Kernfusion und alternative energien
Kernfusion
-Verschmelzung von zwei Atomkernen zu einem
-schwierige Bedingungen:
-mehrere Millionen Grad Celsius
-relativ hohe Dichte
-Stoff muss als Plasma vorliegen
-Je höher Dichte und Geschwindigkeit, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass sich zwei Kerne nahe genug kommen um zu verschmelzen
-Plasma kann durch Trägheitseinschluss (z.B. Plasma der Sonne) und magnetischen Einschluss (wird derzeit untersucht) zusammen gehalten werden
Alternative Energien
Von den regenerativen Energiequellen spielen bislang nur Biomasse (Holz) und Wasserkraft eine Rolle.
Der Weltenergieverbrauch 1989 betrug 356 ExaJoule (EJ), die sich wie folgt aufteilten:
38% Erdöl, 28% Kohle, 20% Erdgas , 7%Biomasse, 6% Kernenergie 2% Wasserkraft
In der Dritten Welt deckt die Biomasse sogar 35% des gesamten Energieverbrauchs.
25% der Weltbevölkerung verbraucht 75% der Weltprimär-Energie. Der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch eines Nordamerikaners liegt um das 5fache über dem Weltdurchschnitt und sogar um das 22fache über dem Verbrauch eines Afrikaners.
Windräder: -in gewisser Weise Weiterentwicklung der frühen Windmühlen
-Turmkopf (auch "Gondel" genannt) ist durch mechanische, hydraulische oder elektro-mechanische Drehgetriebe mitsamt Rotor um 360° drehbar.
-meist dreiblättrig, wegen gleichmäßiger Massenverteilung
-aber auch zwei- (günstig, weil der Preis für ein Rotorblatt relativ hoch ist) und einblättrige (allerdings unruhiges Laufbild und laute Flügelgeräusche) gibt es
-zur Zeit sind in D mehr als 7800 Windkraftanlagen in Betrieb
-Gesamtleistung über 4400 Megawatt, 2% des deutschen Strombedarfs
-Niedersachsen schon 5% des Bedarfs durch Windenergie gedeckt
-die Hälfte des europaweiten Windradstroms wird in D erzeugt, dann Dänemark, Spanien und die Niederlande
Aufwindkraftwerke
-Lässt sich zu solarthermischen Kraftwerken zählen
-Nutzt die Tatsache, dass warme Luft nach oben steigt, kombiniert also seit der Antike bekannte physikalische Gesetze; Windrad, Schornstein- und Treibhauseffekt
-unter einem flachen, an den Seiten geöffneten Glasdach wird die unterliegende Luft erwärmt und steigt durch einen hohen Kamin in der Mitte des Daches auf; dadurch entsteht ein kontinuierlicher Aufwind, der Turbinen antreibt
-ein Aufwindkraftwerk kann so bis zu 45% der einfallenden Sonnenstrahlen in Wärmeenergie umsetzen
-allerdings sind die Größen bei Leistungsstarken Aufwindkraftwerken nahezu unvorstellbar; bei einer Leistung von beispielsweise 200MW muss das Dach einen Durchmesser von 5000m haben und der Kamin 1000m hoch
-besonders Drittländern bietet diese einfache, wenig störanfällige Technologie gute Chancen auf dem Energiemarkt
Solarenergie:
Photovoltaik:
-direkte Gewinnung von Elektrizität aus Sonnenlicht, mit Hilfe von Solarzellen
-teuerste aber auch edelste Variante, aus Sonnenenergie Strom zu erzeugen
-Solarzelle ist Grundeinheit eines Solarstromgenerators, ca. 10x10cm² groß und liefert Strom von einigen Ampere bei einer Spannung von ca. 0,5V
-meist Zusammenschluss mehrerer Solarzellen zu einem Solarmodul in einem Gehäuse, Anforderungen sind hoch: Temperaturen von -40°C bis +80°C, Regen, Hagel, Wind, Kondenswasser.
