Schlagwort: Erneuerbare Energien

Das farb-, geschmack- und geruchlose Gas Wasserstoff ist der Hauptbestandteil von Wasser und aller in der Natur vorkommenden Materialien. Das bedeutet, dass wir auf das Gas fast unbegrenzten Zugriff haben. Von allen bekannten Materialien kann Wasserstoff außerdem am besten brennen. Aber wenn sich Wasserstoff so gut als Energieträger eignet, wieso greifen wir dann auf nicht nachwachsende Rohstoffe wie Kohle, Erdgas oder Erdöl zurück?

Im Jahr 1882 ging in London das erste Kohlekraftwerk der Welt in Betrieb, das elektrischen Strom für die öffentliche Nutzung erzeugte. Damals war das eine Neuheit. Heute ist der fossile Brennstoff Kohle der wichtigste Energieträger in Deutschland. Insgesamt machen fossile Brennstoffe über 50 % unseres gesamten Strombedarfs aus. Da fossile Rohstoffe aber bald aufgebraucht sein werden, werden erneuerbare Energien immer wichtiger!

Warum ist Wasserstoff so wichtig für die Zukunft?

1882 war an erneuerbare Energiequellen aus Wind, Wasser oder Sonne noch nicht zu denken. Nur einer wusste wohl schon damals, dass eine Zukunft ohne Kohle, Erdöl und Co. stattfinden kann: Jules Verne. Der französische Schriftsteller sprach Jahre vor der Eröffnung des ersten Kohlekraftwerks davon, dass „Wasser die Kohle der Zukunft“ sei. Für ihn war klar, dass Wasserstoff zukünftig die Energieversorgung der Erde sichern wird. Denn Wasserstoff ist flexibel einsetzbar und leicht zu transportieren. Zudem kann das Gas aus erneuerbaren Energien hergestellt werden, was gut für die Umwelt und unser Klima ist. Mehr Informationen zu alternativen Antrieben ohne schädliche CO₂-Emissionen findest du hier.

Das chemische Element Wasserstoff wird mit dem Formelzeichen H₂ abgekürzt. Foto: Adobe Stock / / Shawn Hempel

Wasserstoff kommt bisher vor allem beim Antrieb von Elektromotoren in Autos zum Einsatz. Das Allround-Talent kann aber noch in ganz anderen Bereichen verwendet werden und fossile Rohstoffe wie Kohle oder Erdgas ersetzen. So kann Wasserstoff zum Beheizen von Häusern und Unternehmen genutzt werden. Auch für die Chemie- und Stahlindustrie ist das Gas als Energieträger interessant. All das trägt dazu bei, dass Deutschlands Industrie klimaschonender produzieren könnte. Das hört sich toll an, aber ganz so leicht ist es nicht…

Grün, blau, grau, türkis – Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff

Wasserstoff kommt in der Natur zwar ganz oft vor, aber niemals alleine, sondern immer in Verbindung mit anderen organischen Stoffen: er ist beispielsweise in Wasser, Kohle, Erdöl oder Erdgas zu finden. Aus diesen Materialien muss das Gas herausgelöst werden. Die Methoden, mit denen das Gas gewonnen werden kann, sind unterschiedlich gut oder schlecht für die Umwelt. Denn manche davon treiben die Erderwärmung weiter voran. Warum das schlecht ist und was auch du tun kannst, erfährst du im Artikel zum ökologischen Fußabdruck. Daher unterscheidet die Wissenschaft Wasserstoff je nach Herstellungsart und dem Material, aus dem er herausgelöst wird durch die Farben grau, blau, pink, türkis und grün:

  • Grauer & blauer Wasserstoff: Wenn Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird, spricht man von grauem oder blauem Wasserstoff. Dabei entsteht das Gas CO₂. Bei grauem Wasserstoff wird es in die Atmosphäre abgegeben, was schlecht für die Umwelt ist. Um blauen Wasserstoff handelt es sich, wenn das entstandene CO₂ im Erdboden gespeichert wird. Dieses Verfahren ist klimafreundlicher, aber sehr aufwendig.
  • Türkiser Wasserstoff: Für die Herstellung von türkisem Wasserstoff wird Methan gespalten und das Gas freigesetzt. Dabei entsteht fester Kohlenstoff. Da aus Kohlenstoff kein CO₂ entweichen kann, ist dieser feste Stoff klimaverträglich. Türkiser Wasserstoff befindet sich noch in der Entwicklung.
  • Pinker Wasserstoff: Mit Hilfe der Elektrolyse (mehr dazu hier) kann Wasserstoff aus Wasser gelöst werden. Für diesen Vorgang wird Strom benötigt. Bei pinkem Wasserstoff stammt der Strom allerdings aus Kernenergie. Dabei entsteht radioaktiver Abfall, der nicht natürlich abgebaut werden kann und unsere Erde belastet.
  • Grüner Wasserstoff: Genauso wie pinker wird grüner Wasserstoff aus Wasser gewonnen. Hierbei kommt der dafür benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen. Damit ist diese Art von Wasserstoff besonders umweltfreundlich. 
Grüner Wasserstoff kann mit Hilfe erneuerbarer Energien aus Wasser gelöst und zum Antrieb von Motoren oder zum Heizen genutzt werden. Foto: Adobe Stock / / Bogdana

