Was sind erneuerbare Energien und welche gibt es?

Was sind erneuerbare Energien?

Erneuerbare Energien stammen aus Quellen, die sich stets erneuern und daher aus Sicht des menschlichen Zeithorizonts unendlich lange zur Verfügung stehen. Das ist ihr Unterschied zu den fossilen Energiequellen, deren Vorräte begrenzt sind. Neben ihrem Vorteil als Ressource haben erneuerbare Energien den weiteren Vorteil, dass sie bei ihrer Nutzung nicht unmittelbar schädliche Emissionen absondern. Allerdings ist diese pauschale Betrachtung so nicht ganz korrekt, denn die Anlagen zu ihrer Nutzung müssen hergestellt werden. Dabei entstehen durchaus Emissionen.

Welche erneuerbaren Energien gibt es prinzipiell?

In der Reihenfolge ihrer Bedeutung für unseren gegenwärtigen Energiemix sind diese Energieformen erneuerbare Energien:

  • Windkraft
  • Sonnenenergie
  • Bioenergie aus Biomasse
  • Wasserkraft
  • Geothermie

Der Gesamtanteil der erneuerbaren Energien am deutschen Strommix lag im April 2022 (derzeit letzter Monat mit zuverlässigen Zahlen) bei 55 %. Die Windkraft trug 11 % zur gesamten Stromproduktion bei, allerdings schwankt deren Anteil (wie auch der von Solarenergie) mit der Jahreszeit. Im Februar 2022 beispielsweise stammten 20,58 % der deutschen Stromproduktion aus Windenergie, wobei der Gesamtanteil der erneuerbaren Energien am Strommix mit 61 % auch etwas höher lag. Es wehte einfach etwas mehr Wind.

Bedeutung der erneuerbaren Energien weltweit

Sehr viele Staaten der Welt fördern erneuerbare Energien. Deutschland war ein Vorreiter mit seinem EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz), das über 100 Staaten und Bundesstaaten der Welt fast 1:1 übernommen haben. Bemerkenswert ist am EEG, dass es eine Anschubfinanzierung durch die Einspeisevergütung für erneuerbare Energien vorsieht, die degressiv ausgestaltet ist, also allmählich sinkt, was zu einem Innovationsschub führt. Zunächst entwickeln Firmen innovative Technologien wie Solarzellen und Windräder, deren Kosten über das EEG finanziert werden, dann werden diese Technologien durch ihre Weiterentwicklung immer günstiger, worauf das EEG mit der allmählich nachlassenden Förderung reagiert. Das ist vernünftig und hat sich Deutschland (und den meisten anderen Staaten) nachweislich bewährt.

Im Jahr 2022 liefern die erneuerbaren Energien den günstigsten Strom. Das war noch 2010 keinesfalls so. Allerdings fördern und nutzen die Länder in einzelnen Regionen die erneuerbaren Energien recht unterschiedlich, was unter anderem mit dem Klima und der Geografie in verschiedenen Zonen, aber auch mit technologischen Fortschritten und Traditionen zusammenhängt. Weltweit ist die Biomasse der größte Träger von erneuerbaren Energien, weil sie in Entwicklungsländern zum Heizen und Kochen genutzt wird. Die Windkraft und die Solarenergie sind im weltweiten Maßstab längst nicht so wichtig wie in Deutschland. Dafür gibt es auf der Welt viele große, bedeutende Wasserkraftwerke. In Deutschland sind sie hingegen sehr klein, weil wir keine riesigen Flüsse haben.

Erneuerbare Energiequellen aus physikalischer Sicht

Aus rein physikalischer Sicht gibt es natürlich keine „erneuerbaren Energien“. Nach dem Energieerhaltungssatz lässt sich Energie weder unendlich erschaffen noch vernichten. Sie wandelt sich lediglich in verschiedene Formen um. Auch die Energie der Sonne und des Windes ist endlich. Die Primärquellen der sogenannten erneuerbaren Energien sind die Sonne, die radioaktiven Prozesse im Erdinneren und die Gravitation der Himmelskörper. Wind und Biomasse entstehen durch die Wärme der Sonne und die nachfolgende Abkühlung. Durch diese Energiedifferenzen gedeiht unser Ökosystem und entsteht Biomasse, weht Wind durch Temperaturunterschiede und sprudeln Quellen für die Wasserkraft.

Die Energie der Sonne entsteht durch Kernfusion im Stern. In rund vier bis fünf Milliarden Jahren wird dieser erkalten. Doch das ist für die menschliche Betrachtung der Energie derzeit unerheblich, weshalb sich die Bezeichnung als „erneuerbare Energien“ durchgesetzt hat und wohl auch berechtigt ist. Allein die Sonne liefert derzeit rund 10.000 Mal so viel Energie, wie die Menschheit insgesamt benötigt. Auch die Erdwärme und die Kraft der Gezeiten (die auf der Gravitation der Himmelskörper basiert) liefern gemessen am menschlichen Bedarf sehr hohe Energiebeträge.

Weltweite Nutzung der erneuerbaren Energien

Im Jahr 2022 liefern erneuerbare Energien im Weltmaßstab 13,8 % des Energiebedarfs (Quelle: Statista). Die IEA (Internationale Energieagentur) ging im Jahr 2020 von einer Stromerzeugung durch erneuerbare Energien im Jahr 2030 von 40 % des Gesamtbedarfs aus. Bis 2050 könnten es 75 bis 80 % werden. Das größte Wachstum ist derzeit bei der Solarenergie zu verzeichnen, die auch das größte Potenzial insgesamt hat. Die auf der Erde ankommende (nicht reflektierte) Sonnenenergie hat eine Gesamtleistung von ~122 PW (Petawatt) bzw. ~1.070 EWh (Exawattstunden)pro Jahr. Allein diese Leistung übersteigt den Weltenergiebedarf um den Faktor 7.500. Die Sonnenenergie erwärmt Wasser für die Brauchwassernutzung und Heizungen (Solarthermie), lässt sich mit Photovoltaik direkt in elektrischen Strom umwandeln, erzeugt Wind durch meteorologische Prozesse und transportiert Wasser durch atmosphärische Prozesse in höhere Lagen.

Nutzungsformen der erneuerbaren Energien

Folgende Nutzungsformen erneuerbarer Energien haben sich bewährt:

  • Solarenergie: Photovoltaik und Solarthermie
  • Windenergie: Windräder
  • Biomasse: Heizkraftwerke und Biomasseheizungen
  • Geothermie: geothermische Kraftwerke
  • Gezeiten: Gezeiten- und Wellenkraftwerke

Manche Nutzungsformen wirken unspektakulär und sind seit Jahrtausenden bekannt. Dazu gehören das Segelschiff, die Wind- und die Wassermühle, das städtische Wasserrad und der Holzofen. Andere Nutzungsformen sind exotisch und in der Erprobung, haben aber möglicherweise großes Potenzial. Ein gutes Beispiel hierfür liefert das Flugwindkraftwerk. Dieses nutzt die Windenergie mithilfe von aerodynamischen oder aerostatischen Auftriebsvorrichtungen aus. Im Prinzip übertragen fliegende Drachen oder Schirme ihre Bewegung auf Generatoren, die sie in elektrische Energie umwandeln. Die Generatoren können am Boden stehen oder selbst mitfliegen. Das gesamte System wird allerdings mit Halteseilen am Boden verankert.