Zwei  Schlüssel  zur  Energiewende

Das Problem

Wir haben, trotz hohem technischem Niveau, halb-dilettantisch die Kernenergie aufgebaut: Strahlungsgefährdung, GAU-Risiko, fehlende Entsorgung des Atommülls, keine demokratischen Entscheidungsprozesse sind bis heute ein Problem.

Schlittern wir jetzt genauso halb-dilettantisch in die Energiewende? Windräder und Solarparks, Stromleitungen zu ihnen durch die Natur, gigantische Überland-Stromleitungen (mit hohen Verlusten), neue Stauseen zur Energiespeicherung sind auch ein riesiges Problem wegen der Verschandelung der Landschaft, den Gesundheitsgefahren (Elektrosmog, psychische Beeinträchtigung durch ständig sich bewegende Windräder) und den undemokratischen Entscheidungsprozessen. Auch der Anbau von Energiepflanzen statt Nahrung ist problematisch.

Zwei Maßnahmen könnten das Problem lösen:


        -  Synthese von Kraftstoff mittels Sonnenenergie
        -  (Synthese von Kraftstoff bei der Müllverbrennung)
        -  Private Energiegewinnung und -Speicherung




Synthese von Kraftstoff mittels Sonnenenergie

Diskutiert werden momentan 2 unpraktikable Verfahren, Sonnenenergie aus südlichen Ländern nach Mitteleuropa zu holen: Große Anlagen in sonnigen Gebieten wie Südeuropa und Nordafrika erzeugen Strom, das ist Stand der Technik. Dieser Strom wird entweder in riesigen Leitungen direkt nach Mitteleuropa geliefert, oder mit ihm wird aus Wasser durch Aufspaltung der Moleküle (Pyrolyse) der Energieträger Wasserstoff gewonnen, auch Stand der Technik.   Doch dabei hat man 2 Probleme:


    - Stromleitungen aus Nordafrika nach Mitteleuropa sind fast unmöglich,
      weil gigantisch landschaftszerstörend, teuer und (Strom-)verlustreich

    - Die Speicherung von Wasserstoff ist ein Problem:
      Verflüssigung, Speicherung in Druckbehältern
      oder als chemische Verbindung (Metallhydrid) 
      sind Stand der Technik, aber alle viel zu aufwendig



Es gibt aber eine bessere Lösung:

Synthese von Kraftstoff aus Wasser und CO2 mittels Sonnenenergie

Kohlendioxid CO2, bestehend aus Kohlenstoff und Sauerstoff, gibt es in riesigen Mengen. Es fällt bei der Verbrennung von Holz und fossilen Treibstoffen in riesigen Mengen an, ist Abfall und schädlich, weil es in die Atmosphäre gelangt und die Klimaerwärmung mitversacht. Es gibt Pläne, Kohlendioxid aus Kraftwerken ins Gestein zu pressen und so unschädlich zu machen. Doch es könnte unter (Sonnen-)Energiezufuhr auch zu Treibstoff verarbeitet werden, denn:


Erdgas, Benzin und Öl bestehen prinzipiell nur aus Kohlenstoff C und Wasserstoff H, z.B.:

gasförmig:    Methan = CH4      Äthan = C2H6      Propan = C3H8      Butan = C4H10
flüssig:         Hexan  = C6H14      etc.

Beim seit 1925 bekannten Fischer-Tropsch-Verfahren zur Benzingewinnung werden Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff (beide aus heißem Koks und Wasserdampf gewonnen) bei 200 Grad und leichtem Druck über einen Katalysator geleitet, der es in Kohlenwasserstoffe (Methan, Äthan, Hexan etc.) umwandelt.
Doch es geht auch mit CO2 statt Koks, 2 ähnliche Verfahren bieten sich an:

1)  Man leitet CO2 über heißes Eisen, wo es zu Kohlenmonoxid reduziert wird (ein seit 1799 bekanntes Verfahren), mischt dieses mit (durch Pyrolyse aus Solarstrom erzeugtem) Wasserstoff und leitet das Gasgemisch über einen Katalysator, um Kohlenwasserstoffe, also Treibstoff, zu erzeugen.