Ist grüner Wasserstoff wirklich grün?

Für die Wissenschaft ist klar: Grüner Wasserstoff ist die einzige wirklich umweltfreundliche Möglichkeit und legt daher ihren Fokus in der Forschung darauf. Klingt soweit alles gut! Nur gibt es da ein Problem: Für die Herstellung von grünem Wasserstoff braucht es sehr viel Energie, also elektrischen Strom. Dieser Strom wird bisher zu Großteilen aus klimaschädlichen Brennstoffen wie Kohle gewonnen, die beim Verbrennen CO₂ ausstoßen. Will grüner Wasserstoff wirklich grün sein, muss das in jedem Prozess seiner Herstellung der Fall sein. Die benötigte Menge an Strom ist bisher noch so groß, dass sie noch nicht aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt werden kann. Jetzt wird fleißig weiter daran geforscht, dass grüner Wasserstoff zukünftig wirklich komplett grün sein kann.

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / Mediaparts

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Juli 2022

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In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Erneuerbare & zukünftige Energien”: 

Hast du dir schon einmal überlegt, für was wir alles Strom brauchen? Wenn du schon mal einen Stromausfall miterlebt hast, dann ist dir das sicher auch schon schmerzlich bewusst geworden. Jeder Haushalt braucht eine bestimmte Menge an Strom, auf die er angewiesen ist. Stell dir mal vor, man würde den Stromverbrauch aller Haushalte auf der Welt zusammenrechnen. Da würde eine unglaubliche Menge herauskommen. Und dann kommen noch die ganzen Fabriken und Produktionsbetriebe dazu … Du merkst sicherlich, worauf wir hinauswollen. Der Stromverbrauch auf der Erde ist enorm. Aber: Was ist Strom eigentlich und wie wird er erzeugt?

Elektrische Energie

Warum muss man Strom sparen?
Bei einem Stromausfall fehlt nicht nur das Licht

Das Wort „Strom“ kann man ganz einfach übersetzen mit „elektrische Energie“. Diese elektrische Energie kann aus verschiedenen Energieformen erzeugt werden – wie beispielsweise Bewegung. Das kennst du von deinem Fahrraddynamo: Wenn du in die Pedale trittst, entsteht Bewegungsenergie und die wird vom Dynamo umgewandelt in elektrische Energie. Doch um die ganze Welt mit Energie zu versorgen, bräuchte es ganz schön viele Fahrräder und selbst dann würde die Energie nicht ausreichen.

Kraftwerke als Stromquelle

Den Strom, der zu dir nach Hause kommt, kann man zum Beispiel aus Atomenergie gewinnen. Das war lange sehr verbreitet und wird in sogenannten Atomkraftwerken gemacht. Außerdem kann man fossile Stoffe wie Erdöl, Erdgas oder Braunkohle verbrennen und daraus Wärmeenergie gewinnen. Braunkohle zum Beispiel verbrennt man in Kohlekraftwerken, Erdgas in Gasturbinenkraftwerken. Heute versucht man immer mehr Strom aus sogenannten „erneuerbaren Energien“ zu gewinnen. Das sind zum Beispiel Sonne, Wasser und Wind: also Energien, die sich nicht wie Kohle oder Erdöl aufbrauchen. Diese Art der Gewinnung ist nicht ganz einfach, denn Strom muss rund um die Uhr zur Verfügung stehen. Und wie wäre es, wenn man sich nur Mittagessen kochen könnte, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht?

