Vor- und Nachteile verschiedener Energieträger (F24) Thema 4/2000

By Kristin Keller, Sabrina Quast, Andrea Wachten, Merian-Schule, Freiburg, GERMANY, 2000

Contribution to the EDUVINET "Living conditions of EU citizen" subject

GLIEDERUNG


1. Einleitung

2. Unterscheidung fossiler, nuklearer und erneuerbarer Energieträger

3. Vor- und Nachteile von Energieträgern
3.1 Fossile Energieträger
3.1.1 Kohle
3.1.2 Erdöl
3.1.3 Erdgas
3.2.1 Nukleare Energieträger
3.3 Kernenergie
3.3.1 Erneuerbare Energieträger
3.3.2 Sonnenenergie
3.3.2 Wasserkraft
3.3.3 Windenergie

Energie ist die Grundlage des Lebens. Wir brauchen sie, um zu wachsen, zu arbeiten, uns fortzubewegen und weiterzuentwickeln. Ohne Energie wäre unsere Erde ein toter Planet. Oft wird heute die Frage gestellt: Welche Energiequelle ist die sauberste, die dauerhafteste, die Energiequelle der Zukunft? Wahrscheinlich gibt es darauf keine einzige, ausschließliche Antwort. Es gibt nur Teillösungen. Wir können nicht überall auf der Erde Sonnenkraftwerke oder an jeder Küste ein Gezeiten- oder Wellenkraftwerk bauen. Es kommt auf die klimatischen Bedingungen an. Für jedes Dorf, für jede Stadt, in jedem Land- ob in der Wüste oder auf einer kleinen Insel mitten im Meer- muß eine individuelle, eine maßgeschneiderte Lösung der Energieprobleme gefunden werden.

2. Unterscheidung fossiler, nuklearer und erneuerbarer Energieträger

Man unterscheidet drei große Gruppen von Energieträgern, die uns zur Deckung unseres Energiebedarfs, also zur Stromerzeugung zur Verfügung stehen. Man differenziert zwischen fossilen, nuklearen und regenerativen Energien. Zu den fossilen Brennstoffen zählen Kohle, Erdöl und Erdgas, die vor Jahrmillionen aus abgestorbenen Tier- und Pflanzenresten entstanden sind. Werden diese Brennstoffe verfeuert, sind sie unwiederbringlich verloren, und daß, obwohl wir sie für viel wichtigere Dinge nutzen könnten. Die beiden nuklearen Brennstoffe sind Uran und Plutonium. Bei Uran handelt es sich um ein radioaktives Schwermetall, das auf der Erde zu Genüge vorkommt. Das radioaktive Element Plutonium wird entweder künstlich erzeugt oder entsteht als Abfallprodukt bei der Wiederaufbereitung von Uran. Weder Uran noch Plutonium stellt für die Menschheit sonst keinerlei Wert dar, so daß sie ohne Ausnahme zur Stromerzeugung genutzt werden können. Unter den regenerativen Energien versteht man Energieformen, die sich selbst wieder erneuern, bzw. die unbegrenzt zur Verfügung stehen. Dazu zählt man die Sonnenenergie, die Wasserkraft und die Windkraft.

3. Vor- und Nachteile von Energieträgern

3.1 Fossile Energieträger

3.1.1 Kohle

Kohle ist ein wichtiger Energieträger und besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff. Je nach Art der Kohle liegt dieser Anteil zwischen 40 und 90%.Man unterscheidet die etwa 250 Millionen Jahre alte Steinkohle und die etwa 50 Millionen Jahre alte Braunkohle.

Braunkohle:

Braunkohle ist eine Kohleart die noch sehr viel Feuchtigkeit enthält und sich gewöhnlich dicht unter der Erdoberfläche befindet. Dort wurde sie nicht so starkem Druck ausgesetzt wie andere Kohlearten. Wesentliche Bedeutung hat die Braunkohle als Brennstoff in der Elekrizitätserzeugung , zum Teil auch als Hausbrand, als Rohstoff spielt sie ansonsten kaum eine Rolle. Große Braunkohle-Vorkommen gibt es in Europa (besonders in Deutschland; Polen und der Tschechoslowakei) und in Australien.

Vorteile:

• Aufgrund ihrer Lage dicht unter der Erdoberfläche läßt sie sich leicht und billig abbauen.

