Solarenergie

[Enas Yorl]

Ja, an der Physik: die Energiedichte der Sonnenstrahlung ist einfach zu klein dafür. Es gibt einen guten Grund, weshalb es keine wandelnden Bäume gibt... (das Segel, das da verlinkt wurde, kann übrigens helfen, den Verbrauch zu mindern - aber es kann den Schiffsmotor natürlich nicht ersetzen. Ein Kernkraftwerk wäre übrigens eine gute Lösung für ein CO2-freies, schnelles Transportschiff. Für langsame Fracht könnte man sich sicher gigantische Segelschiffe vorstellen).

Nuklearenergie für zivile Schiffe, die auf den unsicheren Weltmeeren herumschippern, halte ich für keine so gute Idee. Aber werden die Frachtschiffe der Zukunft den Energieprobleme haben?
Sieht man sich die internationalen Schiffsartrouten einmal an, stellt man fest, das es praktisch auf jeder Regionen gibt, die sich sehr gut für die Gewinnung von regenerativen Energien eignen. Ein Containerfrachter zwischen Asien und Europa, kann auf den Weg durch den Suezkanal, dort auch gleich den Wasserstoff oder das Methanol bunkern, das man dort mit Sonnenenergie hergestellt hat.

[Bynaus]

Ich sehe keinen einzigen Konzern, der wirklich für neue KKW trommelt.

Weil das auch eine politische Frage ist, der Wind zurzeit aus der falschen Richtung weht und es noch genügend fossile Rohstoffe gibt. Aber sobald die Leute realisieren, dass sie ihren Lebensstil drastisch werden verändern müssen, um das nur vermeintlich einfache Ziel vom Leben allein von Erneuerbaren zu erreichen, wird sich das ändern. "Wie was, ich darf nicht mehr in die Ferien fliegen (bzw kann es mir nicht mehr leisten)? Wie was, jetzt soll ich mich jeden Morgen mit anderen in den Bus quetschen, mein Auto mit anderen teilen? Wie, ich muss entweder viel mehr für die Heizung zahlen, oder mit tieferen Temperaturen in der Wohnung leben? Wie, ich muss länger arbeiten (und meine Sozialleistungen werden zusammengestrichen) weil die verlorene Produktivität irgendwie wettgemacht werden muss? Das hat mir damals niemand gesagt!"
Da ist sich jeder selbst der nächste. Es wird nur einige Zeit dauern, und es wird bis dahin viel Geld in Leerläufe investiert werden. Die Physik bzw. die menschliche Natur werden sich als viel robuster als die grünen Wolkenschlösser erweisen, die man gegenwärtig so baut. Erneuerbare - gerne, so viel wie möglich und mit dem Umweltschutz verträglich. Aber das wird nicht genug sein.

Aber wann wäre denn da -realistisch gesehen- der erste fertig? 2030?

Der IFR ist praktisch fertig entwickelt. Ein Testreaktor (EBR-II) ist 30 Jahre lang gelaufen. GE Hitachi hat ein Design davon (genannt S-PRISM), das bald in die Lizenzierungsphase gehen könnte. Diesen Reaktor gibt es hier und heute.

Eine andere Möglichkeit wäre, solargetriebene Fabrikschiffe zu bauen, die auf den Ozeanen der Sonne hinterherfahren und Sonnenenergie direkt in die Arbeitsleistung der Maschinen umwandeln. Aber das scheitert dann wieder an anderen Dingen.

Ja, an der Physik: die Energiedichte der Sonnenstrahlung ist einfach zu klein dafür. Es gibt einen guten Grund, weshalb es keine wandelnden Bäume gibt... (das Segel, das da verlinkt wurde, kann übrigens helfen, den Verbrauch zu mindern - aber es kann den Schiffsmotor natürlich nicht ersetzen. Ein Kernkraftwerk wäre übrigens eine gute Lösung für ein CO2-freies, schnelles Transportschiff. Für langsame Fracht könnte man sich sicher gigantische Segelschiffe vorstellen).