Warum muss man Strom sparen?
Ein Kohlekraftwerk produziert jede Menge schädliches CO₂; Bild: www.shutterstock.com / ShutterProductions

Die Umwelt schonen

Egal, wo der Strom herkommt – die Produktion ist in allen Fällen ziemlich teuer. Und: Das Erzeugen von Strom ist häufig belastend für unsere Umwelt. Deshalb möchte die Bundesregierung in Zukunft immer mehr auf erneuerbare Energiequellen zugreifen. Kohle-, Atom- und Gasturbinenkraftwerke haben eine schlechte Auswirkung auf unser Klima. Bei der Stromgewinnung aus Atomenergie entsteht radioaktiver Abfall. Das kann sehr schädlich für uns Menschen sein und Krankheiten wie Krebs verursachen. Bei der Verbrennung von fossilen Stoffen entsteht außerdem Kohlenstoffdioxid, Feinstaub und andere Abgase, die für Mensch und Umwelt schädlich sind.

Warum muss man Strom sparen?
Mercedes-Benz hat eine Photovoltaikanlage gebaut – Roboter werden in einem Produktionsfeld so mit Solarstrom versorgt; Bild: Mercedes-Benz Group AG

Smart Grid

Nun braucht man auch für die Produktion von Autos eine ganze Menge Strom. Die Roboter in der Fabrik betrifft das vor allem im Karosseriebau. Die Mercedes-Benz Group AG möchte deshalb in Zukunft mit einem sogenannten „Smart Grid“ arbeiten. Das ist ein schlaues und umweltfreundliches Energienetz. Zum Test wurden im Mercedes-Benz-Werk in Sindelfingen eine Produktionsanlage mit Robotern und eine Photovoltaikanlage gebaut, die Solarstrom an die Produktionsanlage liefert. Mithilfe digitaler Messtechnik wird in der Fabrik ermittelt, wie viel Energie von welchem Roboter benötigt wird. Energie, die gerade nicht gebraucht wird, soll vom System gespeichert werden, damit sie zu einem anderen Zeitpunkt wieder verwendet werden kann.

Über die Stromleitungen in der Luft läuft Wechselstrom

Von Wechselstrom zu Gleichstrom

Außerdem werden die Roboter durch die Solarenergie nicht mehr mit Wechselstrom, sondern mit Gleichstrom versorgt. Gleichstrom ist elektrischer Strom, der im Gegensatz  zu Wechselstrom in die gleiche Richtung fließt und Energie spart.

Der Strom aus deiner Steckdose Zuhause ist normalerweise Wechselstrom. Haushaltsgeräte wie Wasserkocher benötigen aber Gleichstrom und wandeln den Strom aus der Steckdose wieder um. Warum so umständlich? Ganz einfach: Um elektrische Energie über große Entfernungen zu übertragen (also vom Kraftwerk in die Haushalte) brauch es eine hohe Spannung. Bei einer zu geringen Spannung geht zu viel der Energie verloren. Wechselstrom kann man in der Spannung „hochtransformieren“, Gleichstrom nicht. Deshalb kommt aus den Kraftwerken immer Wechselstrom.

Warum muss man Strom sparen?
Die Testzelle in Sindelfingen ist in Betrieb; Bild: Mercedes-Benz Group AG

Die Mercedes-Benz Group AG will nun mit dem Smart Grid alle Roboter mit Gleichstrom aus Solarenergie versorgen. Gleichzeitig ist die Produktionsanlage aber noch an das Wechselstromnetz angeschlossen. Das ist als Reservequelle für den Notfall gedacht – falls der Solarstrom mal knapp wird. Das Projekt in Sindelfingen ist für den Autobauer ein weiterer Schritt zu einer umweltfreundlichen Energieversorgung in der Produktion. Die Roboter in Sindelfingen arbeiten schon mit Solarenergie und stellen Bauteile für die Autos her.

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Juni 2017

Beitragsbild: Mercedes-Benz Group AG

 

Die Schlechten ins Kröpfchen

Erinnert ihr euch noch an das Märchen von Aschenputtel? Dabei musste Aschenputtel Linsen lesen. Die schlechten wurden von ihr aussortiert und die guten ins Töpfchen geworfen. Genau dasselbe passiert auch bei der Energieversorgung. Anstatt Linsen sollen nach und nach umweltschädigende Energiequellen aussortiert werden. Die meiste Energie wird heute noch aus fossilen Brennstoffen, wie Erdöl, Kohle oder Gas gewonnen, aber das soll sich ändern. Fossile Brennstoffe sind zwar nicht so gefährlich, wie beispielsweise die Kernenergie aus den Atomkraftwerken. Aber sie schaden trotzdem unserer Umwelt. Durch ihre Verbrennung wird  Kohlenstoffdioxid – kurz CO2 – ausgestoßen. Das ist ein unsichtbares Gas, das schlecht für unsere Erde ist und die Klimaerwärmung fördert.