Nachteile:

• Da sie einen sehr hohen Schwefelgehalt hat, läßt sie sich nicht so sauber verbrennen und trägt dadurch erheblich zur Umweltverschmutzung bei.
• Der Kohlenabbau im Tagebau greift tief in das Leben der Bewohner dieses Gebietes ein. Die Kohleflöze dehnen sich über viele Quadratkilometer aus, wo Dörfer, Straßen und Höfe liegen. Sie müssen dem langsam vorrückenden Tagebau weichen.
• Wegen ihrer bröseligen Beschaffenheit so wie des hohen Wassergehalts und auf Grund des immer ungünstiger werdenden Verhältnisses von Abraum zu Braunkohle fallen die Transportkosten immer stärker ins Gewicht, so daß rohe Braunkohle nur in ortsnahen Kraftwerken verfeuert wird.
• Braunkohle hat einen bedeutend niedrigeren Brennwert als Steinkohle

Steinkohle:

Steinkohle ist schwarz. Sie ist unter größerem Druck entstanden als Braunkohle, ist härter und enthält weniger Feuchtigkeit. Außerdem liegt sie viel tiefer unter der Erde und hat einen höheren Kohlenstoffgehalt als Braunkohle. Steinkohle ist die am häufigsten vorkommende Kohleart und in vielen Ländern der Welt zu finden.

Vorteile:

• Die Steinkohle ist ein wichtiger Energieträger neben der Atomkraft in Deutschland. Sie macht uns wenigstens teilweise unabhängig von den ölfördernden Nationen wie z.B. den Ländern der OPEC.
• Unsere Steinkohle ist weniger risikoreich als die Atomenergie, denn durch immer neue Verfahren, wie z.B. die Wirbelschichtfeuerung, wird die Kohle zunehmend umweltfreundlicher eingesetzt. Sie ist sauberer und verbrennt bei höheren Temperaturen.
• Die Steinkohle sichert Arbeitsplätze. Sollte die Steinkohlenförderung aufgegeben werden, würden ganze Regionen, vor allem das Ruhrgebiet, betroffen sein. Nicht nur die Bergleute und die über Tage Beschäftigten wären arbeitslos, sondern auch viele Zubringerindustrien. Aber auch kohleunabhängige Betriebe müßten Einbußen hinnehmen.

Nachteile:

• Der Abbau der deutschen Steinkohle ist im Vergleich zur Förderung weltweit aufwendig und teuer. Der besondere Aufwand ist erforderlich, weil die deutsche Kohle in großer Tiefe liegt und von einem nach Norden hin immer mächtiger werdenden Deckgebierge überlagert ist. Der Abbau der Steinkohle ist teurer als in den großen anderen steinkohlefördernden Ländern, wie z.B. Australien, Südafrika, da die Lohnkosten in Deutschland sehr hoch sind und weit höher als in anderen kohlefördernden Nationen liegen.
• Trotz der Weiterentwicklung der Bergbautechnik birgt die Kohleförderung für die Bergarbeiter auch heute noch Gefahren wie Streckeneinbrüche, Wassereinbrüche oder Gasexplosionen.
  Bleibt die Frage, wie attraktiv es in Zukunft für Arbeiter sein wird, Steinkohle in 2000 m Tiefe und bei -40°C zu fördern.

Die Kohle reicht noch für 250-500 Jahre. Für unsere Maßstäbe scheint das noch ein relativ langer Zeitraum zu sein.


3.1.2 Erdöl

Wenn das Erdöl aus den Tiefen der Erdkruste zutage gefördert wird, ist es eine schwarze, dickflüssige, schmutzige Flüssigkeit, die stinkt und heiß ist. Sie muß erst gereinigt werden, bevor das Rohöl weiterverarbeitet werden kann- zu Heizöl, Benzin, Kerosin und Dieselöl. In diesen verschiedenen Formen deckt es fast die Hälfte unseres gesamten Energiebedarfs. Aber es ist nicht nur Energielieferant, sondern auch Rohstoff für die Herstellung von Medikamenten; Kunststoffen; Kunstfasern, Pflanzenschutzmitteln; Reinigungsmitteln; Kunstdüngern und sogar Nahrungsmitteln. Ohne Erdöl gebe es viele Dinge nicht; die uns in unserem täglichen Leben selbstverständlich geworden sind.

