Was sind erneuerbare Energien und welche Arten gibt es?

Erneuerbare Energien sind alle Energiequellen, die in der Natur nahezu unerschöpflich vorkommen, oder sich, wie der Name sagt, sehr schnell erneuern. Dazu zählen Wind, Wasser und als bestes Beispiel die Sonne. Somit wird es durch die Erzeugung sowie den Verbrauch von erneuerbaren Energien auch in Zukunft nicht zu einer Energieknappheit kommen.

“Wusstest du, dass die Energiemenge der Sonnenstrahlung eines einzigen Jahres ausreichen würde, um unseren Strombedarf für 10.000 Jahre zu decken?”

Erneuerbare Energien sind also Energiequellen, die wir nutzen können, ohne den Gedanken im Hinterkopf haben zu müssen, ob sie in Zukunft knapp werden. Obendrein haben erneuerbare Energien kaum negative Auswirkungen auf die Umwelt. Beides enorme Vorteile im Vergleich zu fossilen Energiequellen, die sowohl endlich als auch deutlich schädlicher sind.

Nicht alle erneuerbaren Energiequellen eignen sich jedoch gleichermaßen dazu, in Privathaushalten installiert und effizient genutzt zu werden, da sie in der notwendigen Größenordnung oft nicht realisierbar oder zu unwirtschaftlich sind. Man stelle sich Wasserkraftwerke oder Windparks vor, die derzeit kaum für Haushalte geeignet sind. Allerdings sind insbesondere Photovoltaik-, Solarthermie- oder Biomasseanlagen für den privaten Gebrauch perfekt geeignet, selbst wenn in seltenen Fällen auch Mini-Windkraft- oder Geothermieanlagen vorkommen.

Einige haben wir schon genannt, aber welche nachhaltigen Energiequellen gibt es eigentlich?

Die wichtigsten erneuerbaren Energiequellen

• Photovoltaik
• Solarthermische Energie
• Windenergie
• Wasserkraft
• Gezeitenenergie
• Bioenergie-Biomasse
• Geothermie

Photovoltaik

Photovoltaik als Teilbereich der Solarenergie ist wahrscheinlich das technologisch fortschrittlichste erneuerbare Energiesystem der letzten Jahre. Hier wird die elektromagnetische Strahlung der Sonne genutzt, um diese mittels Solarmodulen in Elektrizität umzuwandeln. Mittlerweile sinken die Installationskosten enorm schnell und alles deutet darauf hin, dass sich in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts Solarenergie zur Hauptenergiequelle der Erde entwickeln wird. Bereits jetzt ersetzen riesige Solarparks sowie die Dachflächen von Privathaushalten erfolgreich immer mehr konventionelle Kraftwerke. Photovoltaikanlagen werden an sehr vielen unterschiedlichen Orten eingesetzt: von Privathäusern über Gewerbegebäude und Industriehallen, bis hin zu großen Solaranlagen auf Hunderten von Hektar Fläche.

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Die Energiemenge der Sonnenstrahlung ist tausendmal stärker als die Energiemenge, die der gesamte Planet heute verbraucht. Wir müssen diese Energiequelle effizienter nutzen, um saubere Energie zu gewinnen.
Ein weiterer Vorteil der Solarenergie besteht darin, dass bei der Erzeugung keinerlei Schadstoffe freigesetzt werden, weshalb sie unter anderem eine gute Option für den Umstieg auf grüne Energien darstellt. Das größte Hindernis stellt die Energiespeicherung dar, da die Photovoltaik nur tagsüber bei aktiver Sonneneinstrahlung Energie erzeugt. Nachts, ohne Sonneneinstrahlung, kann kein Strom erzeugt werden, aber der Verbrauch ist in Privathaushalten oft abends, nach Sonnenuntergang größer. Hinzu kommen saisonale Schwankungen, da in der nördlichen Hemisphäre in den Wintermonaten nur mit wenig Sonneneinstrahlung gerechnet werden kann. Daher ist die Frage, wie genau diese Energie effizient und kostengünstig gespeichert werden kann, eine der größten Herausforderungen der nächsten Jahre. Für Privathaushalte gibt es allerdings schon ausgezeichnete Lösungen, sodass man sich keine Sorgen machen muss: Der Strom kann sowohl in eigenen Batterien, sogenannten Solarstromspeichern gespeichert als auch in das Stromnetz eingespeist werden.

Das Konzept ist einfach: Wenn über den Tag verteilt mit der Photovoltaikanlage mehr Energie produziert als verbraucht wird, kann die überschüssige Energie in der Batterie gespeichert werden. Nach Sonnenuntergang steht sie dann dem Haushalt als Ökostrom zur Verfügung.

Solarthermische Energie

Die Solarthermie nutzt ebenfalls die Sonnenstrahlung, um Energie zu gewinnen. Diese wird jedoch nicht in elektrische, sondern in Wärmeenergie umgewandelt. Demnach ist Solarthermie ideal zum Heizen und für die Erzeugung von Warmwasser.

