🔗 Alternative Energie 📈 🌤 🧪 🌬 🌊

[★ Ronald Johannes deClaire Schwab]

 ⚡ Der Übergang zu einer nachhaltigeren Zukunft ist unumgänglich, wenn wir unseren Planeten retten wollen; also lerne.
Es gibt viele Innovationen im Bereich der erneuerbaren Energie. Neue Energietechnologien setzen sich immer mehr durch, denn das Bewusstsein für die Umstellung auf umweltgerechte Energieerzeugung steigt. Viele Branchen führen Veränderungen durch und achten auf Nachhaltigkeit. Deshalb steigt das Interesse an Solarenergie, Energiespeicherung, Elektrofahrzeugen, Wärmepumpen, Wasserstofftechnologien, intelligenten Stromnetzen und mehr Alternativen für Kohle, Öl und Gas.
Mit der wachsenden Nutzung der erneuerbaren Energien besteht die Chance, von fossilen Brennstoffen wegzukommen. Heute geht es um nachhaltige Innovationen, die eine neue, sauberere Zukunft der Welt gestalten.
    Unser Universum ist ein Meer von Energie − mit kostenloser, sauberer Energie. Es wartet nur darauf, dass wir die Segel setzen.
    Robert Adams, US-amerikanischer Landschaftsfotograf
Welche nachhaltigen Innovationen werden den Energiesektor verändern?
Der Aufschwung der künstlichen Intelligenz (KI), der additiven Fertigung, der Automatisierung und anderer Technologien trägt massgeblich zum Übergang zu einer umweltfreundlicheren Zukunft bei. Denn sie helfen bei der Steuerung und Überwachung von Infrastrukturen und beim Ersatz alter Gerätetechnologien durch neue, bessere und umweltschonendere Lösungen. Wärmebildkameraszum Beispiel erkennen Schäden an Solaranlagen durch Überhitzung und Drucktransmitter können bei Wasserstoffanwendungen die Ausdehnung einer flüssigen oder gasförmigen Probe untersuchen.
Dank des technischen Fortschritts können immer mehr Dinge überwacht und gemessen werden, was der ganzen Welt die Möglichkeit gibt, eine nachhaltigere Umwelt zu schaffen. Daher werden wir uns heute auf einige Trends konzentrieren, die bei der Energieerzeugung und -verteilung von Belang sind.
📌 1. Solarzüge
Schon Thomas A. Edison, einer der wichtigsten Erfinder im Bereich der Elektrizität erkannte das Potenzial der Solarenergie, als er sagte: „Ich würde mein Geld auf die Sonne und die Solarenergie setzen. Was für eine Quelle der Kraft! Ich hoffe, wir müssen nicht warten, bis Öl und Kohle zu Ende gehen, bevor wir das in Angriff nehmen.”
Obwohl die Solarenergie zu den beliebtesten erneuerbaren Energien gehört, ist sie immer noch nicht so populär wie fossile Brennstoffe. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) werden 29 % des weltweiten Strombedarfs durch erneuerbare Energien erzeugt. Nachdem sie 2019 die Bioenergie überholt hat, ist Solarenergie nach der Wasserkraft und der Onshore-Windenergie die drittgrösste erneuerbare Stromtechnologie.
Viele Menschen stimmen mit Edison überein und versuchen, weitere Möglichkeiten zur Nutzung der Solarenergie zu finden, wie zum Beispiel Solarzüge. Wie die BBC in ihrem Video über die Solarbahn berichtet (siehe unten), können Solarzüge den ganzen Tag lang ohne Aufladen fahren und speisen sogar 75 % der erzeugten Energie ins Netz ein.
📌 2. Solarzellen aus Lebensmittelabfällen
Es gibt ständige Verbesserungen im Energiesektor. Ein Beispiel für eine weitere Verbesserung der Solarenergie sind die aus Lebensmittelabfällen hergestellten Solarzellen. Das revolutionäre Material wurde aus weggeworfenen leuchtenden Obst- und Gemüsepartikeln hergestellt. Der Ingenieurstudent Carvey Ehren R. Maigue, der für AuReus arbeitet, gewann mit dieser Erfindung den James Dyson Award. Ist das nicht das nachhaltigste Konzept, das es gibt?
📌 3. Windenergie ohne Rotorblätter
Die Windkraft hat ebenfalls enorme Weiterentwicklungen hinter sich und ist damit ein fester Bestandteil des Energiemix geworden. Vermutlich hat jeder schon einmal eine Windenergieanlage gesehen. Die Rotorblätter auf dem über 100 m hohem Turm sind selbst von Weitem zu sehen, ob an Land oder Offshore. Mehr über Windturbinen erfahren Sie in diesem Artikel. Aber wie sieht es mit flügellosen Windrädern aus?
Das spanische Start-up-Unternehmen Vortex Bladeless hat solche Windenergiegeneratoren entworfen. Sie sind nur 3 m hoch und ähneln eher Säulen als klassischen Windrädern. Die Anlagen sind fest im Boden verankert − nur der obere Teil kann vom Wind in leichte Pendelbewegungen um eine vertikale Achse gesetzt werden. Aus der Schwingungsenergie wird dann der Strom erzeugt. Aufgrund ihrer geringen Höhe können diese Anlagen auch in städtischen Gebieten oder Wohngebieten eingesetzt werden, wo normalerweise kein Platz für einen konventionellen Windpark ist.
📌 4. Lithium-Glas-Akkus
Akkus sind für die Energiewende sehr wichtig. In diesem Artikel geht es um Lithium-Ionen-Akkus, eine Innovation von John Goodenough. Goodenough wird als “Vater der Lithium-Ionen-Akkus” bezeichnet und erhielt für diese Erfindung den Nobelpreis für Chemie. Das hielt ihn jedoch nicht davon ab, an der Entwicklung eines Lithium-Glas-Akkus mitzuwirken, dessen Kapazität mit zunehmendem Alter steigt und dessen Energiedichte doppelt so hoch ist wie die eines Lithium-Ionen-Akkus.
