei Mais. Es sind also Alternativen vorhanden.

Zur Verbesserung der ökologischen Situation fordern Naturschützer zusätzlich, dass die staatliche Förderung zur Gewinnung von Biogas an ökologische Kriterien gebunden ist. Mais soll nicht mehr als ein Drittel in der Fruchtfolge ausmachen. Es sei keine gute fachliche Praxis, wenn Mais auf Mais folgt und es sollen Alternativen wie etwa das Kleegras eingesetzt werden.