Technologietrends und Innovationen

Pflanzen als Energieträger?

Welche Trends bestimmen die Energiewirtschaft der nächsten Jahrzehnte? Experten sind sich einig: Künftig geht es um Energiespeicher, Biogas, Magnetspeicher oder – möglicherweise – um Photosynthese. Doch wo liegen die Chancen, wo die Risiken?

JWS, Fotolia.com

Stromleitungen Für eine sichere und umweltfreundliche Energieversorgung
  • Von: Michael Weisbrodt
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Damit und mit anderen Fragen setzt sich die IG-BCE-Broschüre „Technologietrends und Innovationen: Energiewirtschaft“ (siehe Download) auseinander. In ihr bekennt sich der IG-BCE-Vorsitzende Michael Vassiliadis ausdrücklich „zum Ausstieg aus der Kernenergie und zum Umstieg in ein Zeitalter regenerativer Energien“.

Zugleich fordert er aber, dass dieser Umstieg nicht einseitig auf Kosten der Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer gehen darf und verweist auf in Deutschland entwickelte Energie- und Energieeffizienz-Technologien. Sie könnten gerade in Übergangszeiten hilfreich sein, in denen Kohle- und Gaskraftwerke weltweit noch eine wichtige Rolle spielen. Diese Technologien könnten helfen, „den Schadstoffausstoß in Schwellenländern wie China und Indien zu begrenzen“.

Experten sind sich uneinig

Welche technischen Entwicklungen die Energiewirtschaft der Zukunft bestimmen, ist schwer vorauszusagen. Dafür gibt es eine Reihe von Gründen: Technologisch ist völlig unklar, welche Erfindungen und Entwicklungen das Jahr 2030 oder gar 2050 prägen. Dazu nur ein Beispiel: Im Juli 2011 stellte das Forschungsinstitut Caltec im kalifornischen Pasadena das Erscheinungsbild der heutigen Windfarmen generell in Frage. Auf die großen Abstände, in denen Windrotoren heute über weite Landschaften das Bild prägen, könne man getrost verzichten, so die Aussage. Laut Institut sei es möglich, die Energieausbeute je Flächeneinheit zu verzehnfachen, ohne dass sich die Windrotoren gegenseitig behinderten. Der Chemieprofessor Ferdi Schüth, Direktor des Max-Planck-Instituts für Kohleforschung in Mülheim/Ruhr, bringt es auf den Punkt: Die Energieforschung müsse sich auf noch viele Überraschungen einstellen.

Und zwar auf nicht nur positive: So klafft beispielsweise eine deutliche Lücke zwischen den Energieprognosen der Bundesregierung und den Vorhersagen, die ein von ihr eingesetztes Forschungsgremium veröffentlicht hat. Die Experten halten es in ihren „Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien“ für möglich, dass Deutschland seinen Stromverbrauch bis zum Jahr 2050 um etwa 12 Prozent vermindert. Diese Zahl stammt vom Frühjahr 2011. Nur wenige Monate später (Juni 2011) geht die Bundesregierung davon aus, dass die Bundesrepublik ihren Stromverbrauch bis 2050 sogar um ein Viertel reduzieren könne.

Smart Grid – das intelligente Stromnetz

Der IG-BCE-Technologiereport „Der große Sprung nach vorne“ (siehe Download) skizziert, wie das Energienetz der Zukunft aussehen könnte. Das Schlagwort heißt „Smart Grid“ (schlaues Stromnetz). Es soll den Strom der vielen kleinen und großen künftigen Energielieferanten zusammenkoppeln. Konkret: Egal, ob in Afrika oder Südeuropa erzeugter Solarstrom, in der Nordsee produzierte Windenergie, Strom aus konventionellen Kohlekraftwerken oder Kraft-Wärme-Anlagen in Privathaushalten: Das Netz der Zukunft soll ein gewaltiges, stets lieferbereites Ganzes bilden.

Allerdings unterliegt gerade die Energieausbeute von Sonne und Wind erheblichen Schwankungen. Tag und Nacht, Sommer und Winter, Regen und Trockenheit, Sturm und Flaute sorgen dafür, dass sich die Zeiten von Energieherstellung und Energieverbrauch stark unterscheiden. Entscheidend wird also sein, eine tragfähige, langfristige Lösung zu finden, wie der regenerativ erzeugte Strom speicherbar ist. Deshalb dürften in einigen Jahrzehnten große fabrikartige Energiespeicheranlagen das Landschaftsbild prägen.