Noch aber gibt es ja genügend Dächer, die man zupflastern kann.

Schon vergessen? Dächer können nur 10% des Primärenergiebedarfs decken. Gut und schön, aber keine echte Lösung.

[Enas Yorl]

Was fehlt, ist einfach ein effizienter Energiespeicher, der auch einfach zu handhaben ist. Elektrolyse und Wasserstoff wären vielleicht eine Möglichkeit.

Ist es auch, wird auch gemacht, hat aber auch seine Tücken. Wasserstoff ist in großen Mengen nur sehr aufwendig zu speichern. Es hat nur eine geringe volumenbezogene Energiedichte (was große Tanks nötig macht), und diffundiert als Gas selbst durch Stahlwände (Wasserstoffversprödung). Große Mengen Wasserstoff, muss man deshalb entweder als Flüssiggas (in vakuumisolierten Behältern), oder in Metallhydritspeichern aufbewahren. Was entsprechend mehr Aufwand und Kosten bedeutet.
In größeren Mengen ist es deshalb günstiger mit den Wasserstoff Methan (EE-Gas) zu erzeugen, einen Haken gibt es dabei allerdings auch. Man braucht für den Prozess eine CO2-Quelle, und der Energieverlust bei der Rückverstromung liegt bei etwa 50 bis 67%. Würde man so mit in Deutschland erzeugten Solarenergie ausreichende Energievorräte anlegen wollen, bräuchte man so weit mehr als die 16 000 km² Fläche an Photovoltaikanlagen.
EE-Gas wird trotzdem in der Zukunft wichtig werden, einmal um Überschussspitzen bei der regenerativen Energie zu speichern, und um den Bedarf an mobilen Energieträgern zu decken. Nur wird die Masse an EE-Gas auf dem Weltmarkt, wohl nicht in Deutschland erzeugt werden, sondern in Regionen wo dies weitaus günstiger möglich ist.

[blueflash]

Also, die Pampa mit spiegelnden Flaechen zuzupflastern, ist nicht gerade sehr oekologisch. Da faellt kein Licht und Wasser mehr auf den Naturboden, dieser duerfte dann ziemlich schnell ziemlich tot sein.

Das stimmt einfach nicht. Schau dir mal einen Solarpark an, dann sprechen wir weiter.

Diese ungenutzte Flaeche ist doch nur ein paar Meter breit. Willst du massiv Windraeder unmittelbar neben Strassen und Schienen stellen?

Warum nicht?

Und spiegelnde Solarpanels koennen die Autofahrer blenden. Ganz abgesehen davon, dass man bei einer Fahrt ins Gruene dann das Gruene nicht mehr sehen kann.

Solarpanele sind ersteinmal schwarz. Da spiegelt maximal die Schutzhülle, die kann aber auch entspiegelt werden. Und ob du "eine Fahrt ins Grüne" auf der Autbahn machen kannst, rangiert für mich ziemlich weit hinter so Bedürfnissen wie Heizung und Nahrungsmitteln.

Regenerative Energien sind eine tolle Sache. Aber man muss sich auch bewust machen, dass ein Land, das so dicht besiedelt ist wie Deutschland, eben nicht dafuer geeignet ist, vollstaendig oder zu einem grossen Teil auf gruene Energieversorgung zu setzen. Das ist nunmal das Pech, wenn man in der Mitte Europas lebt. Es geht einfach nicht.

Deine "Gegenargumente" deuten eher darauf hin dass es sehr wohl geht. Aber du kannst auch gerne den Anfang machen und deinen Primärenergiebedarf auf 500W oder so drücken. Wahlweise könntest Du auch konkrete Vorschläge machen, wie wir sonst den Bedarf decken sollen. Und damit eins klar ist: CO² geht _wirklich_ nicht!

