Der Energiehaushalt der Erde und der Menschheit

Der Energiehaushalt der Erde und der Menschheit

Wie wir wissen, bezieht die Erde den Gro√üteil ihrer Energie durch Strahlung von der Sonne in Form von Strahlung. Durch ein einfaches Experiment kann man bestimmen wieviel Energie auf einen Quadratmeter f√§llt. Man nimmt dazu einen schwarzen Aluminiumblock, setzt ihn der Sonne f√ľr einen bestimmten Zeitpunkt aus und errechnet aus der Temperatur√§nderung und der spezifischen W√§rme des Aluminiums die sogenannte Solarkonstante, die 1,4 kW/m¬≤ und Sekunde betr√§gt. In dieser Rechnung ist allerdings keine Bew√∂lkung und Luftverschmutzung miteinbezogen. Auf der Erdoberfl√§che ergibt sich daher ein Wert zwischen 400 und 800 kW/m¬≤. Von der verbleibenden Strahlungsenergie wird aber auch nur ein Bruchteil von den Pflanzen genutzt. Der Rest wird direkt ins Weltall abgestrahlt, allerdings auch nicht gleichm√§√üig: In √Ąquatorn√§he nimmt die Erde mehr Energie auf, in den Polargebieten gibt sie mehr W√§rme ab. Konvektion oder besser gesagt Wind sorgt f√ľr einen Ausgleich zwischen warmen und kalten Luftmassen.
Eine entscheidende Bedeutung beim Wettergeschehen kommt auch den Meeren zu. Sie speichern riesige Mengen an Energie und geben die langsam wieder an die Umwelt ab. Das erkl√§rt warum in K√ľstenn√§he die Winter meist nicht so streng sind wie am Kontinent. In der warmen Jahreszeit k√ľhlt das Meer die Luft allerdings ab und sorgt f√ľr einen k√ľhlen Sommer. Durch Naturkatastrophen wie Vulkanausbr√ľche und erh√∂hten Aussto√ü von Treibhausgasen bedingte Klima√§nderungen k√∂nnen vom Ozean verlangsamt aber wahrscheinlich nicht verhindert werden.
Der Energiebedarf des Menschen hat in den letzten 1000 Jahren dramatisch zugenommen: Eine h√∂her entwickelte landwirtschaftliche Kultur braucht am Tag etwa 25 kW/h, unsere moderne Industriegesellschaft jedoch schon etwa 200 kW/h und der Energiebedarf des Menschen wird durch vermehrten Einsatz von Elektronik noch weiter steigen, sofern wir uns das in Anbetracht der drohenden Klimakatastrophe noch leisten werden k√∂nnen. Zur Zeit decken wir n√§mlich einen Gro√üteil unseres Energiebedarfs durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erd√∂l und Erdgas. Diese Stoffe sind Kohlenstoffverbindungen die vor Jahrmillionen von Pflanzen gespeicherte Energie beinhalten. Wenn wir diese jetzt innerhalb weniger Jahrhunderte wieder freisetzen, entstehen Unmengen von CO2, ein Gas das den Treibhauseffekt unterst√ľtzt und so eventuell zu einer Klima√§nderung beitr√§gt. Au√üerdem ist es nur eine Frage der Zeit, bis diese Reserven zu Ende gehen. Nach dem √Ėlschock in den 70er Jahren ver√∂ffentlichte der "Club of Rome" eine Studie, wonach es nur mehr wenige Jahrzehnte dauern w√ľrde, bis die Erd√∂lversorgung zusammenbrechen w√ľrde. Durch neue Funde, vor allem im Nahen Osten wurde das drohende Ende unserer Wohlstandsgesellschaft hinausgeschoben. Die neuesten Zahlen lauten auf (Weltalmanach S1015) Es ist also offensichtlich, dass man neue Formen der Energie erschlie√üen muss, um den derzeitigen Wohlstand weitgehend zu erhalten. Unter Wohlstand versteht die OECD, ein Zusammenschlu√ü der westlichen Wirtschaftsm√§chte seit 1995 auch √∂kologischen Reichtum, wenn auch vorerst nur am Papier. Die in den 60er und 70er Jahren propagierte Kernenergie hat allerdings durch Unf√§lle wie die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl in den letzten Jahren ihren Ruf als sauberer Energietr√§ger verloren. Au√üerdem ist auch Uran ein Rohstoff, der nur in begrenzten Vorr√§ten vorhanden ist. Trotzdem beziehen die f√ľhrenden Industrienationen wie Japan, Deutschland und die USA nach wie vor einen gro√üen Teil ihrer Elektrizit√§t aus den gef√§hrlichen und in der Endabrechnung auch teuren Kernkraftwerken. Vor allem in den westlichen Industriestaaten ist die Energiegewinnung aus Uran in letzter Zeit immer umstrittener geworden. In Deutschland verhinderte eine B√ľrgerinitiative die Einschaltung des Kraftwerks M√ľlheim - K√§rlich, und in Japan erscho√ü sich voriges Jahr kurz nach Weihnachten einer der Manager eines schnellen Br√ľters. Man hatte ihm nachgewiesen, dass er aus wirtschaftlichen Interessen einen Reaktorunfall vertuscht hatte. Angesichts der Tatsache, dass uns also auch die Kernenergie vor der Klimakatastrophe bewahren wird k√∂nnen, bleibt also nur noch der eine Weg: Zur√ľck zur Natur!
Die Sonne macht es uns schon seit Jahrmillionen vor. In ihrem Kern verschmelzen schwere Wasserstoffkerne zu Helium und setzen dabei ungeheure Energien frei. Bis vor kurzer Zeit schien es noch in greifbarer N√§he, dass war es unserem Muttergestirn bald nachmachen werden k√∂nnen, allerdings beschlossen die europ√§ischen Staaten vor kurzem, wohl unter dem Druck der √Ėllobby aus diesem Projekt auszusteigen.