Vorteile:

• Öl liefert uns eine Anzahl unterschiedlicher Kraftstoffe; von denen jeder für die moderne Zivilisation von Bedeutung ist.
• Öl ist im Vergleich zur Kohle ein besserer und wirkungsvollerer Brennstoff, da es bei höheren Temperaturen verbrennt. Man braucht weniger Öl als Kohle, um die selbe Hitze zu erzeugen.
• Öl ist außerdem ein bequemerer Brennstoff als Kohle. Wenn wegen des höheren Wirkungsgrades des Öls geringere Mengen gebraucht werden, muß auch weniger Öl transportiert werden.
• Zudem verursacht Öl eine geringere Luftverschmutzung als Kohle, da es sauberer verbrennt.

Nachteile:

• Die Erdölvorräte unserer Erde sind begrenzt und sie können nicht erneuert werden. Sie werden also in absehbarer Zeit erschöpft sein.
• Die Erdölförderländer sind enorm reich und mächtig geworden; sie können die Preise bestimmen und die Fördermengen festlegen. Auf diese Weise üben sie einen großen Einfluß auf Wirtschaft und Politik aus.
• Es sind sehr umfangreiche und kostspielig Untersuchungen notwendig, um neue Ölquellen aufzuspüren. Selbst auf Ölfeldern, auf denen bereits gebohrt wird, können sich vier von fünf Bohrlöchern als trocken erweisen.
• Verwerfungen und Schichten aus nichtbohrbarem Gestein verursachen weit schwierigere Probleme als die Tiefe.
• Es kommt immer wieder zu Öltankenunfällen, bei denen Tausende von Tonnen Öl ins Meer fließen. Auch Raffinerien verursachen große Probleme. Durch die Entschwefelung des Öls gelangt gefährliches Schwefeldioxid in die Atmosphäre. Zudem werden Flüsse und Seen von den Abwässern der Raffinerien geschädigt.

3.1.3 Erdgas

In jüngerer Zeit ist Erdgas als wichtiger Brennstoff hinzugekommen, der in vielen Ländern der Welt über Rohrleitungen unmittelbar für den Haushaltsgebrauch in die Hauser geleitet wird. Erdgas wird oft in Verbindung mit Erdöl gefunden, kommt jedoch auch in getrennten Lagerstätten vor. Die meisten Gase sind durch die selben Prozesse entstanden wie das Öl.

Vorteile:

• Weil Gas ein hohen Wirkungsgrad hat, weil es ohne Rückstände verbrennt und jederzeit an-und ausgestellt werden kann, wird es immer mehr Kohle und Erdöl vorgezogen. Es gilt als umweltfreundlicher, "sauberer" Brennstoff der Zukunft. Es kann für viele Zwecke eingesetzt werden und ist ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung vieler Produkte.

Nachteile:

• Bevor Gas transportiert werden kann, muß sein Volumen durch Kompression und Kühlung reduziert werden.
• Es besteht die Gefahr der Gasexplosion.

3.2 Nukleare Brennstoffe

Die Kernenergie beruht darauf, daß auch kleinste Teilchen, wie Atome Energie haben, in diesem Falle kinetische Energie und Bindungsenergie. Diese Energien könnte man theoretisch nutzbar machen, genau das passiert auch in einem Atomkraftwerk. Bei dem entscheidenden Prozeß der Kernspaltung werden schwere Atomkerne, wie z. B. das häufig verwendete Uranisotop 295 in leichtere Atomkerne gespalten. Dabei wird Bindungsenergie frei.

Vorteile:

• Kernbrennstoff (Uran) steht ausreichend zur Verfügung.
• Kernkraftwerke sind bei störungsfreiem Betrieb wesentlich umweltschonender als normale Kraftwerke.

