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Die Energieversorgung

Die beste Energieform zur Versorgung Deutschlands ist die Geothermie (Erdwärme). Es sollte so schnell wie möglich mit dem Umstieg auf diese Energieform begonnen werden.

Zur Begründung dieser Aussage erstmal eine kleine Gegenüberstellung der Energieformen:

Fossile Energieträger (Holz, Torf, Braun- und Steinkohle, Erdgas, Erdöl) tragen alle mehr oder weniger zur Verschmutzung der Atmosphäre bei und sie sind alle nur noch einen begrenzten Zeitraum vorhanden (so werden in ca. fünfzig Jahren die Erdölvorräte der Welt verbraucht sein).

Die atomaren Energien bieten auch keine Alternative: Neben der jahrzehntausende langen, tödlichen Altlastproblematik, die durch die heutige Nutzung der Kernspaltung verursacht wird, wissen die Wenigsten, dass auch Uran nur noch für ca. vierzig Jahre zur Verfügung steht. (Es sei denn, man verwendet schnelle Brüter, was die Verfügbarkeit auf über 2.000 Jahre erhöhen würde. Allerdings ist die Technik eines schnellen Brüters noch komplizierter und somit fehleranfälliger als die eines normalen Kernreaktors. Darüber hinaus erzeugt ein schneller Brüter waffenfähiges Plutonium.) Ich unterstütze deshalb auch den von SPD/Grüne betriebenen Ausstieg aus der Atomenergie – leider haben die Politiker ob der Begeisterung über den Ausstieg vergessen, in welche Energieform wir denn statt dessen einsteigen sollten...

Auf den ersten Blick bietet sich die Kernfusion als eine solche Alternative für eine zukünftige Energieform an, da ein Fusionsreaktor mit Isotopen des Wasserstoffs arbeitet – und diese stehen auf der Erde nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Auch die Langzeitradioaktivität ist wesentlich geringer. Anstelle in Jahrzehntausenden kann man in Jahrzehnten rechnen. Zudem werden in den Reaktoren jeweils nur geringste Mengen des Fusionsmaterials vorhanden sein und der Fusionsprozess muss immer künstlich aufrecht erhalten werden. Somit ist das Schreckgespenst einer Kernschmelze hier nicht vorhanden. Ein GAU in einem Fusionskraftwerk ist erheblich harmloser und besser zu beherrschen als in einem klassischen Kernreaktor. Also wo liegt das Problem? In der technischen Realisierbarkeit. Dazu muss die Sonne auf der Erde nachgebaut werden: Es werden Temperaturen von 50 bis 100 Millionen Grad Celsius und sehr hohe Drücke benötigt. Unter diesen Bedingungen bildet sich ein Plasma, d.h. es trennen sich die Elektronen vom Atomkern. Kein Material hält solchen Temperaturen stand, deshalb muss das Plasma in einem starken Magnetfeld eingeschlossen werden. Die Strahlung, die während der Kernfusion entsteht, ist so groß, dass der gesamte Prozess von Robotern gesteuert werden muss. Aufgrund solcher Schwierigkeiten gehen die großen Optimisten vom Jahr 2050 für einen ersten Fusionsreaktor aus, andere sagen „Im Jahr 2100“ und wieder andere halten die Kernfusion auf der Erde für überhaupt nicht (wirtschaftlich) machbar. Unglücklicherweise sind bis zum Jahr 2050/2100 unsere derzeitigen Hauptenergieträger bereits erschöpft.

Es bleiben die alternativen Energienformen Sonne, Wind, Wasser und Erdwärme.

Sonne und Wind sind zwar unerschöpflich, allerdings ist ihre Wirtschaftlichkeit katastrophal schlecht. Wieso? Die etwas flapsige Antwort wäre: „Nachts scheint keine Sonne.“ Sonne und Wind liefern nur sehr unbeständig Energie. Die Sonne nur tagsüber und am Besten sollten nicht zu viele Wolken am Himmel sein. Auch die Jahreszeit spielt eine Rolle – der Einstrahlungswinkel und die Sonnenscheindauer sind im Winter wesentlich schlechter als im Sommer. Für Wind gilt ähnliches: Niemand kann sagen, wann wo wie viel Wind weht. Will man aber ein ganzes Land mit Energie versorgen, muss eine mittlere Grundlast befriedigt werden, die über den Tag Spitzen zeigt. Die einzige Möglichkeit, das mit Sonne oder Wind zu erreichen, wäre der Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft: Wenn die Sonne scheint / der Wind weht wird auf Vorrat produziert, mit dem Überschuss wird via Elektrolyse aus Meerwasser Wasserstoff gewonnen. Dieser wird gelagert und bei Bedarf wieder verbraucht. Und genau das ist enorm teuer. Zuerst braucht man sehr viel mehr Solarzellen/Windkraftwerke, um auf Überschuss produzieren zu können. Dann gibt es Verluste bei der Wandlung von Strom in Wasserstoff und wieder zurück. Des weiteren gibt es Lagerverluste, da der Wasserstoff für Monate (Winter) oder sogar Jahre (verregneter Sommer) gelagert werden muss. Zu allem Überfluss lässt sich Wasserstoff nur sehr schwer lagern; aufgrund seiner geringen Größe diffundiert er im Laufe der Zeit durch fast alle Materialien. Man müsste ihn also entweder bei -252 °C lagern oder in speziellen Legierungen binden.

Auch Wasserkraft ist kaum eine Alternative. So viele Talsperren und Gezeitenkraftwerke können wir nicht bauen, um den Energiebedarf von Deutschland zu decken.

