Terra X - die Wissens-Kolumne:Energie der Zukunft braucht Physik
von Axel Kleidon
|
Windräder abreißen, Rückkehr zur Kernkraft, "Technologieoffenheit": Die Energiewende wird im Wahlkampf heiß diskutiert. Dabei sind die Regeln der Physik eindeutig.
Energie ist sehr eng mit unserem täglichen Leben verbunden. Wir wollen Licht, wenn es dunkel ist, Raumwärme, wenn es kalt ist. Energie bewegt uns, wir brauchen sie für die Industrie und um Videos zu sehen.
In der Terra-X-Kolumne auf ZDFheute beschäftigen sich ZDF-Wissenschaftsjournalistinnen und -journalisten wie Harald Lesch, Mirko Drotschmann und Jasmina Neudecker sowie Gastexpert*innen jeden Sonntag mit großen Fragen der Wissenschaft - und welche Antworten die Forschung auf die Herausforderungen unserer Zeit bietet.
Die Physik setzt die Gesetze
Aber egal, welche Form Energie hat oder was mit ihr passiert - es gelten immer zwei Gesetze der Physik: Energie bleibt erhalten und sie wird weniger nutzbar, je häufiger sie umgewandelt wird. Dies sind die sogenannten Hauptsätze der Thermodynamik. Alleine daraus lernen wir viel über zukünftige Energienutzung: Technologie entwickelt sich in der Regel dahin, dass immer weniger Umwandlungen nötig sind - unsere Energienutzung wird also effizienter.
Diese Trends sehen wir bereits. In anderen Bereichen können wir ähnliche Entwicklungen erwarten.
Wir bauen die Stromnetze überdimensioniert aus. Das ist teuer, zeitaufwändig und nicht mehr zeitgemäß. Sind Batteriespeicher die bessere Lösung?
22.01.2025 | 7:54 min
Strom statt Wärme
Bislang trieb Verbrennung unsere Gesellschaft an. Seit der industriellen Revolution sind es fossile Energieformen wie Kohle, Öl und Gas, die wir verbrennen. Dabei entsteht Wärme. Bei Gaslaternen erzeugt das Licht, bei Dampfloks erzeugt Verbrennung Bewegung. Diese Technologien sind längst auf dem Abstellgleis: Sie wurden ersetzt durch LEDs und ICEs.
Sie vermeiden Wärme als Zwischenschritt und nutzen stattdessen Strom. LEDs emittieren nur die Wellenlängen, die wir wollen, und die Elektromotoren der ICEs wandeln Strom nahezu verlustfrei in Bewegung um - und wieder zurück in Strom, wenn sie bremsen. Das macht sie wesentlich effizienter. Das heißt, sie erreichen das gleiche Ziel mit weniger Einsatz an Primärenergie.
Menschen brauchen Energie - als Nahrung, als Licht- und Wärmequelle. Harald Lesch beleuchtet die Geschichte der Energie und fragt nach Zukunftsvisionen.25.02.2024 | 43:37 min
Sonne und Wind verdrängen Kraftwerke
Strom wird zum Teil immer noch über Verbrennung erzeugt. Kraftwerke wandeln dabei aber weniger als die Hälfte in elektrische Energie um - dabei ist es egal, ob es Kohle oder Kernkraft ist. Der Rest geht als Abwärme über die Kühltürme raus. Das muss so sein, da schlagen die Gesetze der Thermodynamik wieder zu. Und das macht sie ineffizient.
Haben wir die Energiekrise überwunden? Kommen wir mit dem Ausbau vom Stromnetz überhaupt hinterher? Und wird Strom billiger? 19.07.2023 | 29:19 min
Durch den Ausbau von Photovoltaik und Windenergie in den letzten Jahren hat sich dies schon deutlich geändert. Photovoltaik und Windturbinen nutzen keine Wärme als Zwischenschritt - sie sind dadurch deutlich effizienter. Anfang der 1990er Jahre wurde Strom fast vollständig über Wärmekraftwerke erzeugt, jetzt ist es nur noch knapp die Hälfte. Den Rest leisten Sonne und Wind.
Dadurch hat sich unser Primärenergieverbrauch seit Anfang der 1990er bereits um mehr als 20 Prozent reduziert, obwohl die Stromerzeugung in etwa gleichgeblieben ist. Es passierte also genau das gleiche wie beim Licht: Verbrennung und Wärme wird ersetzt, die Stromerzeugung wird effizienter.
Wo wir beim Ausbau der Stromnetze stehen und warum dezentrale Energieversorgung so wichtig ist, erklärt Energieökonomin Claudia Kemfert.22.01.2025 | 2:38 min
Elektromobilität und Wärmepumpe kommen als nächstes
Den Trend zur Elektrizität werden wir auch in anderen Bereichen erleben. Die Technologien dazu gibt es ja schon: das E-Auto für Mobilität und Wärmepumpen zum Heizen - zwei Bereiche, in denen immer noch viel verbrannt wird.
Warum also wird sogenannte "Technologieoffenheit" oder Kernenergie in der Politik wieder aufgewärmt, obwohl die Physik doch so klar ist? Hier kann man nur spekulieren. Unwissenheit wird es hoffentlich nicht sein. Dann ist es wohl eher die Ideologie und Lobbyarbeit jener, deren Geschäftsmodell auf fossilen Energien fußt. Dadurch wird echter Fortschritt aktiv verhindert.
Die Energiewende ist auf jeden Fall das Gegenteil von Ideologie: Sie basiert auf Rationalität und der Physik.
Mit dem Gebäudeenergiegesetz sollen Gas- und Ölheizungen klimafreundlichen Alternativen weichen. Doch welche Alternativen zur teuren Wärmepumpe gibt es? Und wie kann die Wärmewende wirklich gelingen?16.05.2023 | 26:15 min
... ist studierter Physiker, leitet eine Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Biogeochemie und lehrt an der Friedrich-Schiller Universität Jena. Meistens forscht er daran, wie die Erde Energie in verschiedenste Formen umwandelt und wo dabei die Grenzen liegen, mit einem Blick auf das ganze Erdsystem. Dies wendet er an, um Klima, Klimawandel und die Rolle des Lebens besser - und einfacher - zu verstehen und abzuschätzen. Das hat auch ganz praktische Bedeutung, für die Folgen des Klimawandels und für die Grenzen von erneuerbare Energien. Seine Arbeitsgruppe schreibt über die eigene Forschung auch auf dem Blog earthsystem.org.
Die letzten Ausgaben verpasst?
Auf unserer Themenseite können Sie alle Terra-X-Kolumnen nachlesen.
Welche Lösungen bietet die Wissenschaft für aktuelle Probleme? Alle bisher erschienenen Ausgaben der Terra X-Kolumne finden Sie jederzeit in unserem Archiv.