Montag, 23. April 2012

Das Meer - Zukunft der Energie?


DAS MEER- ZUKUNFT DER ENERGIE?

Als eine Gruppe Homo erectus vor  500.000 Jahren nach einem schweren Unwetter den Schutz ihres Lagers verließen, erblickten sie es: das Feuer, die erste Form von Energie, die die Menschheit nutzten. Eine kulturelle Evolution begann. 1712 ein weiterer immenser Meilenstein; die Erfindung der Dampfmaschine von Thomas Newcomen, 150 Jahre später wird das erste Kraftwerk im Jahre 1885 in Berlin in Betrieb genommen. 1954,  Obninsk, das erste zivile Kernkraftwerk liefert 5 Megawatt Strom.  Doch dann folgten schwarze Jahre für den Weltenergiemarkt: Die zwei großen Ölkrisen und ein beinahe GAU im Atomkraftwerk Harrisburg (USA) zwischen 1973 und 1980 und der Super-GAU im Atomkraftwerk Tschernobyl`1986  in der damaligen UDSSR.
Doch das Jahr 1992 läutete die nächste Epoche einer Evolution in Sachen Energie ein; die erste WELTKLIMAKONFERENZ findet statt. Die dort entwickelte und 1994 in Kraft getretene Klimarahmenkonvention ist der erste internationale Vertrag, der den Klimawandel als ernstzunehmendes Problem anprangerte und die Unterzeichnernationen dazu aufforderte und verpflichte, etwas gegen dieses Problem zu unternehmen. Ein Problem, dessen Lösung durch frühere Generationen bereits viele Steine in den Weg gelegt worden sind und dessen Beseitigung es kluger Köpfe, Zeit und das Engagement der gesamten Weltbevölkerung benötigt…

KANN EIN VERTRAG DIE WELT VERÄNDERN?


1992 wurde in Rio de Janeiro Geschichte geschrieben, als sich die Regierungen und auch sogenannte Nichtregierungsorganisationen, z.B. Umweltaktivisten, Entwicklungs- und Sozialverbände 189 Länder zusammensetzten und die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen (UNFCCC) entwickelten, welche erstmals völkerrechtlich verbindliche Zielwerte für die Verminderung des Ausstoßes von Treibhausgasen (Kohlendioxid, Methan, Disstickoffoxid(=Lachgas), teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW/HFCs), perlfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW/HFC) und Schwefelhexafluorid) bis 2008-2012  in den Industrieländern festlegte.
Welche Länder teilnehmen, und wie die Daten im Einzelnen aussehen, klärt folgende Tabelle:

Staat
Emissionen 1990 in
Mio. t 
CO2-Äquivalent
Verpflichtete Emissions-
änderung bis 2008-12
Emissionen 2007 in
Mio. t 
CO2-Äquivalent
Reale Emissions-
änderung 2007
Abweichung in
Prozentpunkten
6 085
keine (urspr. −7,0 %)
7 107
+16,8 %

3 319
0 %
2 193
−34,2 %
−34,2 %
1 270
−6,0 %
1 374
+8,2 %
+14,2 %
1 215
−21,0 %
956
−21,3 %
-0,3 %
926
0 %
436
−52,9 %
−52,9 %
774
−12,5 %
640
−17,3 %
−4,8 %
592
−6,0 %
747
+26,2 %
+32,2 %
566
0 %
536
−5,3 %
−5,3 %
570
−6,0 %
399
−30,0 %
−24,0 %
516
−6,5 %
553
+7,1 %
+13,6 %
416
+8,0 %
541
+30,0 %
+22,0 %
288
+15,0 %
442
+53,5 %
+38,5 %
276
−8,0 %
152
−44,8 %
−36,8 %
223
−6,0 %
208
−2,1 %
+3,9 %
195
−8,0 %
151
−22,5 %
−14,5 %
143
−7,5 %
131
−8,3 %
-0,8 %
79
−13,0 %
88
+11,3 %
+24,3 %
53
−8,0 %
51
-2,7 %
+5,3 %
Angaben ohne Landnutzung („excluding LULUCF“)
Quelle: UNFCCC (2009):National greenhouse gas inventory data for the period 1990–2007 