Die Guten ins Töpfchen

Um den CO2-Ausstoß zu verringern, geht der Trend heute zu erneuerbaren Energien. Sie sind umweltschonend und stehen uns nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Die alte Form der Energiegewinnung soll durch die neue Form immer mehr ausgelesen werden. Man spricht dabei von der Energiewende. Die fünf Superhelden, die die Wende möglich machen, heißen: Sonne, Wasser, Wind, Umweltwärme und Bioenergie. Damit die Energiewende gelingt, sind alle fünf Helden gleichermaßen wichtig.

Energie von Superhelden

Du findest es schön, wenn draußen die Sonne scheint? Meistens ist es dann auch warm und hell. Die Sonnenstrahlen machen aber nicht nur dich glücklich, sondern auch die Umwelt. Mit ihrer Energie kann die Sonne Wasser erwärmen und über Photovoltaikanlagen Strom erzeugen.

Photovoltaikanlage
Gut für die Umwelt: Sonnenenergie

Dass Wasser sehr viel Wucht hat, merkst du, wenn du im Fluss stehst und die Strömung sehr stark ist. Mit dieser Kraft können auch Kraftwerke betrieben und so Strom erzeugt werden.

Staudamm Wasserkraftwerk
Durch Staudämme wird Wasserkraft in Energie umgewandelt

Wenn draußen der Wind pfeift, ist das oft nicht so angenehm. Vielleicht musst du dann gegen ihn ankämpfen, wenn du auf dem Weg zur Schule bist. Aber er hat auch seine guten Seiten: Durch Windkraftanlagen kann Energie erzeugt werden. Und das ist klasse für die Umwelt.

Windenergie
An stürmischen Tagen haben sie viel Arbeit: Windräder

Kannst du dir vorstellen, dass in dem Boden unserer Erde enorm viel Energie steckt? Die Erde hat in ihrem Inneren eine Temperatur von über 1.000 Grad. Wir müssen sie nur nutzen. Die Eigenwärme der Erde wird in Geothermiekraftwerken gewonnen.

Erdwärme, Geothermie
Kaum zu glauben: Im Boden ist ganz schön viel Energie versteckt

Auch die Bioenergie ist eine von fünf Superhelden. Pflanzliche und tierische Abfälle werden dafür in Biogasanlagen verbrannt und dadurch in Energie umgewandelt.

Biogasanlage
Die Biogasanlage produziert Strom aus pflanzlichen und tierischen Abfällen

Danke Sonnenenergie

Auch die Mercedes-Benz Group AG nutzt einen Superhelden um Strom zu gewinnen: Die Sonne. Auf dem Dach der neuen Logistikhalle in Germersheim wurde im Sommer 2016 eine riesige Photovoltaikanlage in Betrieb genommen. Mit einer Größe von 15.000 Quadratmetern ist die Anlage so groß wie etwa zwei Fußballfelder. Damit spart Mercedes-Benz jährlich 755 Kilogramm CO2 ein.

Erneuerbare Energien am Mercedes-Benz After-Sales Standort
So groß wie zwei Fußballfelder: die Photovoltaikanlage der Mercedes-Benz-Logistikhalle / Foto: Mercedes-Benz

In der Autoproduktion werden erneuerbare Energien zurzeit gründlich erforscht und immer wichtiger. Denn Autos, die mit Strom statt Benzin fahren, werden in Zukunft immer wichtiger.

Energiesparen ist für die Umwelt wichtig – du kannst helfen:

Um Energie zu sparen kannst auch du deinen Beitrag leisten. Hier ein paar Tipps, die du sofort umsetzen kannst:

  • Akkus nutzen, die du immer wieder aufladen kannst, anstelle von Batterien.
  • Deine elektronischen Geräte ganz ausschalten, denn im Standby-Modus verbrauchen sie Strom.
  • Kurz duschen gehen, anstatt zu lange zu baden. Dadurch sparst du viel Wasser.
  • Deine Brötchen lieber auf dem Toaster aufwärmen, anstatt im Backofen.
  • Das Licht in deinem Zimmer ausschalten, wenn niemand drin ist.

