Zu den regenerativen Energiequellen zählen u.a. die Solarenergie, Wasserkraft [inklusive Gezeitenkraft], Windkraft, Geothermie und Bioenergie aus Biomasse bzw. Energiepflanzen.

Energie fast ohne Ende.

Die Sonne ist Quelle und dank der Fotosynthese in den Pflanzen auch Grundlage allen Lebens auf der Erde. Ihre ungeheure Energie kann sich der Mensch angesichts allmählich zu Ende gehender fossiler Energieträger zu Nutze machen. Probleme wie Treibhauseffekt und Umweltverschmutzung fordern neue, umweltschonende Energiequellen. Dazu zählt die Fotovoltaik, die Energiegewinnung mittels Solarzellen.

Natürlich lässt sich die Sonnenenergie auch dazu nutzen, um aus ganz normalem Wasser den Energieträger Wasserstoff herzustellen, der dann wieder zu Wasser verbrannt wird. Alternativ sind auch die wesentlich effektiveren Brennstoffzellen eine mögliche zukünftige Hauptenergiequelle.

Übrigens kann man per Sonnenkollektor auch Wasser erwärmen und für Heizzwecke nutzen [Solarthermie].

So funktioniert eine Solarzelle ...

In der Solarzelle wird Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Solarzellen sind Halbleiterfotoelemente und bestehen z.B. aus dünnen Scheiben von Siliciumkristallen [meist Abfälle der Chip-Produktion], die gezielt mit Fremdatomen versetzt [dotiert] sind. Boratome z.B. nutzen zum Binden in das Kristall fremde Elektronen und sind daher negativ geladen [negativ dotiertes n-Silicium]. Dadurch entstehen positiv geladene Elektronenlöcher, die wieder von anderen Elektronen gefüllt werden. So gehen die Löcher auf Wanderschaft [positiv dotiertes p-Silicium]. Monokristalline Solarzellen haben einen Durchmesser von bis zu 10 cm und reichen für den Betrieb eines Taschenrechners. Für eine nennenswerte Leistung muss man aber viele Solarzellen leitend verbinden.

Durch das Auftreffen von Sonnenstrahlen [Photonen], lösen sich negativ geladene Elektronen aus der Siliciumschicht. Sie fließen auf eine Seite der Zelle, die sich negativ auflädt. Auf der anderen Seite überwiegen dadurch positive Ladungen. Verbindet man beide Seiten, so fließt ein Strom, der z.B. eine Glühlampe zum Leuchten bringt.

Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 18% [etwa halb so viel wie im Öl- oder Kohlekraftwerk; die Fotosynthese in Pflanzen hat übrigens nur 2% Wirkungsgrad]. Die nutzbare Leistung beträgt bis zu 2,5 kWh je Quadratmeter pro Jahr [bei uns hier 1 kWh]. Dadurch entstehen die noch relativ hohen Herstellungskosten für Solarzellen besonders infolge der enormen Fläche für eine hohe Stromausbeute.

Es gibt bereits große Stromerzeugungsanlagen z.B. in der Wüste oder anderen sonnenreichen Gebieten.

Einsatzgebiete der Fotovoltaiku.a. elektrische Geräte [Solarlampen und -radios, Uhren, Taschenrechner, etc.], Solarfahrzeuge, Messstationen,  Parkscheinautomaten, Solarhäuser [z.B. Selbstversorgung von Einfamilienhäusern mit Elektroenergie], Weidezäune, Solarkocher [z.B. in Afrika für Dörfer ohne Stromanschluss], in der Weltraumtechnik ...

Nur 5% der Menschheit verfügen über Elektrizität. Doch in Afrika "rieselt" die Sonne pro Quadratkilometer 300 Gigawatt oft ungenutzt herab. Selbst für Europa wäre das eine energetische Zukunft.

Der Verein SEWA aus Ettlingen z.B. setzt sich für Solarenergie in Burkina Faso ein. In den letzten 15 Jahren wurden dort 60% des Baumbestandes abgeholzt, das meiste davon um kochen zu können. Ginge es so weiter, wäre das Land in 25 Jahren nur noch Wüste.

Andere Folgen des Holzverfeuerns sind:
Kinder gehen nicht zur Schule, da sie Brennholz suchen müssen
1/3 des Einkommens geht für Feuerholz drauf oder man muss 4 Stunden täglich Holz suchen
Lungenerkrankungen, entzündete Augen etc.

Dies kann sich schnell ändern durch Solarkocher, Solarlampen ,Solarwasserspeicher, Solarkühlschränke, Solarpumpen, Solar-Akkus usw.

