Alte und neue Energiequellen

Wissenschaft und Technik 2008:

Angesichts der weltweiten Klimadiskussion erlebt die Kernenergie eine Renaissance. Manche Experten gehen davon aus, dass sich der weltweite Anteil des Atomstroms an der gesamten Elektrizitätserzeugung bis zum Jahr 2020 von derzeit rd. 10 auf etwa 20 % erhöhen wird. Dabei sind entscheidende Fragen der Nuklearmüllendlagerung noch ungelöst. Einen neuen Weg will jetzt die Schweiz gehen. Experten aus fünf Ländern haben dort im Rahmen eines Konsortiums von 13 Partnern im Kanton Jura eine 180 Mio. Jahre alte Gesteinsschicht aus sog. Opalinuston gründlich untersucht und sind zu dem Ergebnis gelangt, dass sich dieses tief im Untergrund während der Zeit des Jurameers abgelagerte Sedimentgestein für die sichere Unterbringung hochradioaktiver Abfälle für einen Zeitraum von 100 bis 200 Jahrtausenden eignet. Gleichartige Sedimente finden sich z. B. auch in tiefen Gesteinsschichten des Schweizer Mittellandes und in Baden-Württemberg.

Als Alternative zur Verbrennung fossiler Energieträger stehen seit vielen Jahren Biokraftstoffe zur Diskussion. Wie sich zunehmend zeigt, ist deren Produktion in den meisten Fällen weder ökologisch noch vom Gesichtspunkt der Welternährung aus vertretbar, denn die erforderlichen ausgedehnten Monokulturen zerstören einerseits natürliche Lebensräume, die zur Erhaltung der Artenvielfalt dringend notwendig sind, und konkurrieren andererseits mit Getreideanbauflächen.

1 Jetzt gibt es zwei neue Hoffnungsträger: den Tropenbaum Jatropha curcas und das Biogas Methan. Das in Zentralamerika heimische Wolfsmilchgewächs Jatropha konkurriert weder mit Tropenwäldern noch mit Getreideanbauflächen, denn es gedeiht auch auf ansonsten wüstenhaften, sehr nährstoffarmen und weitgehend erodierten Böden. Seine Samen besitzen bis zu 40 % hochwertiges Öl, das bei der Biodieselproduktion Sonnenblumen-, Raps- und anderem Pflanzenöl weit überlegen ist. In ariden Gebieten erleben Jatropha-Plantagen derzeit einen ausgesprochenen Boom. China hat in den vergangenen Jahren 2 Mio. ha angelegt, bis 2010 sollen weitere 11 Mio. ha folgen. Allein in Indien schätzen Experten die potenzielle Anbaufläche auf 306 Mio. ha Landes, das sich für andere Kulturpflanzen nicht eignet und das auch keine schützenswerten Biotope beheimatet.

Wer an Methangas denkt, hat in erster Linie Kuhställe und die Ausgasung von Mülldeponien vor Augen. Eine weitaus ergiebigere Quelle sollen nach neuesten Forschungsergebnissen in Zukunft riesige Erdöllagerstätten sein, die unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten für eine Ölförderung nicht geeignet sind, weil sie schwer zugänglich sind oder qualitativ minderwertiges Öl enthalten. Hier soll ein erst kürzlich entdeckter biologischer Erdölabbauprozess genutzt werden: Es gibt Bakterien, die Erdöl zersetzen und als Stoffwechselprodukt Methan erzeugen. Experten wollen nun diese biologischen Mechanismen beschleunigen und/oder in unwirtschaftlichen Erdöllagerstätten überhaupt erst in Gang setzen, um dann gezielt das energiereiche Methan zu fördern.

In Relation zum weltweiten Energiehunger entwickelte sich in den vergangenen Jahrzehnten die Solarenergietechnik vergleichsweise langsam. Das lag nicht zuletzt an den niedrigen Wirkungsgraden und den hohen Produktionskosten der Solarzellen. Vor allem in den USA gibt es heute aber verschiedene Ansätze, das zu ändern. Klassische Siliziummonokristall-Solarzellen haben theoretisch einen maximalen Wirkungsgrad von 24 %; dieser Anteil der einfallenden Solarenergie wird in elektrische Energie umgewandelt. In der Praxis liegt der Wirkungsgrad allerdings nur zwischen 15 und 20 %. Zudem sind diese Zellen für den großtechnischen Einsatz unerschwinglich teuer. Der Wirkungsgrad preiswerterer multikristalliner Solarzellen erreichte 2007 gerade einmal 10 %. Heute gibt es einerseits Konzepte, durch Verwendung anderer Substanzen wie Galliumarsenid oder Cadmiumtellurid bis zu 31 % Wirkungsgrad zu erreichen, doch lassen sich diese Materialien bislang nicht wirtschaftlich produzieren. Andererseits soll die Physik der Solarzellen durch Quanten-Konstruktionen verbessert werden, bei denen ein Sonnenphoton nicht wie bisher ein Elektron-Loch-Paar (also ein negatives und ein positives Teilchen) erzeugt, sondern deren zwei oder mehrere. Dadurch sollen sich nach einem Konzept des US-Physikers Arthur Nozik theoretisch Wirkungsgrade bis zu 63 % erzielen lassen. Bisher liegt die großtechnische Erzeugung derartiger Solarzellen aber noch in fernerer Zukunft.