Was ist grüne Energie?

Grüne Energie ist die Zukunft der Menschheit! Grüne Energie kann dazu beitragen, die Erderwärmung auf ein natürliches Maß zu beschränken! Grüne Energie kann den Energiebedarf des ganzen Planeten mit Leichtigkeit decken! Diese und viele andere Schlagzeilen bestimmen die Medien und die Wissenschaft schon lange.

Aber was ist Grüne Energie eigentlich? Woher stammt sie? Welche Möglichkeiten gibt es im Einzelnen? Und sind unsere Hoffnungen in die Alternativen zu fossilen Brennstoffen begründet? All diese Fragen möchten wir im Rahmen dieses Beitrags kurz beleuchten.

Was ist überhaupt Grüne Energie?

Wenn wir über den Begriff der Grünen Energie nachdenken, hat jeder seine eigenen Vorstellungen davon, was grün bedeutet und was nicht. Die Menge der nachhaltig erzeugten respektive gewonnenen Energien ist jedoch größer als so mancher denkt. Sie umfasst nämlich bei Weitem nicht nur Solaranlagen auf unseren Dächern, Windkraftturbinen an der Küste und das eine oder andere Wasserkraftwerk an den großen Strömen Deutschlands.

Gemeinhin ist „Grüne Energie“ ein anderer Begriff für alle erneuerbaren Energien bzw. regenerativen Energien. Darunter fallen alle Energiequellen, die sich beispielsweise durch das Nachwachsen vergleichsweise schnell erneuern oder – wie die Sonne – unerschöpflich sind. Das unterscheidet sie von fossilen Energien, wie Kohle, Erdgas und Erdöl. Diese fossilen Energieträger auf Kohlenstoffbasis erneuern sich erst im Rahmen von Millionen Jahren und sind daher aus der Perspektive des Menschen nicht regenerativ.

Einmal ganz davon abgesehen, dass wir durch deren Gebrauch den über Millionen Jahre gebundenen Kohlenstoff (bzw. das frei werdende CO2) binnen kürzester Zeit wieder in die Atmosphäre entlassen. Grüne Energie ist auf den Nutzungszeitraum betrachtet in der Regel CO2-neutral und damit nachhaltig.

Wie steht es aktuell um den Ausbau Grüner Energie auf der Welt?

Die gute Nachricht ist, dass der Anteil der regenerativen Energie am Energieverbrauch der Welt weiter stark ansteigt. Schon im Jahr 2017 wurden 18,1 Prozent des globalen Endenergieverbrauchs durch erneuerbare Energien aus Solarenergie, Wasserkraft, Geothermie und Biokraftstoffen gedeckt.

Selbst im hochindustrialisierten Europa, wo es deutlich schwieriger ist, den hohen Energiebedarf mittels grüner Technologien zu decken, ist der Anteil massiv gestiegen. Während 2004 im Durchschnitt nur 8,5 Prozent des Bruttoenergieverbrauchs aus regenerativen Quellen stammten, waren es 2018 schon 18 Prozent. In diesem Jahr (2020) soll bereits die Marke von 20 Prozent erreicht werden.

ZUR INFO: Wichtig: Durchschnittswerte verzerren die Realität
Jedes Land bringt unterschiedliche Voraussetzungen für Grüne Energie mit. In Österreich etwa ist der Anteil mit 33,4 Prozent (2018) sehr hoch. Noch höher ist der Anteil innerhalb der EU nur in Schweden mit rund 54,6 Prozent (2018). Bei diesen Ländern etwa kommen aber zwei Komponenten zusammen.
Erstens, eine vergleichsweise geringe Bedeutung der energiehungrigen Großindustrie. Und zweitens die landschaftlichen Gegebenheiten, die etwa wie gemalt für die Nutzung von Wasserkraft in großem Umfang sind.
Dennoch bringt es Deutschland bisher (Stand 2018) auf 16,5 Prozent Grüne Energie am Bruttoenergieverbrauch. Beim Strom stehen wir in Deutschland im Übrigen bereits jetzt gut da. Für 2020 erwarten Energieexperten einen Rekordwert von 55,8 Prozent regenerativer Energien am Strommix.

Grüne Energie ist größtenteils Sonnenenergie

Gerne unterteilen wir die Grüne Energie in Kategorien wie Solarenergie, Windkraft, Wasserkraft, Biomasse und Co. Wenn wir das Ganze einmal genau betrachten, fällt eines auf: Eigentlich haben wir beinahe unsere gesamte nutzbare Grüne Energie ursprünglich der Sonne zu verdanken.

Immerhin ist es die Sonne, die über elektromagnetische Wellen jährlich ca. 174 PW (Petawatt) in Richtung Erde schickt. Netto kommen hier nach dem Abzug der atmosphärischen Reflexion immerhin noch 122 Petawatt an. Das entspricht umgerechnet etwa dem 7.500-Fachen des jährlichen Gesamtenergieverbrauchs der Welt.

