Nachhaltige Energiequellen und Akzeptanzraten

Eine wachsende globale Bevölkerungszahl und das Umweltbewusstsein treiben das Bedürfnis/Verlangen an, unser Zuhause (die Erde) freundlicher zu behandeln. Zum Glück kann, wenn wir genau hinsehen, unbegrenzte Energie überall um uns herum gefunden werden. Jeder Gegenstand, der sich bewegt, Wärme erzeugt oder sogar Licht, ist eine potenzielle Quelle.

Energiequellen zu identifizieren ist der einfache Teil. Die schwierige Hürde besteht darin, solche Ressourcen zuverlässig und beständig zu nutzen. Zum Glück haben Fortschritte in der Materialwissenschaft zu Effizienzen geführt, die früher undenkbar waren.

Nachhaltige Energie

Bevor wir uns einigen Beispielen für saubere Energie und den Unternehmen, die ihre Nutzung vorantreiben, zuwenden, ist es wichtig, den Unterschied zwischen nachhaltigen und erneuerbaren Quellen zu verstehen.

Einfach ausgedrückt stammt erneuerbare Energie aus Quellen, die ihre Vorräte natürlich schneller wieder auffüllen, als wir sie verbrauchen. Das bedeutet jedoch nicht zwingend, dass diese Quellen saubere Energie liefern – nur, dass das Angebot bei den aktuellen Anforderungen nicht erschöpft werden kann.

Nachhaltige Energie hingegen bezieht sich auf Quellen, die nicht nur sich selbst erneuern, sondern im Laufe der Zeit keinerlei negative Auswirkungen auf die Erde haben. Diese Quellen berücksichtigen zukünftige Generationen und streben danach, ihnen eine grüne Erde zu hinterlassen, anstatt einer, die ständig von Kohle, Erdöl, Methan und anderen schmutzigen Energieformen verwüstet wird.

Es sollte beachtet werden, dass obwohl es einen Unterschied zwischen nachhaltigen und erneuerbaren Quellen gibt, in den meisten Fällen beide Bezeichnungen zutreffen. Natürlich sind diejenigen, die beides vereinen, am interessantesten.

Typischerweise muss nachhaltige Energie drei Hürden überwinden, um als solche zu gelten.

• Umweltverträglich
• Finanziell nachhaltig
• Sozial nachhaltig

Ein gängiges Beispiel für eine nachhaltige Energiequelle ist Wasserkraft. Durch die Mond‑basierten Gezeitenverschiebungen, Wellen und Klimazyklus gibt es immer fließendes Wasser auf der Erde. Die kinetische Energie des fließenden Wassers zu nutzen ist nicht nur ein natürlich erneuernder Prozess, sondern auch nachhaltig, da er die Erde in den kommenden Jahren nicht negativ beeinflusst und bereits wirtschaftlich sowie sozial machbar ist.

Ein gängiges Beispiel für eine erneuerbare Energiequelle, die nicht typischerweise als nachhaltig angesehen wird, ist Biomasse. Die offensichtlichste Anwendung ist das Verbrennen von Holz als Wärmequelle. Obwohl das Biomasseangebot schneller nachwachsen kann, als wir es verbrauchen, ist es aufgrund der dabei entstehenden Treibhausgase nicht nachhaltig.

Ein gängiges Beispiel für eine nicht erneuerbare, nicht nachhaltige Energiequelle sind fossile Brennstoffe. Durch die Verbreitung des Verbrennungsmotors ist das Ende unserer fossilen Brennstoffvorräte bereits in Sicht. Diese Quelle, die buchstäblich Millionen von Jahren zur Bildung benötigte, ist im Wesentlichen nicht erneuerbar, schädlich für die Umwelt und künftig einfach keine nachhaltige Quelle.

Top‑Kandidaten

Da wir nun den Unterschied zwischen erneuerbaren und nachhaltigen Energiequellen verstehen, hier einige Beispiele für die vielversprechendsten. Jede dieser Quellen wird bereits weltweit genutzt und weist vielversprechende Akzeptanzraten auf.

Es ist wichtig zu bedenken, dass die eine nicht unbedingt besser ist als die andere. Die beste Energiequelle ist die, die in der lokalen Umgebung leicht verfügbar ist.

Wasserkraft

Wasser als Energiequelle zu nutzen ist nichts Neues – wir nutzen seit Jahrhunderten Dämme und Wassermühlen. Heutzutage ist Wasserkraft die weltweit größte Quelle für kohlenstoffarme Stromerzeugung und macht über 15 % der Gesamtversorgung aus. Typische Anwendungsfälle beruhen darauf, die kinetische Energie des fließenden Wassers zu nutzen, um eine Turbine anzutreiben und Strom zu erzeugen.

Ein Beispiel für eine Organisation, die unsere Fähigkeit zur Nutzung von Gezeitenenergie und unser Verständnis ihrer Auswirkungen auf lokale Ökosysteme vorantreiben will, ist das Fundy Ocean Research Centre for Energy (FORCE). Diese staatlich geförderte Organisation hat ihren Sitz in Nova Scotia, Kanada, wo die weltweit größten Gezeiten in der Bay of Fundy zu finden sind.