[xanrof]

Eine andere Möglichkeit wäre, solargetriebene Fabrikschiffe zu bauen, die auf den Ozeanen der Sonne hinterherfahren und Sonnenenergie direkt in die Arbeitsleistung der Maschinen umwandeln. Aber das scheitert dann wieder an anderen Dingen. Die Nutzung von Sonnenenergie, obwohl reichlich vorhanden, ist eben sehr kompliziert.

Zumindest fuer den Antrieb von Gross-Schiffen greift man wieder auf eine sehr alte Idee zurueck:

Sailing News, Videos, Reviews and Gossip - io9

Wenn man sich ueberlegt, was die bei einer Ozeanquerung an Abgasen rausblasen, ist das sicher ne gute Sache. Leider noch nicht sehr verbreitet.

Was fehlt, ist einfach ein effizienter Energiespeicher, der auch einfach zu handhaben ist. Elektrolyse und Wasserstoff wären vielleicht eine Möglichkeit.

Hmm, als massentauglicher Energiewandler? (Gespeichert wird die Energie durch die Trennung in Wasserstoff und Sauerstoff. )
Da bin ich skeptisch. Der Verbrauch an Platin waere recht hoch.

Das mag preislich funktionieren, wenn man das Platin nur fuer einige Autos, Busse, Schiffe oder U-Boote braucht. Soll jedoch in einem Grossteil der Haushalte und Fabriken ein solcher Wandler installiert werden, wuerde die gestiegene Nachfrage den Preis explodieren lassen.

Ausserdem liegt der Wirkungsgrad (je nach Modell) auch nur bei 30-40%

Die Einrichtung der Infrastruktur zur Verbreitung der Ausgangsstoffe (Wasserstoff-Tankstellen, ...) waere sicher kein Problem. Der kritische Punkt ist hier eindeutig die gesicherte Versorgung mit Platin (und auch Palladium u.a.)

[Enas Yorl]

Eben, das ist das Problem. Deutschland, wie jedes andere Land auch, will natuerlich Abhaengigkeiten von anderen Laendern weitgehend vermeiden.

Wobei ich nicht glaube, das Deutschland selbst wenn man zur Kernenergie zurückkehrt, auf lange Frist auf den Import ausländischer Energie vollständig verzichten kann. Autarkie ist für ein hochindustriealisiertes Land, das Rohstoffe, vorgefertigte Produkte und Arbeitskräfte importiert, um hochwertige Güter zu exportieren, kein wirklich sinnvolles Konzept. Deutschland ist so oder so, ganz massiv von der Zusammenarbeit mit dem Ausland abhängig.

[irony]

Oder man steckt sein Geld in ITER, dafür hat man zumindest ein Konzept wie es funktionieren soll. Mit SF-Konzepten für deren Verwirklichung man noch nicht einmal die Grundlagen hat, wird man die zeitlich recht nahe Energiewende nicht vollziehen können.

Ich wäre auch dafür, mehr Geld in ITER zu stecken, aber nicht einmal die Wissenschaftler selbst behaupten, dass vor 2050 ein Durchbruch möglich wäre. Der Biotechnologie räume ich noch einige Chancen auf einen Erfolg vor 2050 ein, aber in den nächsten paar Jahren erwarte ich da auch nichts Überragendes.

Eine andere Möglichkeit wäre, solargetriebene Fabrikschiffe zu bauen, die auf den Ozeanen der Sonne hinterherfahren und Sonnenenergie direkt in die Arbeitsleistung der Maschinen umwandeln. Aber das scheitert dann wieder an anderen Dingen. Die Nutzung von Sonnenenergie, obwohl reichlich vorhanden, ist eben sehr kompliziert.

Noch aber gibt es ja genügend Dächer, die man zupflastern kann. Was fehlt, ist einfach ein effizienter Energiespeicher, der auch einfach zu handhaben ist. Elektrolyse und Wasserstoff wären vielleicht eine Möglichkeit.

[xanrof]

MOb ein solcher Import von Energie für Deutschland sinnvoll ist, hängt in erster Linie von politischen Faktoren ab.

