Ein Essay von Götz Warnke

In Zukunftsenergien, Teil 1 haben wir eine Definition vorgenommen und die sich differenzierenden, schon heute weit verbreiteten Zukunftsenergien in den Blick genommen. Angesichts des weltweiten und auch national wachsenden Energiebedarfs stellt sich die Frage: Welche neuen Energieernteformen können noch dazu kommen?

Wenn man dieses Gebiet betrachtet, muss man sich über die verschiedenen Dimensionen, über den Stand der Technik der jeweiligen Erntemethoden klar werden:

Da sind einerseits die Leistungspotentiale: Kann eine Technik einen nennenswerten Beitrag zu einem größeren Energiesystem wie einer Region oder gar eines Landes leisten, oder ist sie wie z.B. Indoor-PV auf die Versorgung eines eng umrissenen Bereichs beschränkt?

Andererseits geht es um die Frage einer räumlichen oder zeitlichen Beschränkung – klar, Wasserkraft in der Wüste funktioniert bekanntermaßen nicht.

Weiterhin ist der Reifegrad der Erntetechnik interessant: Einige Techniken sind andernorts bereits etabliert, werden aber noch nicht überall eingesetzt, weil es an entsprechend Engagierten, an Geldgebern oder an politischer Unterstützung fehlt. Andere Techniken sind fertig entwickelt, befinden sich aber noch in der Testphase. Wieder andere Techniken sind physikalisch möglich, stehen jedoch noch ganz am Anfang ihrer technischen Umsetzung.

Soweit die zu berücksichtigenden Faktoren; nun aber konkret zu den konkreten Zukunftsenergien:

Meeresenergien

Es gibt eine Vielzahl an Meeresenergie-Techniken, von denen die meisten an deutschen Küsten aus unterschiedlichen Gründen gar nicht einsetzbar sind. Daneben gibt es durchaus leistungsfähige Meeresenergie-Techniken, die heute bereits im Ausland eingesetzt werden, in Deutschland aber trotz vorhandener Potentiale derzeit nicht – obgleich das in der Vergangenheit anders war. Bei den entsprechenden Energien handelt es sich um Gezeiten- und Wellenenergie.

Diese Meeresenergien sind letztlich eine Form der Wasserkraft, allerdings eine besondere: Während bei der herkömmlichen Wasserkraft das Wasser mehr oder minder stark, aber kontinuierlich in eine Richtung strömt, sind bei den beiden Meeresenergien die Wasserbewegungen alternierend – bei der Gezeitenenergie eher waagerecht, bei der Wellenenergie eher senkrecht. Dieses und insbesondere auch die Beanspruchungen durch das Meer führen dazu, dass die Anlagen entsprechend belastbar gebaut und damit teuer werden. Doch da die Meeresenergien grundlastfähig sind, werden international immer mehr dieser Techniken eingesetzt – ob in Großbritannien, Frankreich, Israel oder den USA. Es wird Zeit, dass Deutschland diese Entwicklungen nicht verpasst.

PV-Satelliten-Strom

Das Konzept der „weltraumgestützten Solarenergie“ ist zwar nicht neu, wird aber seit kurzem wieder verstärkt verfolgt: dabei wird ein Satellit mit Quadratkilometer großen PV-Modulflächen in einer geostationären Erdumlaufbahn – also in rund 36.000 km Höhe – positioniert, um dort die intensive Sonnenstrahlung einzufangen. Die dabei gewonnene Energie wird vom Satelliten in Mikrowellen oder Laserstrahlen umgewandelt und zu einer Erdstation geschickt, die die Energie wiederum in elektrischen Strom umwandelt.

Unternehmen wie Space Solar oder Overview Energy treiben die Technik voran, Staaten wie Großbritannien, Island oder Japan möchten die Technik in den nächsten Jahren nutzen.

Doch diese zentralistische Technik ist teuer und zudem durch kleine Asteroide, Weltraummüll sowie militärische Angriffe gefährdet; eine gewisse Skepsis bleibt.

Erdwärme-Rückstrahlung bei Dunkelheit

Das grundlegende Konzept wurde in den 2010er Jahren von einigen Harvard-Wissenschaftlern entwickelt: Der „Emissive Energy Harvester“ (EEH) bezieht seine Energie aus der Wärmerückstrahlung der Erde vor allem in den kalten Nachthimmel. Das Energiepotenzial dabei ist gewaltig; immerhin strahlt die gesamte Erde kontinuierlich eine Wärmeleistung von 100 Petawatt (PW) ins Weltall, was ca. dem 60fachen der vom Golfstrom transportierten Wärmemenge entspricht. Allerdings ist die Energiedichte gering und man kann längst nicht alles nutzen. Wenngleich es seit vielen Jahren entsprechende deutsche, europäische und internationale Patente gibt, um das Leistungsvermögen von PV-Modulen durch die Kombination mit EEHs zu steigern, gehen die Forschungen aus diesem Gebiet weiter.

In Kombination mit PV-Modulen hat diese dezentrale Technik trotz ihres vergleichsweise geringen Wirkungsgrades ein erhebliches Potential. Dafür, dass dieses Potential auch gehoben werden kann, spricht das Engagement renommierter Forschungsinstitutionen wie Stanford, die University of California in Davis oder die University of New South Wales (UNSW).

Abwasser-Wärme

Zwar wird die Wärme von Abluft heute bereits in vielen Bereichen sowohl zentral als auch dezentral genutzt – von der Abwärme großer Rechenzentrem bis zur bedarfsgeführten Wohnraumlüftung mit Wärmetauscher im Eigenheimbereich. Aber die Nutzung von Abwasser-Wärme findet bisher nur zentral in Gewerbebetrieben oder bei großen, oft öffentlichen Gebäuden statt. Im dezentralen Privatbereich, wo rund 20 Prozent der Wärmeenergie für die Brauchwasser-Erhitzung in Bad und Küche (Körperpflege, Kochen, Geschirrspülen, Wäsche waschen) benötigt werden, gibt es kaum technische Lösungen, und damit künftig einen erheblichen Nachholbedarf.

Weitere Techniken

Wie bereits oben in der Definition beschrieben, gibt es auch eine Vielzahl von Energietechniken für bestimmte Nutzungsnischen, die zumeist unter dem Begriff Energy Harvesting zusammengefasst. werden. Dazu gehören u.a. Techniken zur Gewinnung von Strom aus Regentropfen, wie sie kürzlich wieder von Wissenschaftlern in Nanjing/China und Singapur entwickelt wurden ebenso wie Strom aus Luftfeuchtigkeit; gleiches gilt für Strom aus Schallwellen.

Auch noch nicht umgesetzte Verfahren wie die Energiegewinnung aus Blitzen oder Erdbeben können für bestimmte Nischen sinnvoll sein.

Letztlich lässt sich überall Energie ernten, wo es ein Energiegefälle gibt: Zwischen hoch und tief, warm und kalt, hell und dunkel, stark und schwach, durchlässig und undurchlässig etc. Und es bleibt nur die Frage, ob das physikalische Potential des Energiegefälles groß genug und die eingesetzte Energietechnik in der Lage ist, dieses Potential adäquat zu nutzen.