Zudem haben sie eine viel längere Lebensdauer als herkömmliche Akkus. Sie funktionieren auch bei niedrigeren Temperaturen, laden sich schneller auf, kosten weniger, sind sicherer (nicht entflammbar) und speichern mehr Energie über längere Zeit.
📌 5. “Wiederaufladbare” Reifen
Goodyear entwickelt ein innovatives Konzept für elektrische Reifen, die sich während der Benutzung aufladen und durch die Reibungshitze angetrieben werden. Auch im Stillstand können diese Reifen aufgeladen werden.
Zudem können sie sich an die Witterungsbedingungen, Strassenverhältnisse und Fahrweise anpassen. Die neue Innovation von Goodyear wird aus einer biologischen Substanz hergestellt und mit Fasern verstärkt, die einer der stärksten Substanzen der Natur nachempfunden sind, der Spinnenseide. Das macht sie vollständig biologisch abbaubar und unglaublich haltbar.
📌 6. Solarenergie-Bäume aus dem 3D-Drucker
Warum nicht Bäume pflanzen, anstatt sie zur Energiegewinnung zu fällen? Forscher des Technischen Forschungszentrums von Finnland (VTT) haben den Prototyp eines Baumes entwickelt, der Sonnenenergie, kinetische Energie und Wärmeenergie aus seiner Umgebung aufnimmt und in Strom umwandelt. Er kann sowohl in Innenräumen als auch im Freien stehen und mit dem erzeugten Strom können kleine Geräte wie LED-Glühbirnen, Luftbefeuchter, Thermometer und Mobiltelefone betrieben werden.
Die künstlichen energiegewinnenden Bäume können unendlich oft vervielfältigt werden. Sie wurden in Form von Bäumen angefertigt, damit sie in Gärten und anderen natürlichen Umgebungen aufgestellt werden konnten.
📌 7. Kraftstoffe aus Abfällen
Eine der CO2-intensivsten menschlichen Aktivitäten ist der Flugverkehr. Aus Lebensmittelabfällen können nicht nur Solarzellen gewonnen werden sondern auch Kraftstoffe. Dafür werden “nasse” menschliche Abfälle wie verrottende Lebensmittel und Abwässer verwendet.
Werden sich mehr Unternehmen diese neue Art der Treibstoffherstellung verwenden? Die Auswirkungen dieses Kraftstoffs auf das Klima wären geringer als die von herkömmlichem Kraftstoff, da er aus Pflanzen gewonnen wird, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen. Laut Popular Mechanics sind Lebensmittelabfälle für 6 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich, verglichen mit 2,5 % bei Flugzeugen. Es gibt auch genügend verwertbare Nassabfälle, um 20 % des gesamten Flugbenzins zu ersetzen, was auch bedeutet, dass sie nicht in Deponiekreisläufe gelangen, die Methan freisetzen.
📌 8. Solarenergie 3.0
Sie haben wahrscheinlich schon von industriellen Revolutionen wie der Industrie 5.0 gehört, die sich auf die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern konzentriert, aber haben Sie schon von Solar 3.0 gehört, der Revolution in der Solarindustrie?
Das Solar-3.0-Kraftwerk ist ein vollständig disponierbares PV-Kraftwerk, das mit Hilfe von Akkus oder anderen Speichereinheiten eine zeitliche Verschiebung ermöglicht und je nach Bedarf mehr oder weniger Energie ins Netz einspeist. Die wichtigste Revolution besteht darin, Perowskite ans Licht zu bringen, die 10- bis 1000-mal weniger Material verbrauchen als die am häufigsten verwendeten kristallinen Siliziumzellen. Erfahren Sie mehr im Video.
📌 9. Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Studenten des Massachusetts-Instituts für Technologie haben ein neuartiges Material aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen entdeckt, das Strom erzeugen kann, indem es Energie aus seiner Umgebung aufnimmt.
Winzige Kohlenstoffpartikel, die allein durch Reaktion mit der sie umgebenden Flüssigkeit Strom erzeugen können, lassen sich zur Stromerzeugung nutzen. Den Forschern zufolge zieht die Flüssigkeit, ein organisches Lösungsmittel, Elektronen aus den Partikeln. Der dadurch erzeugte Strom, kann zum Betrieb von Robotern im Mikro- oder Nanobereich oder für chemische Reaktionen verwendet werden.
📌 10. Selbstkühlende Häuser
Wir haben bereits über Green Gebäude berichtet und gezeigt, wie wichtig sie für eine Stadtgestaltung sind, die den Klimawandel eindämmen und weniger Energie und Wasser verbrauchen will.
Aber was ist mit Gebäuden, die keine Klimaanlage zur Abkühlung benötigen?
In der Natur legen Termiten riesige Hügel an, die durch ein kompliziertes Tunnelnetz belüftet werden. Der simbabwische Architekt Mick Pearce nahm sich die Kreativität der Termiten zum Vorbild und erschuf ein natürliches Kühlsystem für Gebäude. Das Ergebnis ist ein architektonisches Meisterwerk, das die kühlende Luft während der Nacht und die Wärmeabfuhr während des Tages nutzt, um 90 % passive Klimakontrolle zu erreichen.
📮 Die Zukunft der Energie ist digitalisiert und nachhaltig
Einige der vorgestellten nachhaltigen Innovationen können den Energiesektor in einen grünen Sektor verwandeln, da die rationell eingesetzten Materialien der Erde endlich ein Gleichgewicht zwischen Mensch und Natur schaffen können. Das Konzept der Nachhaltigkeit zwingt uns dazu Ressourcen, wie zum Beispiel 📮📮📮 Lebensmittelabfälle, auf ihr Recycling-Potenzial zu überprüfen 
Einige dieser innovativen Technologien, die im Text erwähnt werden, wären jedoch ohne andere technologische Fortschritte nicht möglich gewesen. Zum Beispiel würde es Solarenergie-Bäume ohne die additive Fertigung wahrscheinlich nicht geben, genauso wie die wiederaufladbaren Reifen ohne die Erfindung von Akkus. Daher spielt die Digitalisierung eine wichtige Rolle in der Energiewende. Sie hilft uns nachhaltigere Lösungen für den Energiesektor zu finden, zum Beispiel durch 3D-Drucker oder Energiezähler. Die Digitalisierung nimmt zu und scheint ein untrennbarer Bestandteil unseres Lebens zu sein. Es werden immer mehr Geräte an das Stromnetz angeschlossen, und wir können vorhersagen, dass schliesslich alles vernetzt sein wird und überwacht werden kann.