Die Frage, ob Grüne Energie überhaupt unsere immensen Energiebedarf decken kann, ist damit klar beantwortet. Wir müssen diesen Schritt eben nur mit Hilfe entsprechender Technologien gehen. So gesehen sind ein modernes Leben mit stets steigendem Wohlstand und die Nutzung Grüner Energie kein Widerspruch.

H3 Solarenergie – Wärme und Strom aus Sonnenstrahlen

Wenn es um Grüne Energie geht, kommt den meisten Menschen gleich die Solarenergie in den Sinn. Solaranlagen gehören auf Haus- und Scheunendächern mittlerweile schließlich zu nahezu jedem Ortsbild. Grundsätzlich können wir die aus Solarenergie gewonnene Energie in zwei Bereiche aufteilen. Auf der einen Seite steht die Solarthermie.

Solarthermische Sonnenkollektoren bestehen unter anderem aus Metallen wie Kupfer und Aluminium, wobei die Anlage mit einer besonders wärmeleitfähigen Lösung gefüllt ist. Das Sonnenlicht erwärmt die Kollektoren auf bis zu 95 Grad Celsius. Über einen Wärmetauscher gelangt die Wärmeenergie dann an ein Heizsystem. Häufig sind solche Anlagen mit einem Pufferspeicher ausgestattet, sodass die Energie unabhängig vom Erzeugungszeitpunkt zur Verfügung steht.

Die zweite bedeutende Technologie auf Basis der Solarenergie sind Photovoltaikanlagen. Nahezu alle Photovoltaikanlagen werden aus Quarzsand (Silizium) hergestellt. Dieses Element gehört zu den häufigsten Elementen der Erde und gilt als unerschöpflich. Dieser Fakt trägt bereits einen wichtigen Teil zur Nachhaltigkeit von Photovoltaikanlagen bei. Fallen nun Sonnenstrahlen auf die Silizium-Scheiben der Anlage, setzt das Silizium Elektronen frei.

Mit Hilfe von sogenannten Verunreinigungen durch Fremdatome sammeln sich positive Ladungsträger (Protonen) und negative Ladungsträger (Elektronen) auf jeweils anderen Seiten der „Solarzelle“. Somit entstehen Plus- und Minuspol, wodurch beim Anschluss eines Verbrauchers Strom generiert wird. Auch Photovoltaikanlagen sind häufig mit einem Pufferspeicher ausgestattet.

Windenergie – Strom durch Wind

Die Sonne ist über die abgegebene Strahlungswärme der Ursprung für die meisten Winde auf unserem Planeten. Damit ist sie sozusagen auch die Quelle der regenerativen Windenergie. Diese wird sowohl an Land (Onshore) als auch auf Meeresflächen (Offshore) mit Hilfe modernster Windturbinen gewonnen. Der Wind treibt dabei die Flügel der Anlagen an.

Die kinetische Energie wiederum wird mit Hilfe eines Generators in elektrischen Strom umgewandelt. Dieser Strom kann anschließend weiterverarbeitet, in Zwischenspeichern gepuffert oder unmittelbar verbraucht werden. Kleine Windkraftwerke gibt es im Übrigen auch bereits für Privatimmobilien als Alternative oder Ergänzung zur Photovoltaikanlage.

Wasserkraft – Die älteste Grüne Energie

Schon seit Jahrtausenden nutzt der Mensch die Wasserkraft zur Energiegewinnung. Während Wassermühlen vor Jahrhunderten allerdings kinetische Energie nur in mechanische Energie umwandelten, wird heute elektrischer Strom erzeugt. Der größte Anteil der Wasserenergiegewinnung entfällt auf klassische Talsperren.

Gerade in Norwegen oder Österreich ist diese Form der Grünen Energie sehr dominant. Dabei macht man sich die Schwerkraft zunutze, denn das aufgestaute Wasser baut eine potenzielle Energie auf. Öffnen sich nun die Ventile der Talsperre, wird das Wasser mittels Schwerkraft durch Turbinen gedrückt. So entsteht aus potenzieller Energie elektrischer Strom.

Pumpspeicherkraftwerke sind im Zusammenspiel mit anderen Varianten von Ökostrom besonders nützlich. Aktuell überschüssiger Strom kann so genutzt werden, um über elektrische Pumpen einen Stausee mit Wasser zu füllen. Auf diesem Weg wird der gewonnene Ökostrom z.B. aus Windenergie als potenzielle Energie gespeichert.

Sonderfall Bio-Kraftstoffe – Von Biodiesel bis Grüner Wasserstoff

Nun geht es bei Grüner Energie lange nicht nur um Stromerzeugung. Für viele Dinge des Alltags sind gut speicher- und transportierbare Brennstoffe notwendig. Auch hier gibt es mittlerweile zahlreiche Möglichkeiten, um Biogase, Biodiesel oder Grünen Wasserstoff herzustellen. Im Vergleich zu den fossilen Gegenstücken verfügen diese Stoffe über die identischen oder zumindest nahezu identischen Eigenschaften.