Methan als Energiespeicher?

Die zwar durchaus hocheffizienten Lithium-Ionen-Batterien dürften wohl keine Entlastung bringen. Denn sie liefern pro Kubikzentimeter nur ein Bruchteil der Energie, die beispielsweise das gleiche Raumvolumen an Benzin speichern kann. Der Chemiker Ferdi Schüth geht davon aus, dass diese Aufgabe in den Industrieländern vor allem das Methan übernehmen kann. Dieses Gas ist Hauptbestandteil des Erdgases und steht nach seiner Auffassung nicht nur als fossiler Energieträger, sondern ebenso als erneuerbarer Energieträger (hergestellt aus Biomasse) zur Verfügung.

Die Nutzung von Biomasse verlangt jedoch besonderes Augenmaß. Der beschleunigte Ausbau dieser Energiequelle kann nämlich selbst zu Problemen führen. Zwar stimmt es, dass nachwachsende Rohstoffe wie Holz, Getreide, Gras und Algen die Atmosphäre vom Klimagas CO2 entlasten. Jedoch gibt es Warnungen, die Chemiker an die Klimaexperten herantragen: Transport- und Umwandlungsprozesse setzen bei nachwachsenden Rohstoffen zusätzliches CO2 frei. Das könnte im Ergebnis dazu führen, so ein Wissenschaftler auf einem Chemikerkongress im Frühjahr 2011, dass per Saldo „überhaupt kein Kohlenstoffdioxid eingespart wird“.

Industriell nutzbare Photosynthese

Die größte Hoffnung für eine klimaschonende künftige Energie liegt deshalb darin, den Prozess zu kopieren, mit dem die Natur selbst Energie gewinnt, sprich: Bei der Photosynthese anzusetzen. Mit diesem bis heute von den Menschen noch nicht ganz verstandenen Prozess verarbeiten Pflanzen und Algen die zwei Grundstoffe Wasser und Kohlenstoffdioxid. Daraus erzeugen sie allein mit Hilfe des Sonnenlichts energiereiche Zuckerverbindungen und bauen damit lebendige Zellen, Blätter, Stämme und Wurzeln.

Das Max-Planck-Institut in Mülheim an der Ruhr forscht an den Grundlagen dieses Prozesses und hofft, dass die Menschen ihn eines Tages zumindest annähernd kopieren können. Das wäre der „Schlüssel zur Verwirklichung des Traums von einer Brennstoff-Produktion mit den billigsten und saubersten zur Verfügung stehenden Primärstoffen: Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht“.

Bislang aber kommt die Forschung, wenn sie die Photosynthese imitieren will, nicht ohne die Energie verzehrenden Hilfsmittel Hitze und Druck aus. Schweizer Forscher gaben zwar bekannt, in Kooperation mit dem Caltec in Pasadena ein Verfahren entwickelt zu haben, das es erlaubt, Wasser und Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von Sonnenlicht in ein energiereiches synthetisches Gas umzuwandeln. Aber der mehrstufige Prozess verlangt unter anderem eine Hitzekammer mit anderthalbtausend Grad Celsius – ein energieintensiver Umweg, den die Natur so nicht nötig hat.

Bis wir tatsächlich soweit sind, dass unsere Energie aus Algen oder Pflanzen kommt, ist es noch ein weiter Weg. Solange es für Milliarden von Menschen keinen realistischen Ersatz gibt, geht es um ökonomisch wie moralisch vertretbare Alternativen. Also darum, die Effizienz und Umweltverträglichkeit von Kohlekraftwerken zu steigern; ältere durch bessere zu ersetzen. So lange geht es auch darum, ernsthaft die Option zu verfolgen, CO2 mit der so genannten Carbon Dioxide Capture and Storage (CCS)-Technologie abzuscheiden und unterirdisch zu lagern. Die entsprechenden Technologien können nur Länder entwickeln, die über modernste Industrien verfügen. Wir alle müssen, meint Michael Vassiliadis, „global denken und lokal handeln“.

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