ETH-Klimablog - Klimawissen - Energie - Erneuerbare Energiequellen

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Erneuerbare Energiequellen

Um dem Klimawandel entgegenzuwirken, muss die Nutzung fossiler Energieträger stark eingeschränkt werden. Um trotzdem genügend Energie zur Verfügung zu haben, müssen neue Energiequellen erschlossen werden. Vielversprechend sind erneuerbare Energiequellen wie Wasser, Sonne, Wind, Biomasse und Geothermie.

Erneuerbare Energiequellen sind nachhaltig, denn sie sind nicht wie fossile Energiequellen innerhalb weniger Jahrzehnte oder Jahrhunderte aufgebraucht. Zudem entsteht bei ihrer Nutzung nur wenig CO₂. Deshalb ist die vermehrte Nutzung erneuerbarer Energiequellen wichtig, um den Klimawandel abzubremsen.

Zu den erneuerbaren Energiequellen gehören:

 

In der Schweiz beträgt der Anteil der erneuerbaren Energien 19.4% des Endenergieverbrauchs.

Bezogen auf die Stromproduktion beträgt der Beitrag der Sonnenenergie-, Biomasse-, Biogas, Wind- und Abfallnutzung rund 2 % der gesamten Elektrizitätsproduktion. (Bericht Schweizerische Statistik der erneuerbaren Energien, Ausgabe 2010, download >hier)

Grafik: Gesamter schweizerische Endenergieverbrauch 2010 mit den erneuerbaren Anteilen

(Quelle: Schweizerische Statistik der eneuerbaren Energien, 2010)

Wasserkraft

 

Die Kraft des Wassers kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Das Wasserschloss Schweiz ist deshalb ein ideales Land für die Stromproduktion mittels Wasserkraft. Noch zu Beginn der 1970er Jahre stammten fast 90% der inländischen Stromproduktion aus Wasserkraft. Nachdem die Atomkraftwerke in Betrieb genommen wurden, sank der Anteil bis 1985 auf rund 60% . Heute liegt der Anteil der Wasserkraft an der Stromproduktion bei rund 54%. Nach wie vor ist die Wasserkraft damit die wichtigste einheimische Energiequelle für die Stromproduktion.

Strom aus Wasserkraft wird in den Schweiz in Laufwasserwerken (>Funktionsweise) und in Speicherkraftwerken (>Funktionsweise) produziert. Nur ein sehr geringer Prozentsatz der Leistung wird in Pumpspeicherkraftwerken (>Funktionsweise) produziert. Seit der Einführung der kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) für Strom aus erneuerbaren Energien wurden in der Schweiz zahlreiche Projekte für Kleinwasserkraftwerke realisiert. Dank der 2009 eingeführten KEV können Produzenten Strom, der aus erneuerbaren Energien produziert wird, zu einem garantierten Vergütungstarif ins Netz einspeisen.

Künftig wird die Nutzung von Wasserkraft nur geringfügig erhöht werden können, da das Potenzial der Wasserkraft in der Schweiz bereits sehr gut ausgeschöpft ist.

Sonnenenergie

Die Sonnenenergie, welche in Form von Licht und Wärme auf die Erdoberfläche trifft, kann auf drei Arten genutzt werden:

•  Sonnenkollektoren: Mit Sonnenkollektoren lässt sich die Solarwärme nutzen, um Wasser zu erwärmen und Heizungen zu unterstützen. In der Schweiz werden derzeit jährlich rund 4’000 Anlagen zur Brauchwassererwärmung oder Heizungsunterstützung realisiert. Das Potenzial an Solarwärme ist gross. Wenn alle bestehenden Gebäude energetisch optimal saniert würden, könnte mittels Sonnenkollektoren der gesamte Wärmebedarf der Schweizer Haushalte gedeckt werden.
Solarthermische Kraftwerke: Solarthermische Kraftwerke können nur in besonders sonnenreichen Gebieten der Erde wirtschaftlich eingesetzt werden. Theoretisch würde rund ein Prozent der Fläche der Sahara ausreichen, um mit Solarkraftwerken aus konzentrierenden Spiegelsystemen den gesamten Elektrizitätsbedarf der Erde zu decken. Ein solches Projekt ist Desertec (>Link): In der Wüste Afrikas soll ein Netz von Solaranlagen gebaut werden unter der Leitung und Investition europäischer Firmen. Da in der Wüste viel mehr Strom erzeugt werden kann als vor Ort verbraucht wird, kann der entstehende Stromüberschuss mittels Hochspannungs-Gleichstrom nach Europa (EU) übertragen werden.