Nachteile:

• Obwohl Kernkraftwerke nur geringe Brennstoffmengen benötigen, sind die Betriebskosten sehr hoch. Daher ist die Elektrizitätsgewinnung auf diesem Wege nicht so billig wie ursprünglich angenommen.
• Die in einem Kernkraftwerk entstehenden, z.T. stark radioaktiven Stoffe dürfen unter keinen Umständen in die Umwelt gelangen. Gefahr geht aber eigentlich nur noch von Staaten aus, in denen der Sicherheitsstandard noch nicht so hoch angesetzt ist wie in Deutschland, wie z. B. in der Ukraine (Tschernobyl) oder in Japan , wo immer wieder Zwischenfälle bekannt werden.
• Kraftwerke können noch zu anderen Umweltproblemen führen. Wie andere Kraftwerke brauchen auch Kernkraftwerke große Wassermengen für die Kühlung und bei der Dampferzeugung. Das nicht gebrauchte, aufgewärmte Wasser wird in Seen und Flüsse zurückgeleitet und zerstört das empfindliche biologische Gleichgewicht im Wasser.
• Reines Uran findet man nur selten. Außerdem muß es durch verschiedene Verfahren angereichert werden , um eine "kernkraftwerktaugliche" Urankonzentration zu erreichen.
• Wenn man den gesamten Brennstoffkreislauf, die Kosten für Aufbereitung, Transport und Endlagerung betrachtet, entsteht der Eindruck, daß die Kernenergie unbezahlbar ist.

3.3 Erneuerbare Energiequellen

3.3.1 Die Sonnenenergie

Woran Wissenschaftler heute angesichts der immer knapper werdenden Energievorräten fieberhaft arbeiten, hat die Natur schon vor Millionen von Jahren entwickelt: Die Nutzung und Speicherung der Sonnenenergie. Die Sonne versorgt die Erde jährlich mit einer Energiemenge in Form von Strahlung, die das in allen heute bekannten und vermuteten Vorräten an Öl, Kohle und Gas gespeicherte Energiepotenzial um das Zehnfache übersteigt. Die Energie der Sonne ist die notwendige Voraussetzung für das Wachstum der Bäume und den Kreislauf des Lebens im Ökosystem des Waldes.

Vorteile:

• Die Sonnenenergie ist ein "politisch sicherer" Energieträger, da Kontrollen oder Eingriffe von außen (z.B. des Auslandes) in das Sonnenenenergieangebot in der BRD nicht möglich sind.
• Versorgungskrisen durch einen möglichen Ausfall von Sonnenenergie scheiden aus.
• Die Nutzung der Sonnenenergie verringert den Verbrauch fossiler Energierohstoffe.
• Durch ihre Nutzung werden keine Stoffe an die Umwelt abgegeben (Emission), die den Wald und unsere Gesundheit schädigen und weltweit eine Gefahr für unser Klima bedeuten. Es gibt also keine Entsorgungsprobleme, wie z.B.bei der Urannutzung.
• Die Sonnenenergie ist gratis. Die Investition zur Installierung der Anlagen bleibt hauptsächlich in Deutschland und geht nicht ins Ausland.

Nachteile:

• Die Sonne scheint im Sommer am stärksten, ausgerechnet dann, wenn wir am wenigsten Wärme benötigen. Im Winter dagegen ist Sonnenwärme knapp.
• Sonnenwärme läßt sich nur schlecht speichern. Sie kann sich durch alle Isolationen hindurch verflüchtigen.
• Sonnenenergie ist Wetterabhängig. Bei starker Bewölkung, Regen und dichtem Nebel kann mit den Kollektoren fast keine Wärme aufgefangen werden.
• Sonnenernergie liegt nicht in konzentrierter Form vor nur in stark verdünnter Form. Deshalb benötigt man relativ großflächige Einrichtungen um die Energie zu sammeln.
• Will man die Sonnenenergie zur Raumheizung verwenden, benötigt man neben großer Kollektorfläche noch eine Heizung, um während der kältesten Tage im Winter den Wärmebedarf zu gewährleisten.

3.3.2 Die Wasserkraft

Wasserkraft bezieht ihre Energie aus dem natürlichen Kreislauf des Wassers, der durch Verdunstung, Regen und Abfließen entsteht. Dieser Kreislauf wird von der Sonne aufrechterhalten. Wasserkraft ist regenerative Sonnenenergie. Weltweit liefern Wasserkraftanlagen etwa 20% des Stroms.