*Da Distrelec keine dieser Innovationen getestet hat, können wir die Behauptungen der Hersteller nicht bestätigen.
📟 Was ist alternative Energie?
Energie ist Leben: Jedes Lebewesen ist Teil des Energiekreislaufs und benötigt sie, um zu existieren. Diese Energie geht nicht verloren, sondern wird als Teil des Ganzen wieder in anderer Form zurückgeführt. Durch die Auslegung des Energieerhaltungssatzes ist der Mensch in der Lage, mechanische und technische Systeme zu entwickeln, um Energie bedarfsgerecht umzuwandeln. Energie in Form von Strom, Wärme und Kraftstoff gehören heute neben medizinischer Versorgung, sauberem Trinkwasser und Nahrungsmitteln zu selbstverständlichen Versorgungsgütern. Die erforderliche Leistung wächst mit den jeweiligen Ansprüchen. Fossile Brennstoffe waren lange Zeit Hauptträger der Energiewirtschaft. Der Fortschritt verlangt jedoch nach alternativer Energie, um zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden, denn Rohstoffe, wie Kohle, Uran, Erdöl und –gas sind erschöpfliche Ressourcen.
Weltweit arbeiten Forscher und Entwickler an der Umsetzung innovativer Verfahren zur Energiegewinnung, ohne dabei auf fossile Brennstoffe zurückgreifen zu müssen. Energieträger können dabei sowohl aus endlichen, als auch unerschöpflichen Quellen stammen. Die alternative Energie beschäftigt sich mit beiden Formen der Ausgangsstoffe. Abzugrenzen ist hierbei der Fachterminus Erneuerbare Energie beziehungsweise Regenerative Energie. Diese bedient sich ausschließlich CO2-neutralen Primärquellen, wie Wind-, Wasser- und Solarenergie. Zu dieser Gruppe zählen außerdem die Biomasse und Geothermie (Erdwärme). Das umfasst im Wesentlichen alle Vorkommen, die unerschöpflich sind. Des Weiteren ist der Umstieg auf alternative Quellen bereits in naher Zukunft kostengünstiger als ihr fossiles Pendant. Vielfältige Optionen der regenerativen Energiegewinnung ermöglichen die optimale Nutzung vorhandener, natürlicher Quellen, genau dort, wo maximales Potenzial möglich ist.
Durch das Umdenken der Bevölkerung gehört es heute zum guten Ton, eigenes Gemüse im Garten anzubauen, um nicht nur die Haushaltskasse zu entlasten, sondern in gewisser Weise auch zum ökologischen Gleichgewicht beizutragen. Eigenheimbesitzern wird durch staatliche Subventionierung die Möglichkeit eingeräumt, eine Solaranlage auf dem Dach zu installieren. Der erzeugte Strom kann mit Hilfe eines Stromspeichers, außerhalb der Sonnenstunden, genutzt werden. Die Photovoltaikanlage ist in der Lage – je nach Größe – den gesamten Haushalt dezentral mit Energie zu versorgen. Durch eigene Solarkollektoren können die Stromkosten um mehr als die Hälfte gesenkt werden. Das hat zur Folge, dass sich die Anschaffung einer solchen Anlage bereits nach circa zwei Jahren amortisiert.
Dieser Beitrag soll als Grundlage dazu dienen, einen zusammenfassenden Überblick über das Thema alternative Energie mit Schwerpunkt auf erneuerbare Energiequellen zu erhalten.
📠 Historische Fakten zur alternativen Energiegewinnung
Alternative Energie bildet einen festen Bestandteil der heutigen Energiegewinnung und ist überall zu finden – ob Solarkollektoren auf Dächern oder Windräder, die das Landschaftsbild prägen. Der Strom, der durch das Netz fließt und aus der Steckdose vom Endverbraucher bezogen wird, beinhaltet einen gewissen Prozentsatz der Energie, die aus alternativen Quellen stammt. Selbst Kraftstoffen, wie Benzin wird Bioethanol beigemengt, um die ökologische Bilanz zu optimieren. Dabei könnte das Bild entstehen, dass die Entwicklung der alternativen Energiegewinnung der Neuzeit zuzuschreiben ist. Tatsache ist aber, dass sich der Mensch die Elemente schon viel länger zu Nutze macht, als man vielleicht glauben mag.
Bereits seit gut 5.000 Jahren werden Lage- und Bewegungsenergie eingesetzt, um mit Wasser- und Windrädern mechanische Konstrukte anzutreiben, wie Säge- oder Mahlwerke. Die natürliche Wärme der Sonne wird seit jeher in die Architektur von Gebäuden einbezogen, um die Innentemperatur positiv zu beeinflussen. Geothermie, also Erdwärme, wird seit der Antike genutzt, um Badehäuser zu beheizen.
Mit der Elektrifizierung erschloss sich der Mensch neue Möglichkeiten in Produktion und Technologie. Der nächste logische Schritt war nun, elektrischen Strom durch natürliche Ressourcen zu erzeugen. 1839 entdeckte Henry Becquerel den Photoeffekt, eine Methode, um aus zwei Elektroden mittels Sonneneinstrahlung elektrische Energie zu erzeugen. Werner von Siemens erfand im Jahr 1866 den elektrodynamischen Generator. Wasserkraftwerke erzeugen seit 1880 kommerziell genutzten elektrischen Strom. Ende der 1880er folgte die erste Windenergieanlage. Bereits ab 1904 wurde aus Geothermie Strom erzeugt. Aus Becquerels Forschung zur Solarenergie entwickelte Charles Fritts 1954 die erste funktionstüchtige Solarzelle. 1961 wurde mit dem ersten Gezeitenkraftwerk der Tidenhub als Quelle zur Energieerzeugung erschlossen.
Dies sind nur wenige Meilensteine auf dem Weg ins Zeitalter der alternativen Energiegewinnung.