Die Zukunft des Kyoto-Protokolls ist ungewiss; 2009 sollte in Kopenhagen ein neue Klimarahmenkonvention  für nun mehr teilnehmende Nationen geschaffen werden: In der nicht verbindlichen  Washingtoner Erklärung vom 16. Februar 2007 haben sich die Staatschefs der Nationen Kanadas, Deutschlands, Italiens, Japans, Russlands, Britanniens, der USA, Brasiliens, Chinas, Indiens, Mexikos und von Südafrika grob auf eine Nachfolgeregelung geeinigt, die in Kopenhagen ausgearbeitet und unterschrieben werden sollte. Doch dieses Vorhaben wurde hauptsächlich von den (Noch-)Entwicklungsstaaten China und Indien vereitelt, denn sie wollten für ihre eigenen Länder keine verbindlichen Einschränkungen akzeptieren. Das große Ziel wäre ein Festsetzen des Anstiegs des Weltklimas auf maximal 2 Grad Celsius gewesen, der Wert, der laut dem Umweltprogramm der UN nötig ist, um eine empfindliche Störung des Weltklimasystems zu vermeiden…
Angaben ohne Landnutzung („excluding LULUCF“)
Quelle: UNFCCC (2009):National greenhouse gas inventory data for the period 1990–2007 
So forscht man weiter, um weitere Energie-Ressourcen zu finden und auszuschöpfen.
 

KANN MAN MIT WELLENENERGIE SURFEN?


…ja, und das in beiderlei Hinsicht. Offshore-Wellenkraftanlagen wie sie zum Beispiel gerade auf der Bernera Wave Farm bei den Western Isles vor Schottland entstehen, machen es möglich. Dort entsteht gerade ein Wellenkraftwerk, das nach einer kompletten Fertigstellung, die bis zum Jahr 2013/14 geplant ist bis zu 20 MW in das britische Stromnetz einspeisen wird, was rund 13.000 Immobilien eine nachhaltige Stromquelle und der Natur einen Kohlendioxidauststoß von ca. 25.000 Tonnen pro Jahr bringen würde.

DOCH WIE KANN MAN DIE ENORME ENERGIE EINER WELLE EINFANGEN?


Die "Seeschlange" Pelamis
Die Firma Pelamis Wave Power hat mit der genialen Idee von Richard Yemm, der sie 1998 gründete, einen Weg gefunden: Die Pelamis, ein 120 Meter langes Seeungeheuer aus 3,5 Metern durchmessenden, stählernen Schwimmkörpern. Die Pelamis (=griechisch: Seeschlange), treibt wie ein langer Schlauch auf dem Meer. Sobald auch nur eine kleine Wellenbewegung einsetzt, bewegen sich die insgesamt vier einzelnen Segmente der Pelamis auf und ab. 
Der Hydraulikmotor 
Die einzelnen Segmente sind über Gelenke miteinander verbunden. Diese Gelenke treiben bei einer Wellenbewegung, die die Segmente anhebt oder sinken lässt, Hydraulikzylinder an, die unter Hochdruck stehendes Fluid durch einen Hydraulikmotor pressen.  Der Hydraulikmotor treibt eine Turbine an, welche die von der Maschine erzeugten 750 kW durch ein Kabel an einen Knotenpunkt auf dem Meeresgrund weiterleitet. An diesen Knotenpunkt können viele weitere Pelamis-Maschinen angeschlossen werden und so über die mit dem Knotenpunkt verbundene Leitung Energie in das Stromnetz einspeisen. In der Bernera Wave Farm sollen bis zu 26 dieser  Pelamis-Maschinen installiert werden.

Damit so eine Wellenfarm auch effektiv arbeitet und die maximal mögliche  Menge an Energie erzeugt, muss die Wahl des Standortes sehr lange und sehr gut durchdacht werden. Der optimale Standort hängt natürlich vom dortigen Wetter, vor allem aber vom dortigen durchschnittlichen Wellengang ab. Beides zusammen nennen Wissenschaftler von Pelamis Wave Power das „Wave Climate“. Um dieses zu bestimmen, werden über Satellitenaufnahmen und datensammelnde „Wellenbojen“ die durchschnittliche Wellenhöhe, die durchschnittliche Dauer der Zeiträume, in den es viele Welle gibt, aber auch wellenfreie Zeiten, sogenannte „Weahter Windows“, die zur Wartung bestimmt sind, gemessen und ausgewertet. So konnten Wissenschaftler eine Tabelle entwickeln, in der die unterschiedlichen Leistungen bei unterschiedlichen Wetterverhältnissen und an unterschiedlichen Orten der Pelamis-Maschinen aufgeführt sind. 

Solch ein optimaler Ort ist zum Beispiel Aegir bei Shetland, wo ebenfalls ein Wellenkraftwerk mit 26 Pelamis-Maschinen für den Energieriesen Vattenfall geplant ist.
Fakt ist, dass man mit emissionsfreier Wellenenergie 15 Prozent des Weltenergiebedarfs decken kann. Und solange Unternehmen wie Pelamis Wave Power den Ozean weiter nach geeigneten Orten für ihre Offshore-Wellenkraftwerke durchforschen werden diese 15 Prozent in nicht allzu ferner Zukunft womöglich voll durch Wellenenergie ausgelastet sein.

