Regenerative Energien

Biomasse besteht aus organischen Stoffen und somit aus entweder in der Natur lebender und wachsender Materie oder Abfallstoffen von lebenden und toten Lebewesen. Biomasse wird auf der Erde dauerhaft auf natürliche oder auch technische Weise generiert. Eine Nutzung von Biomasse zur Wärme- oder Stromerzeugung ist jedoch nur nachhaltig bzw. regenerativ, wenn Produktion und Nutzung im Gleichgewicht stehen. Ist dies nicht der Fall, führt die Nutzung von Biomasse zu einem erhöhten Treibhauseffekt. Außerdem steht die energetische Nutzung in Konkurrenz zur stofflichen Nutzung (vgl. Bioökonomie). Der große Vorteil an Biomasse ist, dass die Energie in ihr gespeichert ist und bedarfsgerecht umgewandelt werden kann. [1]

Im Rahmen der Geothermie wird die Wärme des Erdinneren unseres Planetens genutzt. Die Temperatur nimmt von außen nach innen zu, bis im Erdkern Temperaturen von bis zu 4600 °C erreicht werden. Die Wärme entsteht hierbei hauptsächlich durch radioaktiven Zerfall im Erdinneren. Eine großtechnische und wirtschaftliche Nutzung ist erst durch Tiefenbohrungen in bestimmten Erdregionen mit geothermischen Anomalien möglich. Dies ist zum Beispiel in Italien, Japan, Island, Neuseeland und den USA der Fall. Daraus folgt eine Anwendung eher im großindustriellen Bereich, sodass die Geothermie im ursprünglichen Sinne nicht im Fokus von Industrie und Privatpersonen steht. [1]

Planeten üben gegenseitig starke Kräfte aufeinander aus. Diese sind durch die Anordnung und Bewegung der Planeten orts- und zeitabhängig. Besonders deutlich wird dies bei der Wechselwirkung von Mond und Erde, welche eine Ozeanbewegung in Form von Ebbe und Flut verursacht. Diese Wasserbewegung kann durch Gezeitenkraftwerke genutzt und in elektrischen Strom umgewandelt werden. Hierbei wird das Wasser bei Flut durch eine Turbine in ein Staubecken und bei Ebbe wieder zurück ins offene Meer geleitet. Nachteilig ist jedoch, dass für die Umsetzung sehr große Eingriffe in die Natur notwendig sind und das theoretische Potenzial zur Energiegewinnung relativ gering ist. Dies hat zur Folge, dass weltweit bisher nur wenige Gezeitenkraftwerke realisiert wurden und für die Industrie und die Gesellschaft nur wenig Relevanz besteht. [1]

Durch die Sonnenenergie werden die Atmosphäre und die Erdoberfläche erwärmt. Dieser Effekt überlagert sich zusätzlich mit der Erdwärme im Sinne der Geothermie. Die Energie kann im Boden bis zu mehreren Monaten gespeichert werden. Die Temperaturunterschiede, die dadurch insgesamt zwischen Boden, Grundwasser und Luft entstehen, können mithilfe von Wärmepumpen zur Erzeugung von Nutzwärme verwendet werden. Für den Antrieb einer Wärmepumpe wird zusätzliche Energie benötigt. Für eine klimaneutrale Anwendung sollte diese Energie aus regenerativen Energiequellen wie Photovoltaik bezogen werden. [1]

Mithilfe von Solarzellen kann Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt werden. Photovoltaikmodule ermöglichen die Umsetzung an vielen verschiedenen Standorten wie auf Dächern und Fassadenflächen, aber auch auf Acker- und Wasserflächen. Eine Herausforderung liegt in der bedarfsgerechten Stromerzeugung, da die Erzeugung über den Tages- und Jahresverlauf stark variiert. Allgemein hat die Photovoltaik jedoch ein großes technisches Potenzial. [1]

Auch in der Photovoltaikindustrie ist die Circular Economy ein wichtiger Ansatz, um die Rohstoffproduktivität zu steigern. An Lösungsansätzen wie der Wiederverwendung und dem kreislauffähigen Design von konventionellen Modulen sowie zirkulären Farbstoffsolarzellen wird auch am ITES geforscht. Einen Einblick in das Photovoltaiklabor gibt es hier.

Ein weiterer Anwendungsbereich der Sonnenwärme ist die Solarthermie. In solarthermischen Kraftwerken wird die Wärme in elektrische Energie umgewandelt. Außerdem wird in Solarkollektoren die Sonnenwärme zur Generierung von Niedertemperaturwärme genutzt, die zur Raumheizung oder Trinkwassererwärmung verwendet werden kann. Zusätzlich kann die Sonnenwärme passiv genutzt werden, indem Gebäude optimal ausgerichtet, Glasfassaden entsprechend geplant und Wärmedämmungen transparent ausgeführt werden. [1]

Wasserkraft ist eine indirekte Form der Nutzung von Sonnenenergie und wird bereits seit vielen Jahrzenten für die Gewinnung von Energie genutzt. Durch die Sonnenenergie kommt es zur Verdunstung von Wasser, der Wasserdampf steigt zu Wolken auf und es kommt an höher gelegenen Stellen zu Niederschlägen. Die potenzielle Energie des Wassers kann in Turbinen genutzt werden, wenn das Wasser zurück in die Meere fließt. Der Ausbau der Wasserkraft, besonders in Form von Großkraftwerken, ist jedoch mit großen Eingriffen in die Natur verbunden und das Potenzial daher zusätzlich beschränkt. [1]

Windkraft ist eine indirekte Form der Nutzung von Sonnenenergie. Durch die Energie der Sonnenstrahlung kommt es zu Temperaturunterschieden in den Luftmassen. Um dies auszugleichen, entstehen Luftströme und somit Wind. Die Windenergie kann wiederum in Bewegungsenergie oder elektrische Energie umgewandelt werden. Vor mehr als 100 Jahren wurden bereits Windmühlen zum Mahlen von Getreide oder zum Pumpen von Wasser genutzt. Die Bedeutung von Windkraftanlagen zur Gewinnung von Strom hat erst in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen. Das Potenzial von Windkraftanlagen ist von Region zu Region unterschiedlich, insgesamt aber trotz einiger Herausforderungen sehr groß. [1]