Man muss die Sonne jedoch nicht unbedingt gleich nachbauen, es gen√ľgt die von ihr ausgesandte Strahlungsenergie effizient aufzufangen. Auch dieses Prinzip ist schon hunderte Jahre alt: Als die Spanier die s√ľdamerikanische Mayakultur zerst√∂rten, waren sie ihnen nur milit√§risch √ľberlegen, w√§hrend aber die "zivilisierten" Europ√§er noch auf primitiven Holzfeuer kochten, besa√üen die "primitiven Wilden" schon ein funktionst√ľchtiges Solarkraftwerk. Es funktionierte nach einem einfachen Prinzip: Auf einem, der Sonne stark ausgesetzten Hochplateau errichteten sie Beh√§lter aus dunklem Material, die durch Quellen mit Wasser gef√ľllt wurden. Dieses leiteten sie dann ins Tal, wo der Palast des Herrschers stand, der es liebte in hei√üen Thermen zu lustwandeln. Er erhielt mit seinem "Kraftwerk" v√∂llig kostenlos und umweltfreundlich Energie von der Sonne, die er im Gegenzug als Gott verehrte. Was f√ľr ein Vorbild f√ľr unsere moderne Wissenschaft!
Heute versucht man allerdings eher die Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umzuwandeln. Das Problem dabei liegt allerdings darin, dass durch Wolken und Staub ein gro√üer Teil der Strahlungsenergie der Sonne reflektiert wird. Dadurch sinkt die Effizienz der Solarzellen derart, dass Strom aus fossilen Energietr√§gern einfach billiger kommt, und es kommt eben haupts√§chlich auf den Preis an, ob sich eine Erfindung durchsetzt oder nicht. Trotzdem wird die Solarenergie von vielen als Energie der Zukunft angesehen. In Sizilien wurde das erste europ√§ische Sonnenkraftwerk gebaut, es folgten weitere wie zum Beispiel die Versuchsanlage am Loser. Vor allem W√ľstengebiete und Hochgebirge bieten sich f√ľr solche Anlagen an, weil in diesen Regionen der Verlust an Strahlungsenergie durch die Atmosph√§re besonders niedrig ist. Es gen√ľgt jedoch nicht, die Energie zu erzeugen, man muss sie auch speichern, um sie bei Bedarf, wie zum Beispiel beim Auto einsetzen zu k√∂nnen. Da aber die Speicherung in Batterien gro√üe Probleme aufwirft, forscht man daran, wie man mit Hilfe von Solarstrom einen Treibstoff gewinnen k√∂nnte. Der ohne Schadstoffe verbrennende Wasserstoff w√§re eine M√∂glichkeit. Den Wissenschaftlern schwebt vor, dass die erd√∂lproduzierenden Staaten, welche meistens in W√ľstengegenden liegen als Ausgleich f√ľr die wegfallenden √Ėlexporte mit Solarstrom durch Elektrolyse Wasserstoff produzieren, und diesen dann an die Industriestaaten verkaufen. Leider wird auch dieses Modell eine Utopie bleiben, solange die Preise f√ľr fossile Brennstoffe nicht steigen.
Die Sonne treibt aber auch den Wind an, der in den Niederlanden und in den USA schon in größerem Ausmaß auf sogenannten Windfarmen genutzt wird. Allerdings ist diese Energieform nur in eingeschränktem Maße konkurrenzfähig, da sie nur in sehr windigen Gebieten effizient arbeiten.
Ebenfalls von einem Himmelsk√∂rper beziehen die Meere die Energie um mit den Gezeiten riesige Wassermassen zu bewegen. In Frankreich wird bereits ein solches Gezeitenkraftwerk getestet. Aus ihrer Fr√ľhgeschichte besitzt die Erde noch ein Relikt, das uns bei der L√∂sung unseres Energieproblems n√ľtzlich sein kann: Im inneren der Erde herrschen Temperaturen von mehreren 1000¬įC. Vor allem in vulkanisch aktiven Gebieten wie Island nutzt man schon heute die zutage tretenden hei√üen Quellen. Auch in der s√ľdlichen Steiermark und im Burgenland werden Thermalb√§der mit Erdw√§rme beheizt.
Diese Anlagen sind wie schon erwähnt noch zu teuer im Betrieb, doch nach der Jahrtausendwende werden sie vielleicht die fossilen Energieträger ablösen, vorausgesetzt das Problem homo sapiens hat sich bis dahin nicht schon von selbst gelöst.
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Die Solarkonstante:
Die Erde bezieht den Gro√üteil ihrer Energie von der Sonne in Form von Strahlung. Durch ein einfaches Experiment kann man die sogenannte Solarkonstante, die 1,4 kW/m¬≤ und Sekunde betr√§gt berechnen. Auf der Erdoberfl√§che ergibt sich ein Wert zwischen 400 und 800 kW/m¬≤. Ein Gro√üteil der Energie wird direkt ins All zur√ľckgestrahlt, w√§hrend ein kleinerer Teil auf der Erde von Pflanzen aufgenommen wird.
Die Ozeane regulieren das Klima der Erde indem sie im Sommer Energie speichern die sie im Winter wieder abgeben. Durch Naturkatastrophen wie Vulkanausbr√ľche und erh√∂hten Aussto√ü von Treibhausgasen bedingte Klima√§nderungen k√∂nnen vom Ozean verlangsamt, aber wahrscheinlich nicht verhindert werden.