KANN DER EAST-RIVER NEW YORKs CO2 AUSSTOß SENKEN?


3,66 Billionen Tonnen; so viele Tonnen CO2 hat der Mensch schon in die Atmosphäre  geblasen. Und pro Sekunde werden es 8 Millionen mehr; genau in der Sekunde, in der ich diesen Artikel schreibe, sind es bereits 3.668.064.146.981 Tonnen. Die letzten drei Stellen der Zahl sind beinahe zu schnell zum Abschreiben. Nach der Verbrennung fossiler Energieträger wie zum Beispiel Braunkohle und des Ausstoßes durch Transportwesen und individuellen Verkehr sind Großstädte die größten Ursachen für diese gigantische Zahl. Deswegen müssen die Städte versuchen, mit Hilfe innovativer Ideen ihren CO2-Ausstoß zu senken; New York City ist so eine Stadt.
So wurde das Projekt Roosevelt Island Tide Energy des Unternehmens Verdant Power und des New York State Energy Research and Development Authority, das das Projekt mit 2,5 Millionen US-Dollar jährlich fördert, im Jahr 2002 in die Wege geleitet.
RITE (Roosevelt Island Tide Energy) ist ein Tidehub- oder Strömungskraftwerk. Es macht sich die Kraft der Gezeitenwechsel, somit auch indirekt die Anziehungskraft des Mondes zunutze. In einem Gezeitenkraftwerk werden Turbinen frei stehend auf dem Meeresgrund bzw. Flussbett verankert, ähnlich einer Windkraftanlage, nur dass ein Strömungskraftwerk sich nicht die Luftströmung, sondern die Strömungen der Gezeiten, Flüsse und der Kanäle zu Nutzen macht.
Eine der Unterwasserturbinen auf dem Grund des East-Rivers 


DOCH WIE FUNKTIONIERT DAS?


Wasser besitzt eine 800mal höhere Dichte als Luft. Um einen Megawatt Strom zu erzeugen, bräuchte ein Windkraftwerk einen Rotor mit einem Durchmesser von 55 Metern, ein Strömungskraftwerk nur einen 20 Meter durchmessenden Rotor. Um solch hohe Werte zu erzeugen ist eine relativ geringe Wassergeschwindigkeit, nämlich nur 2 bis 2,5 Meter pro Sekunde nötig (Zum Vergleich: Ein Windkraftwerk würde 17/18 km/h benötigen.) Um den Rotor überhaupt in Bewegung zu setzen, benötigt es natürlich einem: Der Strömung. Und die kann ist an fast allen Küsten in ausreichender Menge zu finden, was Strömungskraftwerke vor allem für küstengelegene Großstädte attraktiv macht. Aber mit „normaler“ Meeresströmung wird das Kraftwerk nicht betrieben, dafür ist sie zu gering; der Golfstrom zum Beispiel verfügt nur über eine Geschwindigkeit von 1,4 Metern pro Sekunde. Doch um eine Tideturbine anzutreiben, benötigt es eben der Fließgeschwindigkeit des Tidehubs, 2-2,5 Meter pro Sekunde, um die Turbine zwar langsam, aber für die Energieproduktion ausreichend anzutreiben. Je nachdem, ob Ebbe oder Flut herrscht, fließt das Wasser in eine andere Richtung. Deswegen sind die Turbinen allesamt drehbar, um sich der jeweiligen Fließrichtung anzupassen und somit die Kraft des Tidehubs maximal auszunutzen.