2)  Man leitet CO2 über heißes Eisen, wo es zu Kohlenmonoxid CO reduziert wird, und fügt Wasserdampf hinzu. Dann wird ein Teil des CO wieder zu CO2, wobei Wasserstoff frei wird (CO + H2O → CO2 + H2 , sogenannte Wassergas-Shift-Reaktion). Dann verbinden sich CO und Wasserstoff mittels Katalysator zu Kohlenwasserstoffen, also Treibstoffen.

Beide Verfahren könnten auch gemischt werden, auch beim Fischer-Tropsch-Verfahren wird zusätzlich die Wassergas-Shift-Reaktion verwendet, um den Wasserstoffgehalt des entstandenen Gasgemisches zu erhöhen.
Die Prozessenergie dazu liefert die Sonne, direkt über konzentrierte Solarwärme (billiger und einfacher) oder indirekt über Solarstrom. Das ist die Energie, die später beim Verbrennen des Treibstoffs wieder frei wird und Arbeit leistet.


Diese Treibstoffsynthese wäre besser als der Stromtransport aus entfernten Gegenden, denn:

    - man kann Öl- und Gaskraftwerke weiter betreiben, die auch nachts Strom liefern,
      bei Bedarf schnell hochfahren können und vor Ort sind (keine Überlandleitungen)
    - kann von variablen Gegenden Energie beziehen (auch aus Arabien oder Übersee),
      je nach Verfügbarkeit und Preis


Das bei der Verbrennung von synthetischem Treibstoff in Kraftwerken entstehende Kohlendioxid sollte man zur Wiederverwertung auffangen. Das ist Stand der Technik, denn seit Jahrzehnten wird bei der Koksverbrennung anfallendes CO2 aufgefangen und in chemischen Fabriken in großen Mengen zur Herstellung von Zucker, Soda, Stickstoffverbindungen (z.B. Kunstdünger) verwendet sowie für Selterswasser, Schaumwein, Bierdruckapparate, Kältemaschinen und Trockeneis.

Dieses aufgefangene CO2 sollte man in die (möglichst benachbarten) stromerzeugenden Fabriken zurückbringen (wie Erdgas mit Pipelines oder Schiffen) und wieder zur Treibstoffsynthese verwenden. Man hat somit einen geschlossenen CO2-Kreislauf ! Beim Betrieb von Verbrennungskraftwerken mit synthetischem Treibstoff würde also die Atmösphäre nicht weiter mit CO2 angereichert !
(Dieser geschlossene Kreislauf wäre wahrscheinlich viel effizienter als bei uns das CO2 einfach in die Atmosphäre zu blasen und vor Ort wieder herauszufiltern - durch Filter aus Styropor z.B. dringen die großen CO2-Moleküle schwerer als die kleineren Sauerstoff- und Stickstoff-Atome)
Und der synthetische Treibstoff wäre frei von Schadstoffen wie Schwefel etc., wenn das Ausgangsmaterial CO2 einmal gereinigt wurde, bevor es in den Kreislauf kam !

Solche Kraftwerke könnten die Atomkraftwerke ersetzen, und das Problem der variablen Stromerzeugung wäre gelöst (Sonne - keine Sonne, Wind - kein Wind, Bedarf - kein Bedarf).
Wir haben auch bereits genug Energiespeicher, nämlich Treibstofftanks.

Die Entwicklung, besser Ausreifung des Verfahrens zur Treibstoffsynthese aus Wasser(stoff) und CO2 ist eines der wichtigsten technischen Probleme weltweit und sollte zum Staatsziel erklärt werden ! Und es ist auch großtechnisch greifbar nahe !   Dann könnten wir auch ohne Atomkraftwerke und Windräder etwa so weitermachen wie bisher, ohne den Klimawandel anzuheizen.