Eben, das ist das Problem. Deutschland, wie jedes andere Land auch, will natuerlich Abhaengigkeiten von anderen Laendern weitgehend vermeiden.

Und daß das nicht unvernuenftig ist, hat man ja am Beispiel Ukraine-Russland gesehen, als die Oel-Pipeline abgedreht wurde, um bestimmte Interessen durchzusetzen.

Nun ist es einmal so, dass andere Laender haben, was wir braeuchten: Viel Platz (Wueste) und viel Sonne. Und Deutschland hat viel Industrie und somit einen hohen Verbrauch. Dennoch wird der politische Wille internationale Abkommen nicht unbedingt foerdern.

[Enas Yorl]

Es ist SF, aber möglich. Es gibt keinen physikalischen Hinderungsgrund, und es ist schwer zu sagen, wie lange die Forschung dafür braucht. Es kann natürlich länger dauern, wenn man sich mit Unnützem wie dem Mars oder Higgs-Bosonen beschäftigt und dort Milliarden verschwendet.

Oder man steckt sein Geld in ITER, dafür hat man zumindest ein Konzept wie es funktionieren soll. Mit SF-Konzepten für deren Verwirklichung man noch nicht einmal die Grundlagen hat, wird man die zeitlich recht nahe Energiewende nicht vollziehen können. Und das alles, würde würde das Speicherproblem nicht lösen.

Das Problem, das nicht immer die Sonne scheint, besteht sicher. Aber irgendwo scheint immer die Sonne, also muss man den Strom nur transportieren.

Man kann in Nordafrika, auch Solarthermische Kraftwerke bauen, die Wärme speichern, nach Bedarf verstromen und nach Deutschland transportieren. Technisch ist das heute möglich, was das kostet, wo die politischen Risiken so einer Lösung sind, und ob man das in Deutschland überhaupt will, ist dabei allerdings der Knackpunkt.

Mir scheint, als waere das das eigentliche, viel dringendere Problem, das es zu loesen gilt.

Mit den heutigen Konzepten kann man nicht genügend Strom speichern, um den gesamten Energiebedarf Deutschlands außerhalb der Sonnenzeiten zu decken. Das limitiert die Sinnvolle Menge an Photovoltaikanlagen auf die Größenordnung, in der man deren Strom direkt nutzen kann.
In sonnenreicheren Regionen der Welt, können Solarthermische Kraftwerke, mit Wärmespeichern durchaus eine attraktive Lösung sein. Ob ein solcher Import von Energie für Deutschland sinnvoll ist, hängt in erster Linie von politischen Faktoren ab.

[xanrof]

Das Problem ist, das sich dieser Strom nicht ausreichend speichern lässt, für die Zeit wo die Sonne nicht scheint.

Mir scheint, als waere das das eigentliche, viel dringendere Problem, das es zu loesen gilt. Wenn es moeglich waere, grosse Mengen Energie ohne bedeutende Verluste zumindest fuer < 24h zu speichern, um die Tag-Nacht-Fluktuationen auszugleichen, koennte man doch sicher bereits das eine oder andere Kraftwerk abschalten.

[irony]

Das in einer Pflanze umzusetzen, ist reine SF. Eine Technologie so etwas zu verwirklichen (sofern das überhaupt in einem attraktiven Wirkungsgrad möglich ist), steht heute überhaupt nicht zu Verfügung.

Es ist SF, aber möglich. Es gibt keinen physikalischen Hinderungsgrund, und es ist schwer zu sagen, wie lange die Forschung dafür braucht. Es kann natürlich länger dauern, wenn man sich mit Unnützem wie dem Mars oder Higgs-Bosonen beschäftigt und dort Milliarden verschwendet.

Das Problem ist, das sich dieser Strom nicht ausreichend speichern lässt, für die Zeit wo die Sonne nicht scheint.

