Auf der Suche nach der Energie von morgen

Die Forschung nach Alternativen zu fossilen Brennstoffen läuft auf Hochtouren

Vor 50 Jahren schienen unsere Energievorräte unerschöpflich zu sein. Heute ist klar, dass sich die Kohle-, Öl- und Gasvorkommen dem Ende zuneigen. Womit werden wir also im Jahr 2057 unsere Häuser heizen oder unsere Autos betanken. Auf diese Fragen hat ein ganzes Heer an Forschern weltweit unterschiedliche Antworten.

Nach Einschätzung von Stefan Thomas vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie kommt im Jahr 2057 die Hälfte der benötigten Energie aus regenerativen Quellen. Zum Vergleich: 2005 lag der Anteil erneuerbarer Energien am Endverbrauch bei 6,6 Prozent. Fast 70 Prozent davon wurden durch Biomasse erzeugt, die hauptsächlich zur Wärmeerzeugung verwendet wurde. Für die Stromerzeugung waren vor allem Windenergie und Wasserkraft von großer Bedeutung.

Braunkohlekraftwerk Quelle: ap


Momentan kann Deutschland seinen enormen Energiebedarf nur durch Öl-, Gas-, Kohle- und Uran-Lieferungen aus dem Ausland decken. Rund drei Viertel der benötigten Energieträger werden importiert - ein nicht zu kalkulierendes Risiko für die deutsche Wirtschaft. Durch Investitionen in erneuerbare Energien könnte also nicht nur die Umwelt geschont werden. Auch die Abhängigkeit von Energieimporten würde verringert.

Wasserstoff aus Algen

Auf der Suche nach der Energie von morgen wagen Forscher sich auch in Bereiche vor, die nicht unbedingt kurzfristige Erfolge versprechen. Die Gewinnung von Wasserstoff aus Pflanzen zum Beispiel. Wasserstoff gilt als einer der hoffnungsvollsten Energieträger der Zukunft. Deshalb setzen viele Forscher darauf, dass mit Waserstoff betriebene Brennstoffzellen eines Tages die herkömmlichen Kraftstoffmotoren ersetzen werden.

Doch auch die Wasserstoffherstellung hat einen Haken: Man braucht entweder Kohlenwasserstoffe - zum Beispiel in Form von Kohle - oder sehr viel Energie, um durch die Spaltung von Wasser Wasserstoff zu gewinnen. Die Natur hat dieses Problem eleganter gelöst: Mikroalgen und höhere Pflanzen, die Photosynthese betreiben, spalten mit Hilfe von Sonnenenergie Wasser. Andere Gewächse wiederum können mit einem Enzym, der Hydrongenase, Wasserstoffmoleküle in Protonen und Elektronen spalten. Dadurch wird Energie frei.

Vorbild Sonne

Wissenschaftler wie der Bochumer Biochemiker Professor Matthias Rögner versuchen nun, diese beiden Konzepte zusammen zu bringen: "Hydrogenase und Photosynthese sollen in einem Organismus stattfinden. Das ist in der Natur allerdings nicht vorgesehen - deshalb muss die Zelle manipuliert werden", erklärt Rögner. "Ich bin davon überzeugt, dass das geht - aber ich kann nicht sagen wann."

Plasmaentladung IPP Garching Quelle: IPP


Einen völlig anderen Weg der Energiegewinnung schlägt hingegen Alexander Bradshaw ein, Wissenschaftlicher Direktor des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik. Er bezweifelt, dass die Kapazität der erneuerbaren Energieträger künftig wirklich ausreichen wird, um die gesamte Nachfrage zu decken, und setzt deshalb auf die Kernfusion. Bei der Kernfusion soll - nach dem Vorbild der Sonne - aus der Verschmelzung von leichteren zu schwereren Atomkernen Energie erzeugt werden. Um das Fusionsfeuer zu zünden, muss der Brennstoff, ein Wasserstoff-Plasma, auf 100 Millionen Grad erhitzt werden. I

Grundstoffe in großen Mengen


Von allen Paaren leichter Atomkerne, die verschmelzen können, liefert die Reaktion zwischen den beiden schweren Sorten des Wasserstoffs - Deuterium und Tritium - die größte Energieausbeute. Aus einem zehntel Gramm Deuterium-Tritium-Plasma ließe sich durch Kernverschmelzung der Jahresstromverbrauch eines durchschnittlichen Drei-Personen-Haushalts gewinnen. Die für den Fusionsprozess benötigten Grundstoffe sind in großen Mengen vorhanden. Bisher ist es allerdings nicht gelungen, einen Reaktor zu bauen, der mehr Energie erzeugt, als er braucht, um die Fusion in Gang zu setzen.

    Ein Plasma ist ein ionisiertes heißes Gas. Der Plasmazustand wird nach fest, flüssig und gasförmig auch als "vierter Aggregatszustand" bezeichnet. Plasmen begegnen uns im Alltag häufig, zum Beispiel in Kerzenflammen, Neonröhren, elektrischen Funken oder Blitzen. Aber auch die Sonne und alle Sterne bestehen aus Plasma.

Welches der unterschiedlichen Konzepte der Energiegewinnung sich letztendlich durchsetzen wird, lässt sich heute kaum vorhersagen. Im Bereich der regenerativen Energien sagt Stefan Thomas der Windkraft das großes Potenzial voraus: "In den kommenden zwei Jahrzehnten wird sicherlich die Offshore-Windenergie eine große Rolle spielen - und dann auch im Jahr 2057 noch."

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