Besser große Solaranlagen in wüstenartigen Gebieten bauen als in Mitteleuropa, weil:
    - benötigte Gesamtfläche weit geringer (hohe Sonneneinstrahlung)
    - Land ökologisch wenig wertvoll, kaum Menschen, Tiere, Pflanzen
    - Land auch sonst kaum nutzbar

    - bringt dem Staat und den Menschen dort Einkommen und Arbeit,
      ermöglicht also Entwicklungsländern einen gewissen Aufbau
      und bewahrt Ölstaaten vor dem finanziellem Absturz

Doch könnte auch in Mitteleuropa mit Strom von Hausdächern im Sommer viel Treibstoff synthetisiert werden - in regionalen Fabriken, die kein großes Stromnetz zum Einsammeln benötigen. Man spart dadurch den Transport von CO2 in entferntere Länder und den Rücktransport des damit erzeugten Gases. Erzeugtes Gas könnte direkt ins Gasnetz eingespeist werden (Power-to Gas Technik) oder in vorhandene Tanks. Das Gas im Netz darf bis zu 5% Wasserstoff enthalten, was bedeutet, dass man diesen kleinen Teil der Gesamtproduktion an Gas durch Strom einfach durch Pyrolyse (Aufspaltung von Wasser) gewinnen kann, ohne Verwendung von CO2 und mit höherem Wirkungsgrad

Mit der Treibstoffsynthese hat man auch Benzin für Autos und Rohstoff für die chemische Industrie, die daraus unzählige Produkte herstellt (Kunststoffe, Farben, etc.). Man hat also für die Zeit nach dem Erdöl, die sicher kommen wird, vorgesorgt. Wenn auch das von Autos erzeugte CO2 kaum in den Kreislauf zurückzuführen ist, wäre die Treibstoffsynthese umweltschonend, weil sie den Zwang zu sehr umweltschädlichen Methoden der Öl- und Gasgewinnung wie Ölschiefer-Cracking und Erdgas-Fracking verringert






Synthese von Kraftstoff bei der Müllverbrennung

Bei der Müllverbrennung fallen (Wärme-)Energie und CO2 an.   Man hat also beide Komponenten des oben beschriebenen Verfahrens zur Treibstoffsynthese beisammen.
Das CO2 sollte natürlich vor der Weiterverarbeitung gereinigt werden. Die Wärme könnte man teils direkt verwenden, teils per Dampfturbine in Strom für die Pyrolyse umwandeln






Private Energiegewinnung und -Speicherung

Die eben geschilderte Treibstoffsynthese mittels Solarenergie könnte die Energiewende weg von der Atomkraft alleine schaffen. Doch auch private Energiegewinnung und Energiespeicherung kann dazu beitragen, und man hat eine zweites Standbein im eigenen Land, und der Privatmann ist unabhängiger.   Das würde so funktionieren:

        - Auf privaten Hausdächern wird Energie gewonnen,
          teils  Solarstrom, zum größeren Teil  Warmwasser

        - Beides wird zunächst für den Eigenbedarf verwendet:
          Solarstrom und Warmwasser für Duschen, Wasch- und Spülmaschine, Heizungsunterstützung

        - Weil Stromspeicherung (für nachts und sonnenlose Tage) ein Problem ist, benötigt man:
             - einen  großen  Wärmespeicher  (Warmwasser  oder Latentwärmespeicher)
             - einen  Wärmemotor,  der  mit  minimalem  Temperaturunterschied  läuft
               (Gegenpol:  Außenluft,  Erde,  Frischwasser - wird  gleichzeitig  angewärmt)
               Dieser Motor erzeugt aus Wärme elektrischen Strom - Tag und Nacht bei Bedarf