In der Bay of Fundy fließen über 160 Milliarden Tonnen Wasser zweimal täglich ein und aus – wie ein Uhrwerk. Die Kraft dieses fließenden Wassers ist enorm und bietet das Potenzial für ebenso beeindruckende Energieproduktion, die so zuverlässig ist wie das Aufgehen des Mondes. Dieses Projekt befindet sich in einer langfristigen Studie über die potenziellen Gefahren, die Gezeiten‑Turbinen für marine Pflanzen- und Tierwelt darstellen.

Derzeit macht die Wasserkraft insgesamt über 70 % des globalen Stroms aus nachhaltigen Quellen aus, wobei China und die Vereinigten Staaten führend sind. In Zukunft wird der Wellen‑ und Gezeitenmarkt voraussichtlich von 0,59 Mrd. $ im Jahr 2021 auf 4,41 Mrd. $ im Jahr 2028 wachsen.

Wind

Wie bei der Wasserkraft ist die durch Windkraft erzeugte Elektrizität nichts Neues. Anstatt die kinetische Energie des fließenden Wassers zu nutzen, wird der Prozess durch das Drehen von Rotorblättern durch den Wind nachgeahmt, die mit einer Turbine verbunden sind.

Obwohl Wind fast überall auf der Welt zur Stromerzeugung genutzt werden kann, bringt die Praxis eigene Herausforderungen mit sich. Nicht nur sind große Landflächen nötig, um diese riesigen Anlagen zu beherbergen, Wind ist einfach nicht so zuverlässig wie die Gezeiten. Der eine Tag kann windig sein, der nächste still.

Trotz dieser Herausforderungen gewinnt die Windenergie weiter an Beliebtheit und macht über 7,6 % der weltweiten Stromproduktion aus. In den Vereinigten Staaten hat die Windenergie bereits die größte Quelle erneuerbarer Energie erreicht und macht etwa 10 % der eigenen Stromerzeugung aus.

Ein Beispiel für ein Unternehmen, das die Verbreitung von Windenergie vorantreibt, ist Siemens AG (SIEGY). Dieser Konzern erzielte 2022 einen Umsatz von 71,98 Mrd. $, und zum Zeitpunkt der Erstellung werden die Aktien von Siemens AG (SIEGY) von verschiedenen Analysten als ‘über’ eingestuft. Seit 1847 existierend, weiß das Unternehmen, wie man sich den Zeiten anpasst. Vor diesem Hintergrund hat Siemens ganze Abteilungen, die sich der Entwicklung von Technologien widmen, die uns den Übergang von fossilen Brennstoffen zu nachhaltigen Quellen ermöglichen.

Solar

Während Turbinen bei der Stromerzeugung aus Quellen wie Wasser oder Wind entscheidend sind, werden sie nicht mehr benötigt, wenn wir Photovoltaik nutzen. Der photovoltaische Effekt, der durch die Anregung eines Substrats durch Photonen ermöglicht wird, ist die zugrunde liegende Technologie hinter Solarenergie. Die Sonne ist möglicherweise die reichste Energiequelle in unserem Sonnensystem – warum also nicht alles nutzen, was sie zu bieten hat.

Solar ist einzigartig in seiner Fähigkeit, in Anwendungen von einer persönlichen Batteriebank bis hin zur Stromversorgung ganzer Städte eingesetzt zu werden.  Wie alle Energiequellen hat sie jedoch Einschränkungen. Während moderne Technologien die Effizienz und Erschwinglichkeit von Solarmodulen stark erhöht haben, bleibt die Praxis am besten für Regionen geeignet, die viel Sonnenlicht erhalten. Kommt man nahe genug an die Pole, gibt es Gebiete der Erde, die monatelang ohne Sonnenaufgang auskommen müssen.

Derzeit haben jüngste Fortschritte in der Solartechnologie ermöglicht, dass 4,8 % und steigende Anteile der globalen Stromproduktion aus dieser nachhaltigen Quelle stammen. Während die USA beim Energieanteil aus Wind etwas voraus sind, liegen sie bei Solar leicht zurück, mit etwa 3 % aus der Nutzung der Sonnenstrahlen.

Eines der prominentesten Unternehmen und Innovatoren im Bereich der Solartechnologie ist der Elektrofahrzeughersteller Tesla (TSLA). Seit Jahren entwickelt und installiert das Unternehmen seine Solar Roofs, die Hausbesitzern ermöglichen, traditionelle Solarmodule zu ersetzen und stattdessen photovoltaische Dachziegel zu verwenden. Im Verlauf des Jahres 2022 erzielte Tesla einen Umsatz von 81,46 Mrd. $, und zum Zeitpunkt der Erstellung wird das Unternehmen von verschiedenen Finanzanalysten als ‘über’ eingestuft.

Geothermie

Man glaubt, dass die Erde vor Äonen entivollständig aus geschmolzenem Material, bedecktd in Ozeanen aus Magma war. Milliarden Jahre später hat sie sich abgekühlt, sodass die Oberfläche für die Menschheit bewohnbar ist. Der Kern jedoch ist nach wie vor aktiv und erwärmt die umliegenden Schichten. Diese Energie, die sich unter der Erdoberfläche befindet, nutzen wir jetzt und bezeichnen sie als Geothermie.

