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Was sind erneuerbare Energien?
Bis 2045 muss Deutschland die Treibhausgas-Emissionen deutlich verringern – so schreibt es der verschärfte Klimaschutzplan der Bundesregierung von August 2021 vor. Denn Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2045 treibhausgasneutral zu werden – also nur noch so viel Treibhausgase auszustoßen, wie auch wieder gebunden werden können. Ab 2050 soll Deutschland sogar mehr Treibhausgase in natürlichen Senken einbinden, als es ausstößt. Das wären eine so genannte negative Emissions-Bilanz. Um dieses Ziel zu erreichen, brauchen wir die sogenannte Energiewende, also die Umstellung der Energieversorgung. Das bedeutet: weg von Kohle, Gas, Erdöl und Atomkraftwerk, hin zu den Erneuerbare Energien.
In diesem Artikel stellen wir Ihnen vor, was erneuerbare Energien sind, warum wir sie brauchen, welche Arten es gibt und die Vor- und Nachteile der erneuerbaren Energien.
“Erneuerbare Energien” Definition
Doch wie werden erneuerbare Energien definiert? Als erneuerbare Energieträger werden Energieformen bezeichnet, die sich im Gegensatz zu fossilen Energieträgern (Kohle, Erdöl, Erdgas) verhältnismäßig schnell erneuern oder praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen. Zu den erneuerbaren Energien, auch “grüne Energie” genannt, zählen Wind- und Sonnenenergie, Biomasse/Bioenergie, Geothermie und Wasserkraft. Das Grundprinzip der erneuerbaren Energien besteht laut Umweltbundesamt darin, „dass zum einen in der Natur stattfindende Prozesse genutzt werden. Zum anderen auch aus nachwachsenden Rohstoffen Strom, Wärme und Kraftstoffe erzeugt werden“.
Warum brauchen wir erneuerbare Energien?
Warum erneuerbare Energien wichtig sind, ergibt sich aus Folgendem: Erneuerbare Energien werden für den Klimaschutz gebraucht. Durch die Nutzung der grünen Energien können wir Treibhausgase vermeiden. Der größte Teil dieser Gase entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Erdöl, Kohle und Erdgas. Genau diese Brennstoffe waren bisher sehr wichtig für unsere Energieversorgung. Um das Klima zu schützen soll zum einen Energie gespart werden. Zum anderen soll die restliche Energie, die noch benötigt wird, aus erneuerbaren Energien kommen. Unsere Energieversorgung soll klimaneutral werden und uns gleichzeitig unabhängig vom Import fossiler Brenn-, Kraft- und Heizstoffe machen.
Wissenswertes über erneuerbare Energien
Welche Arten der erneuerbaren Energien gibt es?
Doch welche Arten der erneuerbaren Energien gibt es? Zu nennen sind dabei verschiedene erneuerbare Energien Beispiele. Die bedeutendsten sind Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Bioenergie und Geothermie. Wind- und Sonnenenergie sind die wichtigsten erneuerbaren Energieträger. Daneben leisten Biomasse und Wasserkraft einen wertvollen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung.
Solarenergie
Alles Leben auf der Erde bezieht seine Energie aus der Kraft der Sonne. So wachsen Pflanzen mit Hilfe von Sonnenstrahlung und bauen Biomasse auf. Auch treibt die Sonne das Wetter an, sorgt für Wind und Niederschläge und schafft so die Voraussetzungen für Wind- und Wasserkraft. Die Solarenergie, oder auch Sonnenergie genannt, lässt sich auch vielfältig direkt nutzen. Solarzellen in Photovoltaikanlagen, solarthermische Kraftwerke und Sonnenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung ohne Umwege und wandeln die Strahlungsenergie in Strom oder Wärme um.