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Februar 2017

 

Riesiges Potential

Solarstraßen
In Zukunft sollen Solarzellen nicht mehr nur auf Dächern zu finden sein

Die Grundidee klingt eigentlich erstmal ziemlich unkompliziert: Man baut Solarzellen, die du bestimmt von vielen Hausdächern kennst, einfach in Straßen ein. Das wären kilometerweite Strecken, die in vielen Fällen sogar direkt der Sonne ausgesetzt sind. Würde man beispielsweise in den Amerika alle vorhandenen Straßen durch Solarzellen ersetzen, könnte man allein dadurch drei Mal so viel Strom erzeugen, wie aktuell im Land verbraucht wird. Auch in Deutschland gibt es insgesamt etwa 18.000 Quadratkilometer an Straßen und anderen Verkehrsflächen, die fast fünf Prozent der Gesamtfläche der Bundesrepublik ausmacht. Entsprechend viel Energie könnte also auch hier erzeugt werden.

Mosaik aus Solarzellen

Solarstraße
Das amerikanische Tüftler-Paar Brusaw hat bereits einen Parkplatz mit ihren eigenen Solarmodulen ausgestattet /Bild: Solar Roadways

Bei den Solarstraßen soll die Technik von ganz normalen Solarzellen übertragen werden. Dabei treffen die unzähligen winzigen Energieträger im Sonnenlicht auf eine Zelle aus Silizium und werden durch mehrere Schichten in Strom umgewandelt. Um diese Technologie nun straßentauglich zu machen, gibt es verschiedene Ansätze.

Ein Ansatz stammt von einem Ehepaar aus den USA, das bereits über eine Millionen Dollar an Fördergeldern für die Entwicklung gewinnen konnte. Bei ihren Einzelmodulen in Form von Sechsecken besteht die Oberfläche aus einer Art Glas, das so hart wie Stahl, aber gleichzeitig nicht glatt ist – für die Verwendung im Straßenbau eine enorm wichtige Eigenschaft. Direkt darunter befinden sich die eigentlichen Solarzellen sowie LED-Leuchten und eine Heizung. Darunter folgt eine weitere Schicht, die alles kontrolliert und auch mit den anderen Modulen kommunizieren kann. Die unterste Schicht ist schließlich dafür zuständig, den gewonnenen Strom weiterzuleiten – an Häuser oder Ladesäulen für Elektroautos. Die einzelnen Module lassen sich zu einem kompletten Straßennetz verknüpfen.

Verschiedene Ansätze

Solarstraße
In Frankreich werden bereits Straßen mit besonders dünnen Solarzellen bedeckt /Bild: Wattway, COLAS, Joachim Bertrand

Die Alleskönner aus den USA könnten natürlich alle deine Vorstellungen wahr machen und würden sogar komplett als Asphaltersatz dienen. Doch die Technik ist kompliziert und der Preis hoch. Daher existiert bislang nur ein Parkplatz, der mit den Solarmodulen als Pilotprojekt ausgestattet wurde.

Einen Schritt weiter ist man in Frankreich. Dort wird bereits die erste Solarstraße gebaut – allerdings unter der Verwendung einer deutlich einfacheren Technik. Die Module bestehen hier nur aus den Solarzellen und sind so dünn, dass sie direkt auf den Straßenbelag aufgebracht werden können. Bis 2020 sollen eintausend Straßenkilometer mit ihnen bedeckt werden. Auch in Deutschland arbeitet man bereits an einer eigenen Technologie für Solarstraßen: Die Hochschule Aachen steckt mitten in der Entwicklung eines Prototyps. Ihr Modell orientiert sich jedoch eher an dem der Amerikaner.

SONNIGE AUSSICHTEN?

Die Erfindung der Solarstraße existiert also bereits. Doch noch gibt es einige Herausforderungen zu bewältigen. Vor allem der Aufwand und die extrem hohen Kosten für eine wirklich flächendeckende Verwendung ist den Experten aktuell noch ein Dorn im Auge – auch weil auf vielen Straßen vermutlich gar nicht so viel Strom gewonnen werden kann. Vor allem Autobahnen sind die meiste Zeit von Autos bedeckt. Somit ist die Sonneneinstrahlung entsprechend gering. Daher macht der Einsatz der Module auf weniger befahrenen Landstraßen oder Parkplätzen aktuell mehr Sinn.

Letztlich wird man dem Projekt jedoch ein bisschen Zeit geben müssen. Sind die ersten Pilotprojekte erfolgreich, könnte der Ausbau schon schnell zu einem Selbstläufer werden. Wenn wir zurückdenken, waren auch Solaranlagen mal ein Experiment. Heute sind sie ein wichtiger Energielieferant. In Form von Straßen könnten sie vielleicht schon bald einen extrem positiven Einfluss auf unsere gesamte Umwelt haben.

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: August 2016

Beitragsbild: Solar Roadways