Weitere Einsatzgebiete der Sonnenenergiez.B. Warmwasserbereitung und Heizungen mittels Sonnenkollektoren [Wohnhäuser, Schwimmbäder etc.], solare Trocknungsanlagen ...

Der Anteil der Fotovoltaik an den erneuerbaren Energien liegt bei etwa 7% im Jahre 2007, während die Wasserkraft allein 77% daran ausmacht.

Energetische ZukunftLeider beträgt der Anteil erneuerbarer Energien an allen Primärenergien gerade 7% [2007; Zielmarke bis 2010 etwa 13%]. Das alleine zeigt die Notwendigkeit schnellstens neue Wege zu finden [siehe Umweltschäden]. Wasserstoff, Brennstoff- und Solarzellen haben dabei sicher die besten Zukunftschancen. Ergänzung findet dies durch Wasserkraft, geothermische sowie Aufwindkraftwerke, Windkraft, Energiegewinnung aus Biomasse [Bioabfällen] und anderes mehr.

Sparsame ZukunftDie beste Idee [und mit allen anderen kombinierbar] ist immer noch das Einsparen von Energie, egal ob Niedrigenergiehaus oder Energiesparlampe.

WindenergieUnd auch Windräder sind bei uns kein seltener Anblick mehr. In windreichen Gebieten kann durch Windkraftanlagen die Energieerzeugung abgasfrei ergänzt werden.

WasserkraftMittels spezieller Turbinen kann man die Energie fließenden Wassers zur Stromerzeugung verwenden. Solche Wasserkraftwerke befinden sich oft an Talsperren.

GeothermieIn Ländern mit Vulkanen und heißen Quellen [z.B. Island] macht man sich die Erdwärme oder heißes Wasser von Geysiren zur Erzeugung von Elektroenergie sowie zum Heizen nutzbar. In unseren Breiten bekannter sind aber bereits häufig realisierte sowie bezahlbare Methoden, um die normale Erdwärme zu nutzen, z.B. für Einfamilienhäuser.

Welches der Antrieb von Kraftfahrzeugen angesichts abnehmender Ölvorräte und nichtmöglicher Abdeckung per Biosprit in Zukunft sein wird, ist noch unklar. Ideen gibt es genug ...

ElektroautoBereits 1899 gab es ein Elektroauto, das eine Spitzengeschwindigkeit von 100 km/h erreichte. Über 100 Jahre Technik und immer noch kein Durchbruch? Wie kann man endlich die Schadstoffbelastung mindern oder ganz abschaffen und so unsere Umwelt entlasten? Geschlafen hat man aber dennoch nicht ganz. Neue Antriebskonzepte haben eben noch zu hohe Anschaffungskosten, ein Netz z.B. von Wasserstofftankstellen gibt es nicht und die Fahrleistungen sind nicht ganz so optimal. Jedenfalls gibt es sie schon in Serie, wenn auch teuer. Autos mit Elektromotoren, die durch Akkumulatoren betrieben werden, arbeiten völlig abgasfrei. Eine Akkuladung reicht für ca. 100-200 km. Nachteilig ist allerdings die meist hohe Ladezeit.

HybridantriebDer Hybrid-Antrieb ist ein Kompromiss. In der Stadt wird das Fahrzeug mittels Elektromotor betrieben. Bei Überlandfahrt lädt ein Verbrennungsmotor die Batterien auf bzw. betreibt das Fahrzeug direkt. Bereits in Serie gebaute spezielle Opel Zafira oder der Toyota Prius [Maximalgeschwindigkeit meist unter 200 km/h] zeigen, dass diese Technologie nicht mehr in den Kinderschuhen steckt. Der Prius benötigt nur 50% des Kraftstoffs eines normalen Toyotas, auch Konzerntochter Lexus macht mit.

Bioethanol und BiodieselBrasilien macht es uns vor, dass Autos auch mit biologisch [meist aus Zuckerrohr] per Gärung und anschließender Destillation gewonnenem Bioethanol Fahrzeuge antreiben lassen [z.T. mit 50% Ethanol betankt, Rest Benzin]. Problematisch ist, wenn nun auch Europa u.a. Erdteile Bioethanol nutzen wollen, immer mehr Regenwaldflächen zugunsten von Energiepflanzen abgeholzt werden. Denn der weltweite Bedarf an Kfz-Treibstoffen könnte niemals aus Pflanzen gedeckt werden. Ebenso zu hinterfragen ist, wenn Nahrungspflanzen als Spritquelle benutzt werden, obwohl ganze Erdteile hungern. Zudem entsteht beim Verbrennen ebenso Kohlenstoffdioxid, das den Treibhauseffekt noch verstärkt [trotz ausgeglichener Bilanz mit dem aufgenommenen Kohlendioxid durch die Pflanze].