Regelmäßige staatliche Förderungen halten die Kosten niedrig und machen die Nutzung von Solarthermie somit attraktiver. Besonders in Übergangszeiten, wie Herbst und Frühling, kann man hiermit viel Energie und Geld sparen. Grund dafür ist, dass Warmwasser oder Heizungsflüssigkeit nur an kälteren Tagen, auf die gewünschte Temperatur gebracht werden muss. Ein Nachteil gegenüber der Photovoltaik ist die niedrigere Flexibilität - für den Betrieb von Haushaltsgeräten oder die Einspeisung von Strom in das Netz ist die Solarthermie nämlich gar nicht geeignet. Allerdings ist es ein großer Vorteil, dass die Solarthermie den geringsten Stromverbrauch im Vergleich zum Wärmegewinn bei Heizanlagen, die mit Strom funktionieren, hat.

Windenergie

Windenergie wird durch die Nutzung des Windes, also der Bewegung von Luftmassen, gewonnen. Durch die Bewegung dieser Luftströmungen werden die Flügel von meist riesigen Windräder bewegt, und die dadurch erzeugte mechanische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt.

Vereinzelnd werden Mini-Generatoren für den privaten Haushalt eingesetzt, vor allem in isolierten Anlagen ohne Netzanschluss. Windenergieanlagen sind allerdings häufiger in großen Windparks zu finden, sei es an Land oder auf dem Meer. Die letztgenannte Art von Windparks werden Offshore-Windparks genannt und gewinnen zunehmend an Bedeutung, da keine Landnutzung erforderlich ist und die Luftmassenbewegungen vor den Küsten signifikant stärker sind.

Jede Produktionsprognose für Windenergie ist allerdings komplex, da diese abhängig von den wetterbedingten Luftströmungen ist - und das Wetter ist bekanntermaßen schwer vorherzusagen.

Wasserkraft

Bei der Wasserkraft wird die Strömung und Bewegung von Wasser in elektrische Energie umgewandelt. Die Nutzung der Wasserkraft in Form von teilweise mehr als 100 Jahren betriebenen Wasserkraftwerken mit Staudämmen ist stark verbreitet und gehört zu den erfolgreichsten erneuerbaren Energieformen.

Diese Art der Energieproduktion ist meistens in Gebieten mit vielen Höhenunterschieden und entlang von Flussläufen aufzufinden. Aufgrund des Wasserkreislaufs ist diese Energieerzeugung praktisch unerschöpflich. Die meisten Kraftwerke sind Laufwasserkraftwerke, werden also bei Flussläufen gebaut und hier wird meist wenig oder gar nicht gespeichert. Auch die großen Speicherkraftwerke sind verbreitet, die auch noch nach Fallhöhe unterschieden werden. Beim Speicherkraftwerk wird in Zeiten von hohen Niederschlägen oder Schneeschmelze Wasser eingespeichert, damit auch in wasserarmen Zeiten genauso Strom erzeugt werden kann. Damit verwandt sind sogenannte Pumpspeicherkraftwerke - hier wird mittels überschüssiger Energie Wasser wieder hinauf gepumpt und damit als gespeichertes Wasser in potentielle Energie umgewandelt.

Auch im Bereich Wasserkraft gibt es allerdings Innovationen: Mittlerweile gelingt es auch sehr geringe Fallhöhen von wenigen Metern mittels Schachtkraftwerken zu nutzen. Hier strömt das Wasser senkrecht und betreibt eine Turbine mit höherem Wirkungsgrad als bei konventionellen Kraftwerken - und das bei einfacherer Konstruktion. Perfekt geeignet also, um auch bei Flüssen mit geringem Gefälle und in abgelegenen Gegenden errichtet zu werden.
Allerdings kann Wasserkraft nicht mehr stark ausgebaut werden, da Naturschutz und die Verfügbarkeit von geeigneten Wasserläufen neue Baumaßnahmen (außer für Pumpspeicherkraftwerke) unpraktikabel machen. Das Ausbaupotential von Photovoltaik und Windenergie ist im Vergleich enorm - bei diesen Formen kann noch weit skaliert werden.

Gezeitenenergie

Ähnlich wie die Wasserkraft, steht auch bei der Gezeitenenergie Wasser im Zentrum der Energieerzeugung. Hierbei wird der Anstieg und der Rückgang des Meeresspiegels für die Gewinnung von Energie genutzt.

Das größte Problem der Gezeitenenergie ist die Menge an Energie, die im Verhältnis zu den Kosten sowie für den Bau der Anlage entsteht. Das macht diese erneuerbare Energiequelle nicht sehr kosteneffizient und das Konzept ist daher noch nicht besonders attraktiv.

Biomasse & Bioenergie

Bioenergie nutzt organische Ressourcen, wie Scheitholz, um Energie zu produzieren. Dieser Biokraftstoff wird durch die Verbrennung der Materie selbst gewonnen.