🌡 Vielfältige Möglichkeiten der Energiegewinnung
Primärenergie kann zumeist nicht direkt vom Verbraucher genutzt werden. Diese wird in den meisten Fällen durch verschiedene Verfahren in Sekundärenergie umgewandelt oder veredelt. Grundlastfähig sind dabei leider nur wenige Formen der alternativen Energiegewinnung, da nicht alle Energieträger eine konstante Versorgung gewährleisten. Für die optimale Nutzung der verfügbaren Energie existieren diverse Energiequellen, die je nach Standort genutzt werden, wie zum Beispiel:
🌬     Windenergie
🌤     Solarenergie
🌊     Wasserkraft
🌋     Geothermie
🧪     Energie aus Biomasse.
🌬 Windenergie
Die Erzeugung von elektrischem Strom mittels Windkraft ist heute die bedeutendste Nutzung der Windenergie. Dabei wird in großen Anlagen die Bewegungsenergie des Winds an Rotoren in Drehmoment übersetzt und in elektrodynamischen Generatoren zu elektrischem Strom umgewandelt. Moderne Anlagen nutzen dabei Rotorflügel, die nach dem Auftriebsprinzip, wie bei einem Flugzeugflügel, im Wind stehen. Bei optimalen Bedingungen könnten diese Anlagen sogar bis zu 59 Prozent der reinen Windkraft zur Energiegewinnung nutzen. Ganze „Windparks“ sorgen auf dem Land oder Offshore, auf See, für sauberen, Kohlenstoffdioxid-neutralen Strom. Der größte Teil der Anlagen befindet sich jedoch an Land. Schätzungen gehen davon aus, dass in den kommenden Jahren der Zubau im Offshore-Sektor nur 20 Prozent erreichen wird. Die bisher gebauten Anlagen leisten knapp 540 Gigawatt Nennleistung, das sind knapp vier Prozent des weltweiten Strombedarfs. Diese Nennleistung gibt allerdings nicht den tatsächlichen Ertrag an. Luftdichte, Windgeschwindigkeit und Rotorfläche bestimmen die Leistung des Windkraftwerks. Die Anlagen müssen bei zu starkem Wind heruntergefahren werden und erzeugen weniger Strom bei zu schwacher Windleistung. Durch diese Unbeständigkeit ist keine konstante Wirtschaftlichkeit garantiert. Ein weiterer Aspekt ist der Standortfaktor der Anlage. Auf dem flachen Land, wo der Luftstrom nicht von Erhebungen oder Vegetation abgelenkt wird, ist der Ertrag deutlich kontinuierlicher als in den Bergen. Dort ist die Luft dünner und die Strömungen weniger vorhersehbar. Windkraft ist aus diesen Gründen nicht grundlastfähig.
🌪 Der gesamte 2017 in Deutschland alternativ erzeugte Strom stammte zu 48,9 Prozent aus Windenergie.
🌤 Sonnenenergie
Die Sonne, Energiespenderin unseres Planeten, ist mit Abstand die wichtigste Energiequelle. Angefangen bei der Photosynthese und dem Klima wäre ohne sie gar kein Leben auf der Erde möglich. Sie 🌦 versorgt uns durch die Pflanzen mit Sauerstoff und Nahrung. Ihre Wärme erhitzt die Oberfläche unseres Planeten und treibt Meeresströmungen und Winde an, die unverzichtbar für unser stabiles Klima sind. Die Energie der Sonne, die von der Erdoberfläche absorbiert wird, würde ausreichen, um den weltweiten Energiebedarf zehntausendfach abzudecken. Die Solarenergiegewinnung steht auf zwei Säulen. Eine ist die einfache Erhitzung von Wasser durch Solarthermieanlagen, zum Beispiel auf den Dächern von Eigenheimen oder Solarfarmen. Das Warmwasser wird zur Erhitzung des Brauchwassers verwendet. Strom wird durch Bündelung der Sonnenstrahlen in Solarthermie-Kraftwerken, die aus komplexen Spiegelsystemen bestehen, gewonnen. Diese erhitzen einen zentralen Absorber und erzeugen mit Hilfe eines Wärmeträgermediums und Dampfturbinen elektrische Energie. Die Zweite ist die elektrochemische Umwandlung der Strahlung in Elektrizität. Solarzellen fangen die Strahlung ein und durch Halbleitertechnologie wird diese in elektrischen Strom transformiert. Diese Anlagen finden sich oft auf großen Dachflächen, wie Mehrfamilienhäusern oder Industrieanlagen sowie auf Feldern. Solarenergie ist grundsätzlich überall verfügbar. Leider unterliegt sie aber auch tages- und jahreszeitlichen Schwankungen. Solaranlagen haben in unseren Breitengraden nur selten einen optimalen Wirkungsgrad. Nachts, wenn die Sonne gar nicht scheint, wird auch keine Energie erzeugt. Ist die Anlage verschmutzt, durch Schnee verdeckt oder der Einfallswinkel zu steil oder zu flach, senkt das den Energieertrag. 🌥 Für Solarenergie aus Solarzellen werden aufwendige Regel- und Speichersysteme benötigt. Im Jahr 2017 leisteten alle Solaranlagen weltweit 390 Gigawatt. Das sind etwa zwei Prozent der weltweiten Stromerzeugung. Schätzungen gehen davon aus, dass bis 2030 der Anteil an Solarenergie auf 13 Prozent wachsen könnte.
🌩Innerhalb der Verfahren zur alternativen Energiegewinnung lag der Anteil an Solarstrom in Deutschland im Jahr 2017 bei 18,3 Prozent.
