Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU
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78 3 Technologien und nachhaltige Potenziale<br />
Wärme unter Einsatz zusätzlicher Energie von<br />
einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau.<br />
In der Regel wird dem Boden durch Wärmetauscher,<br />
die in 1–2 m Tiefe verlegt werden, Erdwärme <strong>im</strong> Temperaturbereich<br />
von 5–10 °C entzogen.<br />
Alle Wärmepumpen brauchen zum Betrieb hochwertige<br />
Energie, deren Berücksichtigung für die<br />
energetische Bewertung unerlässlich ist. Dies<br />
geschieht mit der so genannten „Arbeitszahl“, die<br />
das Verhältnis von eingesetzter Energie (z. B. Strom,<br />
Gas) <strong>zur</strong> Nutzenergie (genutzte Heizwärme) beschreibt.<br />
Da <strong>im</strong> konventionellen Kraftwerk nur etwa<br />
ein Drittel der Pr<strong>im</strong>ärenergie in Strom überführt<br />
wird, sollte eine strombetriebene Wärmepumpe<br />
be<strong>im</strong> heutigen Energiemix eine Jahresarbeitszahl<br />
deutlich größer 3,6 haben. Bei allen anderen Wärmepumpen,<br />
bei denen in der Energiebilanz keine<br />
Abwärmeverluste in Kraftwerken auftreten, ist<br />
schon eine Arbeitszahl von 1,1 ausreichend. Derzeitige<br />
Prototypen und Kleinprodukte thermisch angetriebener<br />
Wärmepumpen (Erdgas) erreichen Jahresarbeitszahlen<br />
von 1,3. Bei elektrisch angetriebenen<br />
Kompressionswärmepumpen werden Arbeitszahlen<br />
von über 3,6 erreicht.<br />
In Verbindung mit Wärmepumpen kann das<br />
Erdreich als Wärmespeicher genutzt werden, wenn<br />
die gleichen Anlagen <strong>im</strong> Sommer <strong>zur</strong> Kühlung/Kl<strong>im</strong>atisierung<br />
dienen. In diesem Fall wird die be<strong>im</strong><br />
Kühlprozess anfallende Abwärme <strong>im</strong> Erdreich<br />
gespeichert, wodurch die Temperatur für den winterlichen<br />
Heizbetrieb angehoben werden kann.<br />
3.2.7.3<br />
Umwelt- und Sozialfolgen<br />
Bei aus der Tiefe geförderten heißen Wässern ist eine<br />
Reinjektion notwendig, weil sie nicht nur Mineralien,<br />
sondern auch Schwefelwasserstoff, Ammoniak,<br />
Stickstoff, Schwermetalle und Kohlendioxid enthalten.<br />
Die entsprechende Technologie ist vorhanden.<br />
Bei der Stromerzeugung mit thermodynamischen<br />
Maschinen auf der Basis leichtflüchtiger Arbeitsmittel<br />
sollte das eingesetzte organische Medium<br />
ungiftig sein und kein wesentliches Treibhauspotenzial<br />
besitzen. Aufgrund niedriger Vorlauftemperatur<br />
und geringer Umwandlungswirkungsgrade fällt bei<br />
geothermischen Stromerzeugung zudem lokal eine<br />
große Menge Abwärme an, die entsorgt werden<br />
muss.<br />
Bei elektrischen Wärmepumpen ist die Gesamtenergiebilanz<br />
kritisch zu betrachten. Ebenso müssen<br />
die Niedertemperatur-Wärmequellen sorgfältig ausgewählt<br />
werden: Eine starke Abkühlung von Grundwasser<br />
sollte vermieden werden, aber aus durch<br />
Abwärme belasteten Flüssen kann ein Wärmeentzug<br />
durchaus ökologisch sinnvoll sein.<br />
3.2.7.4<br />
Bewertung<br />
Erdwärme hat ein großes technisches Potenzial und<br />
steht <strong>im</strong> Gegensatz zu Sonnen- und Windenergie<br />
kontinuierlich <strong>zur</strong> Verfügung. Das nachhaltig nutzbare<br />
Potenzial wird vom Beirat dennoch bis 2100 nur<br />
sehr vorsichtig auf 30 EJ pro Jahr eingeschätzt.<br />
Bei Nutzung von Erdwärme aus großer Tiefe auf<br />
hohem Temperaturniveau sind Stromerzeugung,<br />
Nutzung für Nah- und Fernwärmenetze und Kombination<br />
beider möglich. Für niedrige Temperaturniveaus<br />
kommen hingegen nur thermische Anwendungen<br />
in Frage. Der Beirat empfiehlt, die entsprechenden<br />
Technologien weiter zu entwickeln und den<br />
Ausbau zu fördern. Bei Wärmepumpen <strong>zur</strong> Nutzung<br />
oberflächennaher Wärme sollte dabei auf ausreichend<br />
hohe Arbeitszahlen geachtet werden.<br />
3.2.8<br />
Andere erneuerbare Energien<br />
Neben den bisher beschriebenen Technologien <strong>zur</strong><br />
Nutzung erneuerbarer Energiequellen, von deren<br />
großskaligem Einsatz in einem nachhaltigen Energiesystem<br />
ausgegangen werden kann, gibt es andere<br />
Ansätze <strong>zur</strong> Energiekonversion erneuerbarer Energiequellen.<br />
Als marine Energiequellen werden in erster Linie<br />
Gezeiten- und Wellenenergie genannt. Unter<br />
best<strong>im</strong>mten geomorphologischen Bedingungen, die<br />
eine Strömung einengen und dadurch beschleunigen,<br />
kann die Wassergeschwindigkeit durch Gezeitenströmung<br />
für eine Gewinn bringende energetische Nutzung<br />
ausreichen. Wegen der <strong>im</strong> Vergleich zu Luft<br />
deutlich höheren Dichte des Wassers genügt hierzu<br />
eine viel niedrigere Strömungsgeschwindigkeit als<br />
bei der Windenergie. Schon ab etwa 1 m pro Sekunde<br />
Gezeitenströmung erscheint die Nutzung lohnend.<br />
Zudem kann in Ästuaren und Flussmündungen der<br />
Tidenhub mehr als 2 m betragen, der in Gezeitenkraftwerken<br />
für den Betrieb von Turbinen genutzt<br />
werden kann. Wellenenergie entsteht durch die<br />
Wechselwirkung von Meeresoberfläche und Wind.<br />
Die Energiedichte n<strong>im</strong>mt allerdings mit der Annäherung<br />
an die Küste ab. Daher besteht die technische<br />
Herausforderung darin, Anlagen für küstenferne<br />
Standorte zu entwickeln. Vielfältige Konzepte sind<br />
bereits angedacht, manche werden erprobt.<br />
In vielen Prozessen der chemischen, petrochemischen<br />
oder verwandter Industrien werden fossile