Geothermie funktioniert typischerweise, indem thermische Energie aus der Earde, um ein flüssiges Medium mit hoher Wärmekapazität zu erhitzen, das dann zur Stromerzeugung Turbinen antreibt. In den letzten Jahren ist Geothermie immer beliebter geworden, da sie nicht mehr nur für großflächige Anwendungen geeignet ist, sondern auch für private Heizungsinstallationen.

Obwohl Geothermie überall genutzt werden kann, wenn man tief genug gräbt, gibt es weltweit natürliche Hotspots, die den Prozess erheblich erleichtern – insbesondere Vulkane. Länder wie El Salvador haben dies erkannt und unternehmen gezielte Anstrengungen, um diese saubere Energiequelle zu nutzen, da sie zudem reichlich und zuverlässig ist.

Derzeit wird, trotz ihres Potenzials, angenommen, dass Geothermie etwa 0,4 % der weltweiten Stromversorgung ausmacht – ein Wert, der auch mit der Produktion in den Vereinigten Staaten übereinstimmt. Abgesehen von Vulkanen ist Geothermie besonders in der Nähe von tektonischen Platten und Verwerfungen zugänglich. Daher ist die Küstenregion Kaliforniens ein Hauptgebiet für den Zugang zu dieser sauberen Energie.

Für Investoren, die in die Geothermiebranche investieren möchten, ist eines der führenden Unternehmen Ormat Technologies (ORA). Das Unternehmen besitzt derzeit über 150 Geothermiekraftwerke und beschäftigt über 1.300 Mitarbeiter. In den letzten fünf Jahren hat Ormat Technologies konsequent Jahresumsätze von über 650 Mio. $ erzielt und sollte gut positioniert sein, um von der wachsenden Beliebtheit der Geothermie zu profitieren.

Blick in die Zukunft

Während die oben genannten Energiequellen ein enormes Potenzial für eine grünere Zukunft bieten, gibt es ein weiteres Paar Optionen, die eines Tages alle übertreffen könnten .

Kernfusion

Einst ein Element der Science-Fiction, könnte Kernfusion eines Tages Realität werden, da Wissenschaftler weiterhin vielversprechende Durchbrüche bei der Nutzung des ‘Heiligen Grals’ der Energieerzeugung erzielen. Tatsächlich hat die Entwicklung so weit fortgeschritten, dass Regierungen nun planen, funktionierende Prototypanlagen vor 2040 zu bauen.

Für Unbekannte: Kernfusion – derselbe Prozess, der unsere Sonne ‘Sol’ antreibt – sollte nicht mit Kernspaltung (dem derzeit in modernen Kernkraftwerken verwendeten Prozess) verwechselt werden. Beide Prozesse setzen enorme Energiemengen frei, wobei erstere durch die Schaffung von Bedingungen zur Kombination von Kernen funktioniert, während letztere schwere Elemente wie Uran spalten.

Kernfusion liefert nicht nur mehr Energie als Kernspaltung, sie ist ein deutlich sauberer Prozess. Das aktuelle Problem, an dem Wissenschaftler arbeiten, besteht darin, die richtigen Bedingungen zu schaffen, um den Prozess sowohl zu ermöglichen als auch sicher zu nutzen.

Piezoelektrizität

Wir haben uns kürzlich angesehen, wie Piezoelektrizität zu den am häufigsten genutzten, aber unbekannten Energiequellen gehört. Piezoelektrizität ist die Fähigkeit eines Materials, sei es künstlich oder natürlich, bei äußerem Druck eine elektrische Entladung zu erzeugen.

Bereits seit Jahrzehnten in alltäglichen Gegenständen wie Mikrofonen, Feuerzeugen und mehr im Einsatz, schreitet die moderne Materialwissenschaft weiter voran, um eines Tages genug Strom aus diesem Effekt für großflächige Anwendungen zu gewinnen.

Wie bei der Kernfusion wirkte das Potenzial einer breiten Nutzung von piezoelektrischen Materialien einst wie Science-Fiction. Obwohl es noch viele Jahre entfernt ist, könnte es eines Tages zu einer Welt führen, in der große Batterien weitgehend überflüssig sind, da piezoelektrische Materialien selbstversorgende Geräte ermöglichen.

Abschließendes Wort

Obwohl die Welt noch immer von Energiequellen wie Erdölprodukten, Kohle und Erdgas abhängig ist, ist klar, dass sie nicht die Zukunft sind. Zum Glück ist Energie überall um uns herum, und die moderne Wissenschaft bietet uns zunehmend die Möglichkeit, auf eine wachsende Liste sauberer Quellen zuzugreifen.

Während die Zukunft eines Tages die Erde auf Kernfusion und selbstversorgende Geräte setzen könnte, wird es die fortgesetzte Einführung von Wasserkraft, Wind, Solar und Geothermie sein, die uns dorthin führt.