Solarenergie kann auf unterschiedliche Weise genutzt werden. Mit Photovoltaik-Anlagen (PV Anlagen), die beispielsweise auf dem Dach von Gebäuden installiert werden, wird elektrische Energie erzeugt. Die Solarzellen speichern bei der Photovoltaik die Energie in Batterien, die später abgerufen oder direkt im Haushalt genutzt werden kann. Wie viel Strom durch Photovoltaik produziert wird, hängt von der Größe, der Technik und dem Standort der Anlage ab. Solarkollektoren wandeln Sonnenstrahlen in Wärmeenergie um. In den Kollektoren der Anlage zirkuliert eine Flüssigkeit, die Wärme aus dem so genannten Kollektor über einen Wärmetauscher an einen Wasserspeicher abgibt. In Deutschland werden solche solarthermischen Anlagen vor allem in Haushalten eingesetzt, um Warmwasser zu bereiten. Vor allem in Ländern, in denen die Sonne sehr viel scheint, eignen sich auch solarthermische Kraftwerke. In solarthermischen Kraftwerken werden die Sonnenstrahlen mit Brennspiegeln, sogenannten konzentrierenden Spiegelsystemen, gebündelt. Sie erhitzen eine Flüssigkeit, die dann eine konventionelle Turbine antreibt.
Windenergie
Die Windenergie ist eine weitere Art der grünen Energien, um klimafreundlich Energie zu gewinnen. Bei diesem Energieträger wird Strom aus Wind mithilfe von Windrädern gewonnen. Der Vorteil daran: Wind ist unbegrenzt und kostenlos verfügbar. Windenergieanlagen nutzen die Bewegungsenergie des Windes, die durch unterschiedliche Luftdruckverhältnisse in der Nähe der Erdoberfläche entsteht. In Windenergieanlagen nimmt das Windrad über den Rotor die Bewegungsenergie des Windes auf und wandelt sie in eine Dreh-Bewegung. In einem Generator wird aus dieser Energie dann Strom erzeugt. Energie aus Wind spielt in Deutschland eine wichtige Rolle beim Strom aus erneuerbaren Energien. Sie wird meist an Land gewonnen, aber auch auf dem Meer in sogenannten Offshore-Windparks.
Wasserkraft
Wasserkraft wurde schon in vorindustrieller Zeit zum Antrieb von Mühlen, Säge- und Hammerwerken genutzt. An Bächen und Flüssen wurden Wasserräder angetrieben, mit deren Energie das Korn gemahlen wurde. Die kinetische und potenzielle Energie einer Wasserströmung wird über ein Turbinenrad in mechanische Rotationsenergie umgewandelt, die zum Antrieb von Maschinen oder Generatoren genutzt werden kann. Heute wird mit Wasserkraft in Deutschland fast ausschließlich elektrischer Strom erzeugt. Da für Wasserkraftwerke Strömung vorhanden sein muss, kann diese Erneuerbare Energie nur dort genutzt werden, wo eine hohe Fließgeschwindigkeit des Wassers herrscht. Speicherkraftwerke, Laufwasserkraftwerke und Gezeitenkraftwerke sind typische Varianten. Speicherkraftwerke befinden sich meist an Talsperren und nutzen die Fallenergie des Wassers, während Laufwasserkraftwerke die Strömungen eines Flusses nutzen, um Energie zu erzeugen. Bei Gezeitenkraftwerken nutzt man auch Strömungen, jedoch die der Gezeiten in Meeresbuchten oder Flussmündungen.
Bioenergie
Bioenergie ist bisher der wichtigste und vielseitigste erneuerbare Energieträger in Deutschland. „Der Charme von Biomasse ist, dass man sie in allen Sektoren – Wärme, Strom, Verkehr – einsetzen kann“, erklärt Volker Quaschning, Professor für Regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin. Biomasse wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt. Unter dem Begriff “Biomasse” werden unterschiedliche Rohstoffe zusammengefasst, die immer wieder nachwachsen. Für die energetische Nutzung von Biomasse können Pflanzen – wie Mais, Raps, Getreide, Holz – verbrannt werden. Aus den Pflanzen können flüssige Brennstoffe gewonnen werden, so genannte Biokraftstoffe. Hinter allen diesen Stoffen steht die Sonne: Ihre Energie ist es, durch die Photosynthese und damit das Pflanzenwachstum erst möglich werden.