Nachdem 2006 die Entwicklungsphase abgeschlossen war, errichteten die Ingenieure sechs solcher fünf Meter hoher Tideturbinen, die jeweils eine Leistung von 35 kW bringen, auf dem Flussbett des East Rivers. Doch dies brachte einige Schwierigkeiten mit sich, die in anderen Teilen der Welt in ähnlichen Projekt nicht anders waren: Eine trockene, vor Unterspülung geschützte Stelle auf dem Grund des Flusses zu  finden, war nicht einfach und brachte hohe Anforderungen an die Bauarbeiter mit sich. Zudem mussten sich die Architekten Gedanken über den Salzgehalt des Wassers machen, da der East River eigentlich kein Fluss, sondern eine Meerenge zwischen Queens und der Bronx ist und Salz normalen Zement angreift. Eines der größten Probleme ab der Errichtung der 2006 war, das durch die starke Strömung des East Rivers häufig die Rotorblätter der Tideturbinen abgebrochen sind. Durch eine Umkonstruktion der Rotorblätter konnte dieses Problem jedoch behoben werden. Um das Fundament für die Turbinen zu legen, musste in einem sehr aufwändigen Verfahren ein Teil des East River trockengelegt werden. Das alles, einschließlich der Tatsache, dass die Wartung der Turbinen kostenintensiv und aufwändig ist, hat den Vormarsch der Strömungskraftwerke im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien etwas gebremst. Trotz all dieser Schwierigkeiten gelang es, nachdem das Problem mit den abbrechenden Rotoren behoben war, mit Hilfe der erzeugten Energie ein Einkaufszentrum und ein Parkhaus auf Roosevelt Island mit emissionsfreier Strömungsenergie zu versorgen. Damit ist das Projekt RITE aber nicht etwa beendet;  bis 2012 sollen 30 Tideturbinen aufgestellt worden sein, die dann 1 Megawatt in das New Yorker Stromnetz einspeisen. Laut Verdant Power ist sogar eine Erweiterung auf 300 Turbinen geplant.
Funktionsweise der Strömungsrotoren
Strömungsenergie hat Zukunft. Und großes Potenzial; seit R. Gibrat 1940 das Gezeitenkraftwerk basierend auf Forschungsergebnissen aus dem Jahr 1920 erfunden hat, wurde sehr viel daran von klugen Köpfen verbessert und hinzugefügt. Ein gutes Beispiel ist die Weiterentwicklung der Turbine 2006, als Ingenieure beim Bau des RITE-Projekts das firmeneigene Free Flow System insofern verbesserten, dass heute die Gefahr des Abbrechens der Rotorblätter unter normalen Bedingungen nicht mehr gegeben ist. 


Bis heute hat das RITE-Projekt mehr als 75 Megawattstunden an die New Yorker geliefert. Aber auch andere Städte könnten in naher Zukunft durch die Kraft der Gezeitenströmung sauberen Strom bekommen. Allein vor den Küsten Kanadas könnte durch Tideturbinen-Felder ein Energieertrag von 15.000 Megawatt erwirtschaftet werden. 

TROTZ ALLER EMISSIONSLOSIGKEIT- SIND PELAMIS & CO. AUCH UMWELTVERTRÄGLICH?


Durch die stete Weitentwicklung sind Wellenkraftanlagen und Gezeitenkraftanlagen bzw. Strömungskraftanlagen gemäß dem-auch durch das Kyoto-Protokoll- Trend der Zeit sauber und umweltverträglich geworden- das war nicht immer  so. Früher, zu Beginn der Entwicklung von Strömungskraftwerken wurden ganze Buchten durch Dämme begrenzt, in die das Wasser bei Tidehub ein- und ausfließen konnte. Dadurch wurde eine Turbine in der Öffnung des Dammes betrieben. Dieses Verfahren jedoch hat das Ökosystem seiner Umwelt sehr schwer belastet: Ganze Fischschwärme zum Beispiel, die womöglich zum Leichen in die Bucht schwimmen wollten, konnten ihre Eier nicht an sicheren Plätzen ablegen. Der Küstenbereich am Rande des Dammes wurde zerstört, einheimische Vogelarten fehlte es an Platz zur Eiablage. Durch die freistehenden Tideturbinen wird fast nichts am Lebensraum Meer oder Fluss einschneidend verändert. Keine sichtbaren Pfähle stehen am Rand des Horizonts und kein Fisch oder anderes Meereslebewesen wird in seiner Wanderung gestört, obwohl Wissenschaftler gerade Studien betreiben, ob Lebewesen durch die Rotoren verletzt werden könnten. Das ist aber sehr unwahrscheinlich, da sehr viel Platz um die Rotoren besteht. Die Umweltverträglichkeit der Pelamis ist durch viele Schutzmaßnahmen gesichert- das hydraulische Öl ist kein Schweröl oder sonstiges schädliches, sondern falls nach einem schweren Unwetter etwas lecken sollte, ist es ökologisch abbaubar. Das schlimmste, was passieren könnte, wäre, das einer der Pelamis hinfort gerissen wird, was aber hauptsächlich aus der finanziellen Sicht ein Desaster wäre.

Von meinem Standpunkt aus kann ich nur sagen, dass ich hoffe, dass die genannten Wege zur Nutzung der unerschöpflichen Energie des Meeres in nicht allzu ferner Zukunft Anwendung finden werden. Und ich hoffe, dass, wenn meine Kinder später mal an Energie denken, nicht gleich die Frage aufkommt, wie wohl deren Zukunft aussieht. jc

Kleine Anmerkung von jc: Vielleicht - unwahrscheinlich, aber vielleicht - kommt irgendjemanden ein Teil des Artikels bekannt vor. Das liegt daran, dass er mal gekürzt in der welt der wunder veröffentlicht wurde. Ist aber meiner, und nicht geklaut ;)



Und so sah das in der Welt der Wunder aus :) (Seite 16-19(=Doppelseite 8-9)) Link zum PDF

© Vollhorst-Blog, Welt der Wunder, von Jan Casper

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