Dennoch sind sie deutlich umweltverträglicher und meist sogar CO2-neutral. Neben Bioethanol und Biodiesel für den Fahrzeugverkehr sowie Biogas als Heiz- oder Brenngas sind auch sogenannte BtL-Kraftstoffe und Grüner Wasserstoff immer mehr im Kommen. Gerade BtL-Kraftstoffe und Grüner Wasserstoff sind als Grüne Energie in vielen Bereichen die Zukunft.

Grüner Wasserstoff – Die Basis der Wasserstoffindustrie

In einer modernen Technologiegesellschaft gibt es für Wasserstoff zahlreiche Anwendungsbereiche. Angefangen von der Nutzung als Kühlmittel bis hin zur Verwendung als Brennstoff in Kraftfahrzeugen, ist vieles möglich. Gerade im Vergleich zu Ökostrom hat Wasserstoff den Vorteil, dass er sich deutlich besser und günstiger speichern lässt. Hergestellt wird der energiereiche Wasserstoff durch die Aufspaltung von Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H) mittels Strom durch Elektrolyse.

Genau genommen handelt es sich bei dem abgespaltenen Wasserstoff nicht um atomaren Wasserstoff (H), sondern um molekularen Wasserstoff (H2). Atomarer Wasserstoff kommt unter planetaren Normalbedingungen normalerweise nämlich nicht vor. Aber warum ist dieser Wasserstoff nun grün? Wird nun statt konventionellem Strom aus fossilen Energieträgern Ökostrom für die Elektrolyse verwendet, handelt es sich um grünen Wasserstoff.

Dieses Verfahren, durch das (teils überschüssiger) Ökostrom zur Wasserstoffherstellung verwendet wird, heißt Power-to-Gas. Damit ist Grüner Wasserstoff eine große Chance, um die Speicherproblematik des Ökostroms zu lösen. Daneben gibt es weitere Power-to-X-Lösungen. Hier wird Ökostrom in andere nützlichere oder besser speicherbare Energieformen umgewandelt. Aktuell ist die Verwendung von Ökostrom zur Herstellung flüssiger Energieträger im Power-to-Liquid-Verfahren sehr gefragt.

BtL-Kraftstoffe – Grüne Energie im Tank

Grüne Energie landet in Zukunft auch vermehrt im Tank unserer Fahrzeuge, denn nicht in allen Fällen sind Elektrofahrzeuge die beste Lösung. Sogenannte BtL-Kraftstoffe sind sozusagen die zweite Generation der Bio-Kraftstoffe. Bei BtL-Kraftstoffen handelt es sich um synthetische Kraftstoffe, die mit Hilfe thermo-chemischer Verfahren aus Biomasse gewonnen werden. Die Abkürzung BtL steht dabei für „biomass to liquid“.

Der große Vorteil gerade im Kraftfahrzeugbereich besteht darin, dass konventionelle Otto- und Dieselmotoren ohne Umrüstung mit BtL-Kraftstoffen betrieben werden können. Die Verwendung anderer Biokraftstoffe wie z.B. Bioethanol setzt in der Regel die Anpassung der Fahrzeuge und der kompletten vorhandenen Trankinfrastruktur voraus. Der Nachteil: Das Potenzial bisher ungenutzter Biomasse zur Verwendung als Energieträger ist beschränkt.

Geothermie – Grüne Energie aus dem Herzen des Planeten

Die letzte große Grüne Energie im Bunde ist die Geothermie. Keine andere Energieform auf diesem Planeten ist beständiger und berechenbarer als die Wärme aus dem Erdinneren. Bei der Geothermie handelt es sich um das Anzapfen der Energie des Erdkerns, die dort seit der Entstehung des Planeten gespeichert ist. Die Wärme aus der Erdkruste kann im Rahmen eines nachhaltigen Energiekonzepts sowohl zum Heizen und Kühlen als auch zur Stromerzeugung verwendet werden.

Island etwa bezieht den Löwenanteil seiner Energie für Elektrizität, Heizung und Warmwasser aus Geothermie. An dieser Stelle wird jedoch auch das größte Problem von Geothermie deutlich: Um sie effizient, kostengünstig und umweltverträglich nutzen zu können, ist die Lage oberhalb eines vulkanischen Hotspots enorm von Vorteil. In Deutschland eignen sich daher nur wenige Orte für die Nutzung von Geothermie als Grüne Energie in großem Maßstab.

Fazit – Grüne Energie ist Gegenwart und Zukunft

Bereits jetzt zeigt sich, wie viel Potenzial Grüne Energie hat und in welchem Umfang sie schon jetzt in unterschiedlichsten Bereichen etabliert ist. Fest steht ebenfalls, dass der Anteil der Grünen Energie am Bruttoenergieverbrauch weiter steigen wird. Gerade Grüner Wasserstoff und BtL-Kraftstoffe werden für den Fahrzeugverkehr sowie für das Speichern von Ökostrom und dessen Rückverstromung essenziell sein.