🌊 Wasserkraft
Wasserkraft bedeutet, die Strömung des Wassers zu nutzen, um über Turbinen in Generatoren elektrischen Strom zu erzeugen. Es gibt verschiedene Formen der Wasserkraftwerke. Die häufigsten Vertreter sind Buchtenkraftwerke. Diese gehören, wie Wasserräder, zu den Laufkraftwerken und nutzen die reine Strömungskraft des Gewässers. Sie stehen in einer künstlichen Bucht am Rand eines Flusses. Durch die Konstruktion wird der natürliche Lauf des Fließgewässers nicht verengt und Hochwässer können ungehindert abfließen. Bei Laufkraftwerken mit Schwellbetrieb wird das Flusswasser in Wehren oder Stauseen angestaut. Zu Lastzeiten wird das Wasser durch Turbinen geleitet, was einerseits durch den Höhenunterschied zu optimaler Auslastung führt und andererseits den erhöhten Strombedarf deckt. Speicherkraftwerke stauen in großen Stauseen oder Dämmen eine große Menge Wasser auf, um es bei Bedarf durch Turbinen zu leiten. Die Konstruktion von Speicher- und Laufkraftwerken mit Schwellbetrieb unterscheidet sich nur in geringem Maße. Speicherkraftwerke dienen durch den großen Durchfluss mehr der Spitzenlastabdeckung, Laufwasserkraftwerke stauen meist nur zum Zweck der größeren Fallhöhe auf. Pumpspeicherkraftwerke pumpen bei Stromüberschuss das Wasser eines Sees in ein höhergelegenes Reservoir, um es bei Bedarf wieder durch die Turbinen zu leiten. 🌊 Das Gezeitenkraftwerk nutzt die Bewegung des Wassers zwischen Ebbe und Flut, um die Turbinen anzutreiben. An Standorten mit ausgeprägten Höhenunterschieden zwischen den Gezeiten werden in Dämmen verbaute Turbinen, durch die die Wassermassen geleitet werden, so bei jeder Tide angetrieben. Das Salzwasser schädigt die Turbinen. Es gibt nur wenige geeignete Standorte und die Inflexibilität der Gezeiten machen diese Form der Energiegewinnung unwirtschaftlich.
Die Kraft des Wassers ist grundsätzlich verlässlich, eignet sich gut als Speichermedium und ist bei Bedarf innerhalb kürzester Zeit abrufbar. Deshalb können Wasserkraftwerke gut zur Grundlastabdeckung und als Ergänzung zu Spitzenlastzeiten oder bei Ausfällen genutzt werden.
2017 stammten 9,1 Prozent der gesamten alternativen Stromerzeugung Deutschlands aus der Wasserkraft.
🌋 Geothermie
Geothermie bezeichnet die Erzeugung von Wärme- und elektrischer Energie aus der Hitze des Erdkerns sowie aus dem Zerfall radioaktiver Elemente in der Erdkruste. Sie  wird grob in oberflächennahe und tiefe Geothermie klassifiziert. Da die Erdkruste nicht von jahreszeitlichen Temperaturschwankungen beeinflusst wird, ist die Eingangstemperatur bei Geothermie-Anlagen immer konstant. Die oberflächennahe Erdwärme wird mit Bohrungen von bis zu 400 Metern definiert. Bei ihr wird in die obere Erdkruste gebohrt. Die pro Meter um etwa 3 Grad Celsius steigende Temperatur wird durch Erdkollektoren, Erdwärmesonden, Grundwasserbrunnen oder auch erdberührte Betonbauteile („Energiepfähle“) nutzbar gemacht. Diese Anlagen eigenen sich zum Beispiel gut, um Eigenheime, Industriegebäude oder Mehrfamilienhäuser mit günstigem Warmwasser oder Heizanlagen zu versorgen. Es gibt Gegenden mit geologischen Besonderheiten, wie oberflächennahen Magmaschichten oder thermalen Quellen. Hier kann die Temperatur schon ausreichen, um auch Dampfturbinen zur Stromerzeugung anzutreiben. 🌋 Die Tiefen-Geothermie ist in zwei Verfahren unterteilt. Bei der hydrothermalen Methode werden Grundwasserreservoirs in großer Tiefe mit entsprechender Temperatur an die Anlage angeschlossen. 🌋 Die petrothermale Methode bedient sich dem erhitzten Grundgestein als Energiequelle. Diese beiden Systeme werden vor allem für Fernwärmeanlagen, die ganze Dörfer oder Stadtteile versorgen, genutzt. Bei tiefen Bohrungen werden zudem höhere Temperaturniveaus erreicht, was die Erzeugung von elektrischem Strom durch Dampfturbinen deutlich effektiver und kostengünstiger werden lässt. 2015 waren weltweit Anlagen mit einer thermischen Leistung von insgesamt 70.270 Megawatt, sowie mit einer elektrischen Leistung von 12.590 Megawatt installiert. Außerdem reduziert die geothermische Wärmeproduktion den Bedarf an fossilen Brennstoffen. Sie ersetzte 2015 über 52 Millionen Tonnen Erdöl und reduzierte den CO2-Ausstoß in die Atmosphäre um 148 Millionen Tonnen. Die Stetigkeit von Geothermie macht sie zu einer guten Quelle für saubere Energie, vor allem in Form von Fernwärme.
Da Deutschland leider über wenig gute Standorte zur Stromerzeugung über Geothermie verfügt, erreichte diese 2017 nur einen Anteil von circa 0,1 Prozent an der gesamten alternativen Stromerzeugung Deutschlands.
🧫 Energie aus Biomasse
Biomasse ist eine der flexibelsten alternativen Verfahren zur Energiegewinnung. Darunter werden alle organischen Stoffe, die durch Fermentierung oder Verbrennung Energie erzeugen, bezeichnet. Aus pflanzlichen und tierischen Abfällen wird Methangas gewonnen. Dieses kann durch Gasturbinen zu Strom und Wärme umgewandelt, sowie per Nah- oder Fernwärme weitertransportiert werden. Der dabei gewonnene elektrische Strom wird in das Netz eingespeist. Die Zwischenlagerung von Methangas erfolgt in großen Tanks. In Form von Biogas wird das Methangas ins Erdgasnetz geleitet oder als Kraftstoff für gasbetriebene Fahrzeuge verwendet. Blockheizkraftwerke (BHKW) verbrennen feste Stoffe, zum Beispiel Holzabfälle, um Wärme zu erzeugen. Durch eine Kraft-Wärme-Kopplung wird dabei gleichzeitig elektrische Energie erzeugt und die Abwärme für Nah- und Fernwärme genutzt. Im kleinen Maßstab sorgen Miniatur-BHKW oder Holzpellet-Heizungen in Kellern für CO2-neutrale Wärme in Eigenheimen oder Mehrfamilienhäusern. Biomasse wird direkt aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen oder indirekt aus den Abfällen landwirtschaftlicher Betriebe. Pflanzen beispielsweise binden im Verlauf Ihres Lebens Kohlenstoffdioxid. Tiere erzeugen durch ihre Ausscheidungen eine vergleichbare Menge, die bei der Verbrennung des Dungs wieder abgegeben wird. Die Verbrennung oder Fermentierung ist im Vergleich zu fossilen Brennstoffen klimaneutral.