Photovoltaik: Mit Photovoltaik-Anlagen lässt sich die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Diese Technologie trägt momentan ungefähr rund 0.04% zur Schweizer Stromproduktion bei. Das Potenzial von Solarstrom aus Photovoltaik ist beträchtlich: Bis zum Jahr 2050 könnten in der Schweiz rund 20% des derzeitigen Strombedarfs durch Photovoltaik erzeugt werden.

Windenergie

Bei Windenergieanlagen treibt der Wind die Flügel der Anlage an, die dann wiederum diese mechanische Energie mithilfe eines Generators in elektrische Energie umwandelt.

Die erste Windenergieanlage der Schweiz wurde 1986 in Langenbruck/BL gebaut. 2007 gab es in der Schweiz über 30 Anlagen. Der grösste Windpark befindet sich auf dem Mont Crosin im Berner Jura bei St. Imier. Weitere Grossanlagen stehen in St. Brais (JU), Martigny (VS) und Collonges (VS).

Weltweit befindet sich die Windenergie in einem starken Wachstum: Die globale Wachstumsrate neu errichteter Windkraft-Anlagen liegt bei 20%. Auch in der Schweiz kann sich die Windenergie noch stark entwickeln: Bis zum Jahr 2030 könnten Anlagen, welche die strengen Kriterien des Konzepts >«Windenergie Schweiz» erfüllen, rund 0.6 Mrd. kWh Strom pro Jahr produzieren. Bei einem aktuellen jährlichen Stromverbrauch in der Schweiz von knapp 60 Mrd. kWh kann damit aber maximal 1 % des Bedarfs mit Windenergie gedeckt werden. Ideale Standorte für Windkraftanlagen befinden sich auf den Jurahöhen, aber auch in den Alpen und im westlichen Mittelland.

Die Windenergie stellt die Elektrizitätswerke allerdings vor neue Probleme: Da die Stromproduktion nicht konstant ist, sondern von der Windgeschwindigkeit und –richtung abhängt, schwankt die Menge des produzierten Stroms. Dies benötigt neue Konzepte, um die Spannungen der Hochspannungsleitungen trotzdem konstant zu halten.

Biomasse, Abfall, Umgebungswärme und Geothermie

Auch Biomasse, Abfall sowie Erdwärme lassen sich zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen.

Biomasse und Abfall: Als Biomasse wird organisches Material bezeichnet, das nicht über geologische Prozesse verändert wurde (im Gegensatz zu fossilem organischem Material, d.h. Erdöl, Kohle, Erdgas). Energetisch genutzt werden können beispielsweise Hölzer, aber auch Gülle, Klärschlamm oder Lebensmittelabfälle. Aus Biomasse kann Wärme, Strom oder Treibstoff gewonnen werden. Die Nutzung von Biomasse ist mehr oder weniger CO₂-neutral, da beim Wachsen der Pflanzen CO₂ gebunden wird, das dann bei der Verbrennung wieder frei wird. Auch durch das Verbrennen von Abfällen kann Energie gewonnen werden.

Umgebungswärme: Die in der Luft, im Erdreich und im Wasser gespeicherte Wärme (so genannte Umgebungswärme) kann genutzt werden. Diese Energie weist aber ein relativ tiefes Temperaturniveau auf. Ihre effiziente Nutzung ist daher ausschliesslich mit Wärmepumpen möglich. Mit dem breiten Einsatz von Wärmepumpen könnte eine erhebliche Reduktion der CO₂-Emissionen und des Verbrauchs fossiler Brennstoffe erreicht werden. Im Neubaubereich hat die Wärmepumpe bei Einfamilienhäusern heute bereits einen Marktanteil von rund 60% erreicht.

Geothermische Energie nennt man die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde, die hauptsächlich aus dem Zerfall natürlich vorkommender radioaktiver Elemente stammt. Schon ab ca. 15 Meter unter der Oberfläche ist die Bodentemperatur das ganze Jahr über konstant. In 5000 Metern Tiefe herrscht in der Schweiz eine Temperatur von rund 200°C. Derzeit wird in der Schweiz keine Elektrizität aus geothermischen Quellen produziert. In Basel wurde das Projekt «Deep Heat Mining» gestoppt, weil die Probebohrungen kleine Erdbeben auslösten. In Zürich ist ein Projekt am Laufen (>Link zur Webseite). Das Potenzial zur geothermischen Stromerzeugung ist in der Schweiz sehr gross. Allerdings bestehen noch grosse Unsicherheiten in Bezug auf die Kosten und die Machbarkeit der Stromerzeugung. Langfristig ist es denkbar, dass ein bedeutender Anteil des schweizerischen Stromkonsums durch geothermische Kraftwerke gedeckt werden kann.

 

 

 

 

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