Geothermie
Bei der Geothermie wird die Wärme der Erde genutzt, um Strom und Wärme zu gewinnen. Geothermie – auch Erdwärme genannt – ist eine nach menschlichen Maßstäben unerschöpfliche Energiequelle. Wenn man von der Erdoberfläche in die Tiefe vordringt, findet man auf den ersten 100 m Tiefe eine nahezu konstante Temperatur von etwa 10°C vor. Danach steigt die Temperatur mit jeden weiteren 100 Metern, je tiefer man kommt, im Mittel um 3°C an. Dies nennt man Erdwärme (Geothermie) und man kann sie mit verschiedenen technischen Verfahren zur Energiegewinnung nutzen. Dabei unterscheidet man zwischen oberflächennaher und tiefer Geothermie. Während die oberflächennahe Geothermie die Erdwärme bis zu 400 m nutzt, dringt die tiefe Geothermie bis zu 5 km in die Erde hinein. Im Gegensatz zur Sonnenenergie liefert die Geothermie das ganze Jahr Energie, da sie wetterunabhängig ist.
Erneuerbare Energien Vor- und Nachteile
Nachdem wir einen umfassenden Einblick in die Welt der erneuerbaren Energien gewonnen haben, werfen wir nun einen genaueren Blick auf die Vor- und Nachteile dieser nachhaltigen Energiequellen. In diesem Abschnitt werden die positiven Seiten erneuerbarer Energien beleuchtet, die zur Förderung einer umweltfreundlichen Energieversorgung beitragen. Gleichzeitig werfen wir einen kritischen Blick auf die Herausforderungen und potenziellen Nachteile, die mit ihrer Anwendung verbunden sind.
Vorteile Erneuerbare Energien
Erneuerbare Energien haben folgende Vorteile:
- Umweltfreundlichkeit: Erneuerbare Energien wie Solarenergie, Bioenergie, Geothermie, Windenergie und Wasserkraft erzeugen Strom und/ oder Wärme ohne schädliche Emissionen, was zu einer signifikanten Reduzierung der Umweltauswirkungen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen führt.
- Nachhaltigkeit: Zum einen sind erneuerbare Energien natürlichen Ursprungs, d.h. sie sind unendlich lang verfügbar (solange die natürlichen Umstände es ergeben). Fossile Brennstoffe dagegen sind begrenzt und setzen bei der Verbrennung schädliche Emissionen frei. Zum anderen wird Energie produziert ohne die Freisetzung großer Mengen von Treibhausgasen, die zum Klimawandel beitragen.
- Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen: Die Nutzung Erneuerbarer Energien verringert die Abhängigkeit von begrenzten fossilen Brennstoffen, was die Energieversorgung stabiler und unabhängiger von geopolitischen Entwicklungen macht.
- Schaffung von Arbeitsplätzen: Der Ausbau der Erneuerbaren Energien führt zu neuen Arbeitsplätzen in Bereichen wie Installation, Wartung und Forschung, was positive Auswirkungen auf die Wirtschaft hat.
Nachteile Erneuerbare Energien
Die Nachteile der erneuerbare Energien sind wie folgt:
- Intermittenz: Erneuerbare Energien sind wetterabhängig und können intermittierend sein. Dies führt zu Herausforderungen in der kontinuierlichen Energieversorgung.
- Flächenbedarf: Große Flächen sind erforderlich, um erneuerbare Energiequellen effektiv zu nutzen, insbesondere bei Solar- und Windparks. Dies kann zu Konflikten bei der Landnutzung führen.
- Technologische Herausforderungen: Die Entwicklung und Implementierung erneuerbarer Energietechnologien erfordern fortgeschrittene Technologien und Investitionen, was mit technologischen Herausforderungen verbunden sein kann.
- Kosten: Obwohl die Betriebskosten von erneuerbaren Energien oft niedrig sind, können die anfänglichen Investitionen für den Aufbau von Anlagen hoch sein, was finanzielle Belastungen mit sich bringt.
Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland
Im Jahr 2022 wurden nach den Berechnungsvorschriften der EU Richtlinie zur Förderung erneuerbarer Energien (RED II, 2018/2001) 20,8 Prozent des deutschen Endenergieverbrauchs aus Erneuerbaren Energien gedeckt. Gegenüber dem Vorjahr stieg der Anteil der Erneuerbaren Energien in Deutschland damit um 1,4 Prozentpunkte. Im Jahr 2020 hatte Deutschland mit einem Anteil von 19,1 Prozent bereits sein unter der EU Richtlinie festgelegtes Ziel von 18 Prozent übertroffen.
Dieses Jahr sollten nach Plänen der Bundesregierung Windkraftanlagen mit einer Leistung von fünf Gigawatt gebaut werden. Die bisher errichteten Anlagen haben allerdings nur eine Leistung von 2,9 Gigawatt, also etwa 59 Prozent der Zielvorgabe. Bei der Solarenergie sollten 2023 Anlagen mit einer Gesamtleistung von neun Gigawatt dazu gebaut werden. Mit 13,2 Gigawatt haben die bisher gebauten Anlagen schon mehr Leistung als geplant, nämlich etwa 147 Prozent der Zielvorgabe.
Deutschland soll bis 2045 klimaneutral werden. Um dieses Ziel zu erreichen muss der Ausbau der Erneuerbaren Energien massiv beschleunigt werden. Die Bundesregierung hat daher im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und im Windenergie-auf-See-Gesetz für die kommenden Jahre feste Ausbauziele formuliert:
- Bis 2030 soll sich die Leistung von Windkraftanlagen auf 145 Gigawatt mehr als verdoppeln.
- Bis 2045 soll die Windkraft dann 230 Gigawatt erreichen.
- Bei der Solarenergie sollen es 2030 sogar schon 215 Gigawatt sein.
- Bis 2045 soll die Leistung der Solaranlagen insgesamt 400 Gigawatt betragen.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass erneuerbare Energien eine entscheidende Rolle in der globalen Energieversorgung spielen. Die Nutzung von natürlichen, sich regenerierenden Ressourcen wie Wind, Sonne, Wasser, Biomasse und Erdwärme bietet nicht nur eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen, sondern trägt auch maßgeblich zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei.
Die Vielfalt dieser Energiequellen ermöglicht es, unterschiedliche Bedürfnisse und Gegebenheiten weltweit zu berücksichtigen. Von Windrädern in windreichen Regionen über Solaranlagen in sonnenverwöhnten Gebieten bis hin zur Nutzung von Wasserkraft in flussreichen Landschaften. Trotz der klaren Vorteile stehen Herausforderungen wie die Entwicklung effizienter Speichertechnologien und die Anpassung der Infrastruktur an die Anforderungen Erneuerbarer Energien im Fokus. Insgesamt stellen Erneuerbare Energien eine nachhaltige Alternative dar, die nicht nur zur Eindämmung des Klimawandels beiträgt, sondern auch den Weg zu einer umweltfreundlichen und langfristig tragfähigen Energiezukunft ebnet.
Häufig gestellte Fragen
Erneuerbare Energien sind Energiequellen, die sich natürlicher Prozesse bedienen und kontinuierlich erneuern. Dazu gehören Windkraft, Solarenergie, Wasserkraft, Biomasse und geothermische Energie.
Erneuerbare Energien sind wichtig, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren, die Umwelt zu schützen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Sie spielen eine entscheidende Rolle in der globalen Energiewende.
Erneuerbare Energien sind nachhaltig, umweltfreundlich und tragen zur Diversifizierung der Energiequellen bei. Sie mindern die Folgen des Klimawandels und fördern die Unabhängigkeit von fossilen Ressourcen.
Herausforderungen umfassen die intermittierende Natur einiger erneuerbarer Quellen, den Bedarf an Speichertechnologien, infrastrukturelle Anpassungen und die Bewältigung von Schwankungen in der Energieproduktion.