Der Anteil von Biogas an der alternativen Stromerzeugung in Deutschland lag im Jahr 2017 bei knapp 15 Prozent. Diese Festbrennstoffe belegten in diesem Ranking 4,9 Prozent und nur 0,2 Prozent entfielen auf die flüssigen biogenen Brennstoffe.
🧪 Kraftstoffe aus alternativen Energiequellen
Das Primärziel der alternativen Energiegewinnung ist derzeit die Erzeugung von Strom, um der abnehmenden Menge an fossilen Brennstoffe entgegenzuwirken. Zudem kann sie dazu genutzt werden, Brauchwasser aufzuwärmen und Gebäude zu temperieren. Im Straßenverkehr und in der Industrie werden bisher zusätzlich große Mengen an konventionellen Kraftstoffen benötigt, weshalb der Einsatz alternativer Möglichkeiten hierbei ebenfalls ins Visier rückt. Aus diesem Grund sucht die Forschung nach Methoden, um auch in diesem Segment umweltfreundliche alternative Treibstoffe herzustellen, wie zum Beispiel "Biokraftstoff und Wasserstoff".
🧪 Biokraftstoff
Biokraftstoff wird aus Biomasse gewonnen. Dabei kann reiner Alkohol entstehen. Cellulose-Ethanol wird aus grünen Pflanzenteilen hergestellt, Bioethanol aus Zuckerrüben. Chemisch betrachtet sind beide Erzeugnisse identisch. Durch Veresterung von Methanol oder Ethanol mit Fettsäuren wird Biodiesel hergestellt. Alternativ kann Rapsöl durch seine Eigenschaften aber auch direkt als Treibstoff genutzt werden. Diese Kraftstoffe können beispielsweise Motoren von Fahrzeugen, Maschinen und Stromaggregaten antreiben.
⚗ Wasserstoff
Wasserstoff befindet sich in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems und gilt dabei als das reaktionsfreudigste Element. Bei der Reaktion mit Sauerstoffatomen setzt es enorme Mengen an Energie frei. Aus diesem Grund eignet sich Wasserstoff hervorragend, um Fahrzeuge und Maschinen anzutreiben. In natürlichen Vorkommen ist dieser jedoch an andere Elemente gebunden, kann aber durch zwei Verfahren von anderen Stoffen getrennt werden. Entweder wird er als Nebenprodukt der Erdölveredelung aus den Molekülketten des Erdöls herausgetrennt oder aus Erdgas oder Kohle gewonnen. Durch diese Verfahren ist die Herstellung von Wasserstoff jedoch nicht klimaneutral.
Biomasse bietet hierbei eine Alternative zu fossilen Energieträgern. Aus ihr kann ebenfalls Wasserstoff extrahiert werden, indem diese erhitzt wird. Biomasse besteht zum größten Teil aus Kohlehydraten und anderen wasserstoff- und kohlenstoffhaltigen Verbindungen. Der für die Reaktion notwendige Sauerstoff ist ebenfalls bereits im Energieträger enthalten.
Die andere verbreitete Methode ist, Wassermoleküle mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Wird die Elektrolyse mit alternativen Energieträgern, wie Wind- oder Solarenergie umgesetzt, ist der gewonnene Wasserstoff ebenfalls klimaneutral. Der Wasserstoff kann dadurch als Speichermedium für andere alternative Energien dienen, wenn Energieüberschuss besteht. Der Wasserstoff wird in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff versetzt. Die Reaktion der beiden Elemente setzt Energie frei, welche durch eine elektronenleitende Membran in nutzbaren Gleichstrom umgewandelt wird.
Weitere Methoden zur Herstellung von Kraftstoff sind die Gewinnung von Energie aus Klär- und Deponiegasen sowie das direkte Recycling von Speisefetten, die zum Beispiel als Treibstoff für den öffentlichen Stadtverkehr dienen.
🔗 Stromeinspeisung in das kommerzielle Netz
Die Infrastruktur des Stromnetzes ermöglicht es, jede Form des elektrischen Stroms, ob erzeugter Strom aus fossilen Energieträgern oder alternativen Energien, einzuspeisen. Deshalb besteht der Strom, den wir aus der Steckdose beziehen aus einer Zusammensetzung aller Erzeugungsarten. Die Abrechnung ist dabei einfach. Der Betreiber der Anlage wird pro Kilowattstunde mit einem gewissen Betrag honoriert. Dieser variiert nach Anlagengröße und -art zwischen 8,44 Cent und 12,20 Cent. Bei netzbedingten Abschaltungen wird ein gewisser Prozentsatz als Ersatzleistung ausgezahlt. Grundsätzlich wird in drei Möglichkeiten unterschieden 
➦ dazu gehören
    reine Einspeisung
    Eigenverbrauch und Einspeisung
    sowie autarke Systeme bzw. Inselsysteme.
🛠 Reine Einspeisung
Photovoltaikanlagen tragen mittlerweile einen erheblichen Teil dazu bei, den Klimawandel positiv zu beeinflussen. Das gelingt dadurch, dass durch das Verfahren der Umwandlung kein Treibhausgas in die Atmosphäre abgegeben wird. Sollte sich die Anschaffung für den eigenen Energiebedarf nicht rentieren, ist es dennoch sinnvoll, darüber nachzudenken, eine solche Anlage auf dem eigenen Dach zu installieren. Nicht nur Großanlagenbesitzer mit Kraftwerken, Windfarmen oder groß angelegte Solaranlagen können von der reinen Einspeisung in das kommerzielle Stromnetz profitieren. Die Anlagen werden dabei direkt an die lokale Energieversorgung angeschlossen und tragen zur Dichte der Energieverfügbarkeit bei. Der Besitzer der Photovoltaikanlage deckt weiterhin den eigenen Energieverbrauch durch das Energieversorgungsunternehmen. Der eingespeiste Strom kann dabei gewinnbringend verkauft werden.