In Europa hat sich Bioenergie in den letzten Jahren zu einer essentiellen Energiequelle entwickelt. Sie wird hier am meisten genutzt, ist technologisch weit entwickelt und wird für verschiedene Zwecke eingesetzt. Für die Wärmeerzeugung werden die sogenannten Briketts verwendet, meist aus Holz. Diese bieten sich als umweltfreundlichere und erneuerbare Alternative zu den herkömmlichen Kohlebriketts an. Doch auch andere Formen von Biomasse gibt es: Vereinzelnd werden Briketts auch aus Pflanzenresten und Altpapier hergestellt, oder aus Zuckerrohr und Zuckerrüben.
Biomasse ist im Endeffekt klimaneutral, und damit auch eine gute Energieform. Doch z.B. Photovoltaik ist sogar klimapositiv und damit langfristig zu bevorzugen.

Geothermie

Geothermie nutzt die aus der Erdkruste gewonnene Erdwärme, um daraus Energie bzw. auch Strom zu produzieren. Die Wärme wird durch Bohrungen in tief liegenden Gesteinsmassen an die Erdoberfläche gebracht und hier zur Energiegewinnung verwendet.

Allerdings ist die Erschließung von Erdwärme mit Risiken und Schwierigkeiten verbunden. Man muss tief bohren, um an möglichst viel Wärme zu kommen, denn je tiefer man bohrt, desto heißer wird es. Das tiefe Bohren stößt oft auf Hindernisse und kann im schlimmsten Fall Mikroerdbeben auslösen. Außerdem kann es zu Schwefelwasserstoff-Emissionen und zur Verschmutzung des Grundwassers führen.
Experten schätzen, dass 95 % des deutschen Geothermiepotenzials ungenutzt ist und bis 2030 ca. 600.000 Tonnen CO2 durch die Nutzung von Geothermie eingespart werden könnten.

Solarenergie und der Zusammenhang mit anderen Energieformen

Das Spannende an Solarenergie ist, dass fast alle erneuerbaren Energieformen durch Sonneneinstrahlung erzeugt werden. Solarthermie, Photovoltaik, aber auch Windenergie (durch die Temperaturunterschiede entsteht Wind), Wasserkraft, da der Wasserkreislauf (Wasser verdunstet, fällt anderswo als Niederschlag, fließt dann bergab und betreibt damit Kraftwerke) durch die Sonne angetrieben wird; und auch Bioenergie, denn Bäume erhalten erst durch die Sonnenstrahlung die Energie um als brennbares Material zu wachsen.

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"Wusstest du, dass Solarenergie die Grundlage für Photovoltaik, Solarthermie, Wasserkraft und Bioenergie darstellt?"

Ziele für erneuerbare Energien in Deutschland und Europa

Mit der Entwicklung und Forschung aus den letzten Jahrzehnten wurde das Ziel gefestigt, die Art der Energiegewinnung sowie des Energieverbrauchs grundsätzlich zu ändern. Daraus resultierte ein stark gesellschaftlicher, politischer und industrieller Zuwachs an Popularität für erneuerbare Energiequellen.

Deutschland hat sich, wie auch viele andere Länder der Europäischen Union, Klimaziele für 2030 und 2040 gesetzt. Diese Klimaziele sollen in einen Wandel der Energiewirtschaft resultieren. Außerdem soll sich der allgemeine Anteil der erneuerbaren Energien erhöhen, um somit das Fortschreiten des Klimawandels zu verlangsamen und bestenfalls zu stoppen.

Dafür setzt Deutschland vermehrt auf erneuerbare Energieträger wie Wind, Photovoltaik und Bioenergie.

Wenn wir die Ziele in Deutschland, in Europa und in der ganzen Welt nicht erreichen, könnte es sehr schwierig werden, den Klimawandel zu verlangsamen. Die momentane Situation ist nicht einfach, denn wir befinden uns in einer kritischen Phase der globalen Erwärmung. Doch können wir auch vorsichtig optimistisch sein, denn erneuerbare Energiequellen werden eine wichtige Rolle spielen.

Häufig gestellte Fragen zu erneuerbaren Energien in Deutschland

Welche erneuerbaren Energien werden in Deutschland am meisten für die Stromerzeugung genutzt?

Deutschland bezog 2022 einen Anteil von 44 % der Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien, darunter 22 % aus Windkraft, 11 % aus Photovoltaik, 8 % aus Biomasse und 3 % aus Wasserkraft.*

*Quelle: AG Energiebilanzen, Stand Dezember 2022

Welche sind die am wenigsten umweltschädlichen erneuerbaren Energien?

Obwohl sie erneuerbar sind, gilt das Verbrennen der Biomasse auch mit Filteranlagen nur als klimaneutral, während Windenergie, Solarthermie und Photovoltaik klimapositiv sind - und damit am wenigsten umweltschädlich.