Das Problem, das nicht immer die Sonne scheint, besteht sicher. Aber irgendwo scheint immer die Sonne, also muss man den Strom nur transportieren.

Wie viel Strom bräuchte man, um alle Autos, d.h. so viele wie es derzeit gibt, als Elektroautos, in Deutschland über in die Straße eingebaute Linearmotoren anzutreiben? Es gab da mal eine Diplomarbeit Verkehrskonzept Speedway: Die elektrische Autobahn - SPIEGEL ONLINE

[Enas Yorl]

Bei der Photosynthese handelt es sich doch über weite Strecken um eine komplizierte Elektronentransportkette. Ich dachte mehr daran, ähnlich wie bei kristallinen Solarzellen direkt durch die Sonneneinstrahlung eine Ladungstrennung zur Erzeugung von Strom auszunutzen, ganz ohne die vorherige Umwandlung in chemische Energiespeicher.

Das in einer Pflanze umzusetzen, ist reine SF. Eine Technologie so etwas zu verwirklichen (sofern das überhaupt in einem attraktiven Wirkungsgrad möglich ist), steht heute überhaupt nicht zu Verfügung.

Den Strom direkt zu verbrauchen, ist eine Frage des Bedarfs. Ist der tagsüber hoch genug, gibt es kein Problem.

Doch genau das ist das zentrale Problem! Deutschland erzeugt heute schon etwa 24 Gigawatt Peak (Stand 2011) an Strom durch Photovoltaik. Das lässt sich auch noch leicht vervierfachen, ohne damit gleich die Landschaft zuzustellen. Nur das gilt nur so lange wie die Sonne ausreichend scheint.
Die verfügbare Fläche und Technologie sind für die direkte Nutzung des Stroms durch Photovoltaik vollkommen ausreichend. Das Problem ist, das sich dieser Strom nicht ausreichend speichern lässt, für die Zeit wo die Sonne nicht scheint.

[irony]

Würde es jetzt gelingen, eine Pflanze dazu zu bringen, die durch die Photosynthese erzeugten Kohlehydrate in elektrischen Strom umzuwandeln.

Bei der Photosynthese handelt es sich doch über weite Strecken um eine komplizierte Elektronentransportkette. Ich dachte mehr daran, ähnlich wie bei kristallinen Solarzellen direkt durch die Sonneneinstrahlung eine Ladungstrennung zur Erzeugung von Strom auszunutzen, ganz ohne die vorherige Umwandlung in chemische Energiespeicher.

Würde diese Energie der Pflanze beim Wachstum fehlen, dadurch würde dann entsprechend weniger Biomasse erzeugt. Im Grunde ist das sogar eine Verschlechterung, den der Strom müsste sofort verbraucht werden, während die Energie der Biomasse nach Bedarf abgerufen werden kann.

Den Strom direkt zu verbrauchen, ist eine Frage des Bedarfs. Ist der tagsüber hoch genug, gibt es kein Problem.

[Enas Yorl]

Und wie hoch ist da der Wirkungsgrad?

Wenn du die von der Pflanze umgesetzte Sonnenenergie meinst, dann sind das 1 bis 2%. Das hört sich wenig an, aber dafür bauen sich diese biologische Kollektoren und Energiespeicher auch von selber auf.
Würde es jetzt gelingen, eine Pflanze dazu zu bringen, die durch die Photosynthese erzeugten Kohlehydrate in elektrischen Strom umzuwandeln. Würde diese Energie der Pflanze beim Wachstum fehlen, dadurch würde dann entsprechend weniger Biomasse erzeugt. Im Grunde ist das sogar eine Verschlechterung, den der Strom müsste sofort verbraucht werden, während die Energie der Biomasse nach Bedarf abgerufen werden kann.
Und an Energiepflanzen welche eine höhere Energieausbeute bieten, wird längst geforscht.

[irony]

Gibt es doch schon, nennt sich Biomasse, und dient auch gleich als Energiespeicher.

Und wie hoch ist da der Wirkungsgrad?