Es bleibt die Erdwärme. Sie ist für mindestens weitere 10.000 Jahre vorhanden, auf dem ganzen Planeten verfügbar und sauber. Dazu ein bisschen Hintergrundwissen: In den oberen Erdschichten nimmt die Temperatur im Mittel um 1 °C alle 33 m zu. In 3000 m Tiefe kocht Wasser. Die Wärme in diesen Schichten wird durch gewaltige natürliche Lagerstätten radioaktiver Materialien erzeugt. Mit dieser Radioaktivität ist aber keine Gefahr verbunden. Sie ist um Klassen niedriger als die in Kernkraftwerken erzeugte. Zudem wird Wasser eingesetzt, um die Wärme an die Erdoberfläche zu transportieren. Reines Wasser ist aber durch Radioaktivität nicht zu aktivieren, d.h. es wird selbst nicht radioaktiv.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Möglichkeit die Kraftwerke dort zu bauen, wo die Energie benötigt wird. Das ermöglicht den Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung. Nachdem aus dem ca. 200°C heißen Wasser Elektrizität erzeugt wurde, können Haushalte mit demselben Wasser per Fernwärme geheizt werden. So kann auch das kältere „Abwasser“ aus der Stromerzeugung (ca. 100-130 °C) noch genutzt werden, bevor es wieder in die Erde geleitet wird. Dies erhöht den Wirkungsgrad eines Kraftwerkes von 50% auf ca. 86%.

Die Nachteile der Erdwärme bestehen in der schwierigen Gewinnung. Für 200 °C heißes Wasser wird eine 6.000 Meter tiefe Bohrung benötigt. Die tiefste Bohrung der Welt reicht zwar über 12.000 m tief, aber da Gestein schlecht Wärme leitet, braucht man eine große Kontaktfläche, um genug Wärme aus dem Erdinneren nach oben zu transportieren. Die offiziell Erfolg versprechendste Methode nennt sich „Hot-Dry-Rock“-Verfahren. Dazu wird Wasser in den Boden gepumpt, welches durch Ausdehnung Risse im Gestein verursacht und durch diese selbst geschaffenen großen Kontaktflächen die Wärme aufnimmt. Am anderen Ende dieses Rissfeldes wird das Wasser wieder abgepumpt. Ich stelle mir das allerdings nicht einfach vor, genau die richtige Bodenbeschaffenheit zu finden. Es müssen, denke ich, zumindest schon einige Risse vorhanden sein, die durch das Wasser erweitert werden können. Allerdings dürfen die Risse nicht zu tief sein/werden, da sonst das Wasser wegsickert. Auch ist der direkte Kontakt des Wassers mit dem Gestein nicht unkritisch, da das Wasser verunreinigt wird – im ungünstigsten Fall mit radioaktiven Substanzen (z.B. Radon). Das würde das Wasser als Lieferant von Fernwärme in Privathaushalte ausschließen. Eine überall anwendbare Methode wäre es, wenn man mit einer Tunnelbohrmaschine einen langen, spiralförmigen und verschalten Tunnel bohren würde. So eine Art Heizspirale - nur zum Ableiten der Wärme.

Für eine Aufwandsabschätzung der Umstellung auf Erdwärme habe ich die tiefe Erdwärmesonde in Prenzlau als Ausgangspunkt genommen. Dort wird mit einer einfachen geraden Bohrung von 2.786 m Tiefe und einer Kontaktfläche von 1.463 m³ eine Energie von 0,6 MWh gewonnen. Die Leistung von „großen“ Kraftwerken liegt um 1.000 MWh. Für diese Leistung bräuchte man also eine Spirale mit insgesamt 2.438.333 m² Oberfläche. Bei einem Rohrdurchmesser von 1,5 m resultiert eine Rohrlänge von 517.430 m. Bei einem Vortrieb bei modernen Tunnelbohrmaschinen von 2 m/h würde das eine Bauzeit von dreißig Jahren bedeuten. Glücklicherweise kann man statt einer Spirale z.B. vier anlegen und auch von beiden Seiten gleichzeitig bohren, was die Bauzeit auf ca. vier Jahre reduziert. Atomkraftwerke haben ähnliche Bauzeiten – falls Einsprüche der Anwohner den Bau nicht endlos hinziehen.

Wie viele solcher 1.000-MWh-Kraftwerke braucht man, um den gesamten Energiebedarf Deutschlands zu decken? Der Primärenergiebedarf Deutschlands beträgt pro Jahr 500 Millionen Tonnen SKE. Ein Kilo SKE entspricht 8,14 kWh. Daraus ergibt sich ein ungeheurer Jahresenergiebedarf von 4 Petawattstunden. Das ist eine 4 mit 15 Nullen (4.000.000.000.000.000 Wh). Oder noch anders gesagt: 4 Millionen Milliarden Wh. Um diese Energie zu erzeugen, braucht man 466 Kraftwerke mit einer Stundenleistung von 1000 MW. Anteilig an der Bevölkerung gerechnet bräuchte z.B. Hamburg elf solcher Kraftwerke. Das ist ohne Probleme (bis auf das liebe Geld...) machbar, da Erdwärmekraftwerke einen minimalen oberirdischen Flächenbedarf haben (noch ein weiterer Vorteil gegenüber Solar- und Windkraftwerken) und keine Schadstoffe in die Umwelt abgeben.

Die beste Energieform zur Versorgung Deutschlands ist die Geothermie (Erdwärme). Es sollte so schnell wie möglich mit dem Umstieg auf diese Energieform begonnen werden.