🛠 Eigenverbrauch und Einspeisung
Zunächst wird die alternativ gewonnene Energie aus den vorhandenen Anlagen in das private Netz eingespeist und steht dort dem Besitzer des Systems dezentral zur freien Verfügung. Der gewonnene elektrische Strom ist zumeist in der Lage, die Grundlast abzudecken. Bei höherem Verbrauch wird dabei Energie aus dem kommerziellen Stromnetz entnommen. Wird jedoch mehr Strom durch die Anlage erzeugt, als der Inhaber im Moment benötigt, entsteht ein Überschuss, der an das öffentliche Netz abgebeben werden kann. Für eine genaue Abrechnung ist eine spezielle Konfiguration der Stromzähler erforderlich. Anders als bei konventioneller Stromentnahme ist bei einer Einspeisung ein eigener Zähler notwendig, der die eingespeiste Energie in Kilowattstunden aufzeichnet. Dadurch lassen sich der Eigenverbrauch und der zur Verfügung gestellte Strom berechnen. Reguliert wird diese Berechnung an Hand des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Eine weitere Möglichkeit, ungenutzten Strom zu einem späteren Zeitpunkt zu verwenden, ist, diesen in Akkumulatoren zu speichern. Diese ermöglichen die Stromentnahme auch dann, wenn gerade keine Energie in der Anlage produziert wird.
📊 Autarke Systeme / Inselsysteme
Eine ganze Reihe kleiner Geräte, die zum Beispiel durch eigene Solarzellen ihre Energieversorgung sicherstellen, wie Uhren, Taschenrechner oder Gartenleuchten legen den Grundstein für sogenannte Inselsysteme. Nicht überall ist ein unkomplizierter Zugang zum Energieversorgungsnetz möglich, sodass diese Lösung auf diversen Gebieten Anwendung findet. Durch einen tragbaren Solarkollektor lässt sich beinahe überall auf der Welt elektrischer Strom erzeugen. Dieser kann direkt vor Ort genutzt oder überschüssige Energie in einem Akkumulator gespeichert werden. Größere Anlagen versorgen beispielsweise sogar Berghütten, Wetterstationen oder Mautbrücken an Autobahnen. Dabei kann an festen Standorten durchaus auf Wind- oder Wasserkraft, wie ein einfaches Wind- beziehungsweise Wasserrad zurückgegriffen werden. Das wohl wichtigste Kriterium autarker Systeme ist, dass diese nicht in der Lage sind, überschüssige Energie ins Netz einspeisen zu können. Deshalb ist ein Energiespeicher notwendig, der diesen Überschuss solange speichert, bis er benötigt wird. Das wohl prägnanteste Beispiel für Inselanlagen sind Satelliten, die sich über ihre Sonnenkollektoren versorgen.
📊 Vor- und Nachteile alternativer Energie
Das große Einsparpotenzial an umweltschädlichen Emissionen, welches alternative Energiequellen bieten, gewährt eine Vielzahl an Vorteilen gegenüber fossilen Brennstoffen als Energieträger. Natürlich werden dabei nicht nur die positiven Eigenschaften sichtbar, sondern auch die negativen Aspekte gegenständlich. Darunter entstehen Fragen aus folgenden Bereichen:
    Umweltschutz
    Effektivität und Amortisierung von alternativen Energiequellen
    Grundlastabdeckung
    Lastspitzenabdeckung
    Energiespeicherung
📊 Alternative Energie im Aspekt des Umweltschutzes
Die Verringerung umweltschädlicher Emissionen durch konventionelle Energieerzeugung ist die einzige Option, den Planeten Erde weiterhin als bewohnbaren Lebensraum für Fauna und Flora aufrecht zu erhalten. Treibhauseffekte durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe haben die Erde bereits, verglichen mit dem präindustriellen Zeitalter, um 0,8 Grad Celsius erwärmt. Auf den ersten Blick erscheint dieser Wert unbedenklich, bei genauerer Betrachtung lässt sich aber feststellen, dass schon minimale Veränderungen das ökologische Gleichgewicht im negativen Sinne nachhaltig verändern können. Dadurch entstehen Kettenreaktionen, welche katastrophale Auswirkungen auf Meeresströmungen, Klima sowie Wetterphänomene haben können. Die Gewinnung von CO2-neutralen Strom, Wärme und Energie ist durchaus im Sinne des Umweltschutzes, jedoch ist dieser bei genauerer Betrachtung auch durch negative Aspekte geprägt.
Solarzellen benötigen bei der Herstellung seltene Rohstoffe. Diese werden meist unter menschenunwürdigen Bedingungen in Ländern Afrikas oder in China gefördert und weiterverarbeitet. Bei der Gewinnung oder Veredelung der Materialien in diesen Ländern ist der Umgang mit umweltschädlichen Chemikalien unter unsachgemäßen Sicherheitsbestimmungen geprägt. Zum anderen wird bei der Produktion eine verhältnismäßig große Menge Energie, meist aus konventionellen Energieträgern, benötigt. Ein Solarmodul amortisiert sich in den meisten Fällen erst nach einer Nutzungsdauer zwischen neun Monaten und drei Jahren. Erst dann ist der gelieferte Strom umweltfreundlich. Dabei kann auch der Standort der Anlage Einfluss auf die Umwelt nehmen. Auf Dächern ist die Fläche für die Natur nahezu unschädlich. Deshalb fallen diese Anlagen weniger ins Gewicht. Die Freiflächen neben Verkehrswegen oder auf agrartechnisch ungenutzten Flächen jedoch, die durch die Module und hohen Zäune in Beschlag genommen werden, sind dabei jedoch kritisch zu betrachten. Vegetation wird verändert, der Boden verdichtet. Für viele heimische Tier- und Pflanzenarten ist der Lebensraum im Anschluss nicht mehr nutzbar. Andere Arten können zwar den Lebensraum wieder besiedeln, die Artenverschiebung hat dennoch weitreichende Auswirkung auf den ökologischen Kreislauf.