WasserstoffDie beste Umweltbilanz hätte natürlich Wasserstoff, da beim Verbrennen lediglich Wasserdampf entsteht. Zur Zeit ist dies noch Bussen oder Oberklasselimousinen vorbehalten. Durch die Tanks sind die Fahrzeuge noch zu schwer und Tankstellen findet man noch selten.

BiogasWenn Biogas aus z.B. landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen und als Energieträger benutzt wird, ist das sicher zu begrüßen. Würde man allerdings Bäume nur dafür absägen oder neue landwirtschaftliche Flächen nur deshalb gewinnen, ist dies aber zu hinterfragen.

Eine interessante Idee ...

Die Brennstoffzellen-Technologie ist möglicherweise die Antriebstechnologie für Kraftfahrzeuge mit guten Zukunftsaussichten. Die Vorstellung des ersten Fahrzeugs mit Brennstoffzelle [Mercedes-Benz] 1991 war eine wichtige Pioniertat. [Dabei werden Brennstoffzellen in der Raumfahrt bereits schon seit den 1960er Jahren genutzt.]

Daimler-Chrysler entwickelte so mit Brennstoffzellen betriebene New Electrical Cars [NECAR] sowohl als Großraumlimousine sowie auch PKW [NECAR4]. Ein NECAR2-Transporter hatte eine Höchstgeschwindigkeit von 110 km/h, 150 Brennstoffzellen im Heck sowie einen großen Wasserstoff-Drucktank im Dachgepäckträger und bietet 6 Personen Platz. PKW mit Brennstoffzellen arbeiten häufig auf Methanolbasis. Das erspart die schweren und Platz raubenden Drucktanks für Wasserstoff. Für Busse im innerstädtischen Betrieb gibt es heute schon viele rollende Beispiele für den Einsatz der Technologie. Ja sogar Minibrennstoffzellen, mit denen man Radios oder Lampen betreiben kann, hat man bereits entwickelt. Eine Kopplung mit Solartechnik ist bereits möglich [jedoch noch nicht so effektiv].

Die älteste Brennstoffzellenart, die alkalische Brennstoffzelle AFC, benötigt reinen Wasserstoff sowie reinen Sauerstoff; als Elektrolyt dient Kalilauge. Andere Zelltypen arbeiten sogar mit Luft statt reinem Sauerstoff oder nutzen Methanol als Wasserstoffquelle.

Die Technologie der BrennstoffzelleDas Prinzip der Brennstoffzelle wurde bereits 1839 vom Baseler Professor Schoenbein und dem Engländer Grove entdeckt. Zum Einsatz kam es jedoch erst rund 100 Jahre später in der Raumfahrttechnik und als Antrieb von U-Booten. Es gibt verschiedene Brennstoffzellentypen, das Funktionsprinzip ist jedoch fast gleich. Normalerweise findet zwischen Wasserstoff und Sauerstoff eine Knallgasreaktion statt, die Energie freisetzt. Durch Membranen wird die heftige Explosion verhindert. Alle Brennstoffzellen bestehen aus zwei porösen Flächen, den Elektroden [beschichtet mit Katalysator], die durch eine dritte Fläche, die Elektrolytmembran, voneinander getrennt sind. An die eine Elektrode wird ein Brennstoff, hier reiner Wasserstoff, herangeführt, an die andere Sauerstoff, also Luft. Der Elektrolyt dient dazu, die elektrochemische Reaktion von Brennstoff und Luft zu kontrollieren. Die Wasserstoffmoleküle geben Elektronen ab; dabei wandern die gebildeten Wasserstoffionen durch die Membran. Diese ergeben dann zusammen mit Sauerstoffionen [die durch Elektronenaufnahme aus Sauerstoffmolekülen entstanden] Wasser. Diese Reaktion führt, ähnlich wie in einer Batterie, zu einer Ladungstrennung. Dadurch entsteht eine elektrische Spannung [Elektronenwanderung] zwischen den Elektroden, die sich über einen äußeren Stromkreis praktisch nutzen lässt.

Leider sind viele Auto- und Energiekonzerne nicht so sehr an Ersatz von Diesel und Benzin interessiert, da sich ihr Profit durch neue Entwicklungen oder neue Forschungen minimieren würde. Und dies leider zu Lasten unserer Erde ... Da kann man nur sagen: Rote Karte!