Probleme, die fossile Energieträger aufwerfen
Der Energiebedarf des Menschen hat sich im Laufe seiner Entwicklung vervielfacht. Das bedeutet eine √ľberm√§√üige Beanspruchung der Umwelt, da in wenigen Jahren jene Menge an CO2 frei wird, die Pflanzen im Laufe der Jahrmillionen in fossilen Brennstoffen gespeichert haben. Au√üerdem ist es nur eine Frage der Zeit, bis diese Reserven zu Ende gehen:
Statistische Lebensdauer nach Club of Rome
Erdöl: 43 Jahre (bei Erschließung derzeit unrentabler Quellen ca. 100 Jahre)
Erdgas: 68 Jahre
Braunkohle 210 Jahre
Steinkohle 180 Jahre

Alternative Energiequellen:

Kernenergie
Die in den 60er und 70er Jahren propagierte Kernenergie hat durch Unfälle wie Tschernobyl in den letzten Jahren ihren Ruf als sauberer Energieträger verloren. Außerdem ist auch Uran ein begrenzter Rohstoff.
Anzahl der Kernreaktoren in einzelnen Industrieländern

USA: 320 Deutschland 63 Japan 38
Großbritannien 65 Frankreich 38 Kanada 33

Die Sonne als Energieträger - die Kernfusion.

Im Kern der Sonne verschmelzen schwere Wasserstoffkerne zu Helium und setzen dabei ungeheure Energien frei. Bis vor kurzer Zeit unterst√ľtzte die EU die teure Forschungsarbeit am ehrgeizigen Projekt Fusionskraftwerk, allerdings beschlossen die europ√§ischen Staaten vor kurzem, wohl unter dem Druck der √Ėllobby aus diesem Projekt auszusteigen.

Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umzuwandeln, das k√∂nnte die Erde vor dem Klimakollaps retten! Das Problem liegt darin, dass die Effizienz der Solarzellen noch zu niedrig ist, und es kommt eben haupts√§chlich auf den Preis an, ob sich eine Erfindung durchsetzt oder nicht. Trotzdem wird die Solarenergie von vielen als Energie der Zukunft angesehen. Vor allem W√ľstengebiete und Hochgebirge bieten sich f√ľr solche Anlagen an, weil in diesen Regionen der Verlust an Strahlungsenergie durch die Atmosph√§re besonders niedrig ist.. Der ohne Schadstoffe verbrennende Wasserstoff w√§re eine M√∂glichkeit die elektrische Energie zu speichern und zu transportieren.

Weitere Alternativenergien: Windfarmen (USA, Norddeutschland, Niederlande)
Gezeitenkraftwerke (Versuchsanlage in Frankreich)
Erdwärme (Vulkanische Gebiete; z.B. Island)
Aufwindkraftwerke, Biomasse

und kurzfristig: Energiesparen!


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