        - Die  Einspeisung  von überschüssigem Strom  ins Netz ist Stand der Technik.
          Neu  ist die Gewinnung  von fehlendem  Strom aus  dem  Wärmespeicher
          und seine Einspeisung ins Netz.  Durch Schaltimpulse aus der Netz-Zentrale
          könnte der private Wärmemotor eingeschaltet werden, unter Berücksichtigung
          der Wetterlage (in welcher Region waren die letzten Tage warm und sonnig?)
          Der Hausbesitzer sollte die  Kontrolle darüber  behalten, indem er an seiner
          Heizung  einstellen  kann, bis zu welcher Temperatur  sein  Wärmespeicher
          für Privatstrom und wieweit für Netzstrom entleert werden darf
          (im Sommer kann man dabei großzügiger sein)


Die Stromkonzerne sind von einer solchen Lösung vielleicht nicht begeistert, weil sie nichts daran verdienen (außer Netzentgelten). Wohl deshalb finden die schon Jahrzehnte alten Vorschläge zur teilweisen Dezentralisierung der Stromerzeugung (Blockheizkraftwerke u.ä.) wenig Unterstützung. Hier müsste der Gesetzgeber eingreifen.

Weitere Gesetze sind nötig zur Steuerung der Bebauung: Häuser sind nach Süden auszurichten, auch eine Dachfläche. Alle Dächer sollten gleichhoch sein (kein Wohnblock zwischen Einfamilienhäusern), damit Dächer und möglichst auch Fenster nicht verschattet werden - auch Fenster und Fassaden gewinnen Energie, und sonnige Räume sind angenehmer.
Bereits im Diercke-Schulatlas von 1957, Seite 37 ist ein Plan von Sennestadt (Teutoburger Wald) abgebildet, mit Kommentar: "Planung einer neuen Stadt ... Baubeginn 1956. Einbeziehung der Natur in die Stadtlandschaft, Ausrichtung aller Bauten auf Nachmittagssonne"
Trotzdem gilt noch das Zitat vonFranz Alt, er warte noch darauf, daß Gesetzgeber und Gemeindeverwaltungen endlich die Südrichtung entdecken.


In Ländern wie Spanien könnte private Energiegewinnung ganzjährig einen Haushalt versorgen. (Es gibt dort bereits ein Gesetz, daß jedes neue Wohnhaus eine Warmwasser-Solaranlage haben muß.) Bei uns ist der Winter das Problem. Dem könnte die Entwicklung eines hocheffizienten Wärmespeichers abhelfen, der verlustfrei Wärme speichert (Latentspeicher), indem er bei gleicher Temperatur eine chemische Verbindung in eine andere umwandelt. Solche Latentspeicher sind schon auf dem Markt, bieten aber nur die 2-3 fache Wärmekapazität von Wasser pro Liter.





Fazit

Die (mindestens) Hunderte von Millarden Euro, die für die Energiewende nötig wären bei Realisierung nach der offiziell geplanten Art, sollten besser dazu verwendet werden, obige Maßnahmen zu erforschen und zu realisieren, also:


    - Entwicklung eines hocheffizienten Wärmespeichers
    - Weiterentwicklung des Wärmemotors (Stirling-Motors) für hohe Effizienz
    - Praxisreife Entwicklung des Verfahrens zur Treibstoffsynthese
      aus  Wasser und CO2  mittels Solarwärme / Solarstrom

Gerade die Treibstoffsynthese bringt am meisten und ist m.E. greifbar nahe. Der geschlossene Kreislauf des CO2 wäre der Natur nachgeahmt und somit bewährt: In der Natur wird das von Mensch und Tier ausgeatmete CO2 durch Pflanzen mittels Sonnenenergie wieder zu nutzbarem Sauerstoff O2 umgewandelt. In der Technik müßte das von Kraftwerken ausgestossene CO2 mittels Sonnenenergie wieder zu Kraftstoff umgewandelt werden.




Homepage  Leonhard Heinzmann                  veröffentlicht: 21. 2. 2013                  Stand: 5. 10. 2015