Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

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