Vorteile:

• Wasserkraft ist eine umweltfreundliche Energiequelle. Ihre Nutzung belastet keine Gewässer, sondern bereichert sie vielmehr mit Sauerstoff. Auch erspart sie der Umwelt 20 Millionen Tonnen CO2, neben der Abwärme und anderen Schadstoffen.
• Wasserwerke sind wegen ihrer einfachen Konstruktion, des geringen Wartungsaufwands und der langen Lebensdauer für den Einsatz im kleinen Maßstab besonders gut geeignet.
• Die Energie der Wasserwerke kann auch direkt als Bewegungsenergie zum Antrieb von Sägewerken, Getreidemühlen, Wasserpumpen und Wärmepumpen genutzt werden.
• Durch vieljährige Erfahrung anderer Länder weiß man, daß Wasserkraftanlagen mittlerweile, wenn sie dezentral eingesetzt werden, effektive Stromerzeuger sind. Die Verteilungskosten sind geringer und eine große Versorgungssicherheit ist gewährleistet.

Nachteile:

• Während der Wasserfverbrauch stetig steigt, werden unsere Wasservorräte immer knapper. Auch die Nutzung der Wasserkraft muß ihre Grenzen haben, nicht alle Flüsse dürfen zugepflastert werden. Die Landschaft ist mittlerweile ein teures, unwiederbringliches Gut geworden. So gesehen kann die Erzeugung von Strom aus Wasserkraft eine teure Angelegenheit werden.
• Die Wasserkraft ist hauptsächlich abhängig von den örtlichen Gegebenheiten, wie z.B. große Seen oder Flüsse. Auch können riesige Stauseen nicht überall gebaut werden, sind sie teilweise sogar als ökologisch bedenklich einzuschätzen. Ebenso müssen durch große Stauseen, wie den Hoover-Damm, viele Bauern umgesiedelt werden.
• Für jedes Wasserkraftwerk muß zusätzlich ein kalorisches Kraftwerk gebaut werden, denn im Winter ist die Wasserkraft nur bedingt einsetzbar.

3.3.3 Die Kraft des Windes

Vermutlich ebenso lange wie die Energie der Sonne nutzt der Mensch die Energie des Windes, die letztlich auch auf die Sonnenenergie zurückzuführen ist. Denn Wind entsteht, wenn sich ein Teil der Erdatmosphäre erwärmt, die warme Luft an dieser Stelle aufsteigt und kältere Luft von einem anderen Teil der Erde nachströmt.

Vorteile:

• Keine Form der Energiegewinnung braucht so wenig Platz wie die Windenergie. Die tatsächlich verbrauchte Fläche durch Windkraftanlagen ist minimal und liegt bei unter 1% der für Windanlagen ausgewiesenen Fläche.
• Die Windkraft ist billig und reichlich vorhanden, sauber und erneuerbar.

Nachteile:

• Der Wind ist keine zuverlässige Energiequelle. Er ist nicht immer am richtigen Ort in der richtigen Stärke vorhanden. Der Erfahrung nach bläst er relativ regelmäßig in Küstennähe und auf Bergen und genau dort ist es schwer, die Industrie anzusiedeln, um Energie zu gewinnen. Das Relief von Deutschland hat aber weder ausgedehnte Küstengebiete, noch sehr viele Berge, was dazu führt, daß die Subventionen des Staates immer mehr an der Windenergie vorbeifließen.
• Auch reicht der Wind alleine nicht aus, er muß auch das ganze Jahr über gleichmäßig verteilt mit relativ konstanten Windgeschwindigkeiten wehen.
• Wind läßt sich nicht speichern, also muß er direkt dort in transportfähigen elektrischen Strom umgewandelt werden, wo er aufkommt.
• Gewaltige Windernergieanlagen werden heute als Versuchskraftwerke gebaut, doch trozt ihrer Größe könnten sie keine ganze Stadt mit Strom versorgen. Man bräuchte tausend dieser Anlagen, um die gleiche Leistung wie ein modernes Kraftwerk zu erzeugen.

Literaturverzeichnis:

Für das vorliegende Referat herangezogene und zitierte Literatur:

- Paetec: Energiequellen, Energieversorgung der Menschheit
- Wolfgang Mann-Verlag: Mittendrin-Energie-verwenden statt verschwenden
- Herder: Brennpunkt Energie
- Tessloff: Antwortbuch der Energie
- N.Arley, H.Skov: Atomkraft-Eine Einfürhrung in die Probleme des Atomzeitalters
- Noack, Hans-Georg: Wie ist das? - Kraft und Energie