-Netzgekoppelte Solaranlage meist aus mehreren Modulen, gekoppelt mit Wechselrichter um Strom in das öffentliche Netz einzuspeisen
-Inselanlagen kommen dort zum Einsatz, wo kein öffentliches Stromnetz zu Verfügung steht
Parabolrinnen-Solarkraftwerke:
-kostengünstigste und effizienteste Methode um aus Sonnenlicht Energie zu erzeugen
-Sonnenenergie treibt Dampfturbinen an
-Solarfeld besteht aus mehreren parallel angeordneten Reihen von Kollektoren, jeweils ca.100m lang und wieder unterteilt in Einzelkollektoren
-Spiegel der Kollektoren haben parabolförmigen Querschnitt, im Brennpunkt verläuft ein Absorberrohr, gefüllt mit hitzebeständigem, synthetischem Öl
-Sonnenlicht wird 80-fach konzentriert auf dieses Rohr reflektiert, dadurch erreicht das Öl eine Temperatur von bis zu 400°C
-Energie wird über Wärmetauscher an Wasser abgegeben, der Dampf treibt dann einen Generator an
Turmkraftwerke:
-hunderte, meist gekrümmte Spiegel (Heliostaten) um einen Receiver-Turm herum, welche die Sonnenstrahlen zur Turmspitze reflektieren
-in der Spitze werden die Strahlen von einem Trägermedium absorbiert und zum Wärmekraftwerk weitergeleitet
-Flüssiges Salz (ca. 290°C) wird auf ca.
565°C erhitzt, gibt über einen Wärmetauscher seine Energie an Wasser ab: Wasserdampf entsteht, dieser treibt eine Turbine an, die wiederum über einen Generator Strom erzeugt
à 30 bis 400MWel
Brennstoffzellen
-wird benutzt um aus regenerativ gewonnenem Wasserstoff Strom zu erzeugen
-prinzipiell sind alle Zellen gleich aufgebaut: zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode) befindet sich ein Elektrolyt, der den Ionen- (meist Protonen-) Austausch ermöglicht.
-Unterschiede zwischen den Zelltypen bestehen in Elektrolyten und verwendeten Brenngasen
Beispiel: PEM-Brennstoffzelle
PEM-FC à Proton Exchange Membrane Fuel Cell
Elektrolyt: Polymembran Wirkungsgrad 60% (H2)
40% (CH4)
Anodengase: Wasserstoff Anwendungen: Stromversorgung
(Methanol)* Pkw/Bus
(Methan)* Hausversorgung
Blockheizkraftwerke
Temperatur: 0-80°C
Leistung: bis 250kW Zusatz: CO-empfindlich
*Wasserstoff wird über Reformierung erzeugt
Bioenergie
-1998 wurde in D aus Biomasse eine Energiemenge von 1,1Mrd. kWh erzeugt - im Vergleich mit Windenergie 4,5Mrd. kWh und Wasserkraft 16,1Mrd. kWh.
-Eine alltägliche und wohl auch eine der ältesten Formen der Bioenergienutzung ist das Brennholz.
Weitere Ausgangsstoffe sind Stroh, Gülle, Mist, Tier- und Pflanzenabfälle und Ölpflanzen wie Raps und Hanf.
-bei der Verbrennung von Biomasse entsteht Wärme- oder elektrische Energie
-Biodiesel wird aus Rapsöl und Methanol (Alkohol) hergestellt, es ist allerdings umstritten, da ein großer Flächenverbrauch durch den Rapsanbau und der damit verbundene Dünger- und Pestizid-Einsatz nötig ist, auch ist Biodiesel im Vergleich zu normalem Dieselkraftstoff relativ teuer
-Vorteile sind zum Beispiel sein geringer Schadstoffausstoß bei der Verbrennung und die biologisch leichte Abbaubarkeit, von daher ist der Biodieseleinsatz in der Forstwirtschaft oder der Binnenschifffahrt von Vorteil
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