Wasserkraftwerke nehmen Einfluss auf das Ökosystem von Gewässern. Fische und wassernahe Vögel oder direkte Wasservögel sind unmittelbar von den Turbinen und Laufrädern bedroht. Die bauliche Veränderung von Flussufern oder -läufen zur Kanalisierung der Wasserströmung greift in den natürlichen Lebensraum der Tiere ein. Durch Stauseen werden Lebensräume von Landlebewesen zerstört. Das Begradigen des Wasserlaufs, sowie Hindernisse in Form von Kraftwerken begünstigen das Entstehen von Hochwässern, die durch diese Eingriffe nur unter schwierigen Bedingungen abfließen können.
Geothermie greift in die Beschaffenheit der Erdkruste ein. Geologische Besonderheiten werden weiter destabilisiert. Die Bohrungen, vor allem bei Großprojekten der Tiefen-Geothermie führen zu einer Perforierung der Erdkruste. Dadurch können Erdbeben begünstigt werden.
Windkraftanlagen hingegen bedrohen den Lebensraum der Vögel. Viele von ihnen verenden jährlich an den Rotorblättern der Windräder. Darunter befinden sich natürlich auch bedrohte Vogelarten. Zudem sind die Bodenflächen um die Fundamente verdichtet, wodurch die sich Vegetation verändert. Des Weiteren werden durch die Zufahrtsstraßen natürliche Lebensräume zerstört.
Biomasse besteht aus Rohstoffen pflanzlicher sowie tierischer Herkunft. Die Produktion setzt dabei auf hoch stärkehaltige Pflanzen, deren Anbau sich negativ auf das Ökosystem auswirkt. Der massive Bedarf an Energie führt zu einer konkurrierenden Flächennutzung zwischen konventioneller Landwirtschaft und dem Anbau biomassefähigen Brennstoffs. Mehrjährige Monokulturen aus Mais oder schnellwachsenden Hölzern hinterlassen Böden unfruchtbar. Weitere Flächen müssen erschlossen werden, was wiederum die Biodiversität und Lebensräume von heimischen Tieren gefährdet.
Eine weitere Schwierigkeit stellt die Speicherung des gewonnenen Stroms dar. Akkumulatoren sind mit ihren stark umweltschädlichen Trägermaterialien schon in der Herstellung problematisch. Das Recyceln gestaltet sich als noch schwieriger. Sie haben außerdem im Vergleich zu ihrem Herstellungsaufwand eine kurze Lebensdauer und wenig Speicherkapazität.
Nichtsdestotrotz stellen alternative Energiegewinnungsmethoden ein sauberes und vergleichsweise umweltschonendes Pendant  zur Verwertung fossiler Brennstoffe dar.
📈 Effektivität und Amortisierung alternativer Energie
Die Anschaffung solcher Anlagen ist kostenintensiv. Geothermie oder Photovoltaikanlagen für Endverbraucher können schnell mehrere zehntausend Euro kosten. Die Ersparnis gegenüber dem Zukauf von Brennstoffen und Strom, sowie die Gewinne aus dem Verkauf des PV-Stroms gleichen diese Anschaffungskosten im Laufe der Zeit wieder aus. Als Amortisationszeit wird die Dauer bezeichnet, bis die Anlage die Investitionskosten erwirtschaftet hat und Gewinne erzielt. Dabei werden die Anschaffungskosten, sowie Nebenkosten und Zinsen miteinbezogen. Bei Photovoltaikanlagen beträgt diese je nach Finanzierungsmodell und Kaufpreis zwischen 11 und 15 Jahren. Für die Energetische Amortisation kommen nochmal rund drei Jahre hinzu. Solarkollektoren zur Warmwasseraufbereitung und zur Unterstützung der Heizung rentieren sich nach etwa 15-20 Jahren. Erdwärmepumpen für Eigenheime amortisieren sich im Vergleich zu einer Gasheizung schon nach zehn Jahren – bei einer Ölheizung bereits nach fünf. Große Anlagen werden oft an den günstigsten Standorten erbaut, dadurch verkürzt sich die Zeit, bis die anfänglichen Aufwendungen durch entstehende Erträge gedeckt werden. Die energetische Amortisierung von großen Windanlagen liegt bei etwa drei bis sieben Monaten, die wirtschaftliche bei etwa zehn Jahren. Bei Kleinanlagen ist diese durch den geringeren Ertrag auf circa 20 Jahre einzuschätzen. Wasserkraftanlagen werden kaum im privaten Sektor genutzt. Sie sind mit hohen Anschaffungsosten verbunden. Dadurch, dass diese in diversen Ausführungen und Größen existieren, ist die Angabe der Amortisierung schlichtweg nicht möglich. Der Vorteil ist allerdings die hohe Lebensdauer dieser Kraftwerke, die die Wirtschaftlichkeit im Einzelfall doch bei weitem übersteigt.
🔌 Grundlastabdeckung
Grundlast bezeichnet die Belastung eines Stromnetzes, die während eines Tages nicht unterschritten wird. Diese wird bevorzugt durch träge, schwer regelbare Laufwasserkraftanlagen und Kohle- beziehungsweise Kernkraftwerke bereitgestellt. Letztere sind durch ihre niedrigen Brennstoffkosten, aber vergleichsweise hohen Fixkosten dazu gezwungen, ständig unter Volllast Energie zu erzeugen, um wirtschaftlich betrieben werden zu können. Moderne Reaktoren sind in der Lage, im Lastfolgebetrieb die Leistung zu regeln. Dieser Prozess benötigt allerdings zwei Stunden und mehr, bei einer vollen Abschaltung sogar 12 Stunden.
Bei Kohlekraftwerken ist die Regelbarkeit mit noch höherem Kosten- und Zeitaufwand verbunden. Das Zurückfahren wird dadurch erreicht, dass weniger Brennstoff zugeführt wird. Sinkt das Temperaturniveau unter einen gewissen Wert, ist es nicht mehr möglich, Energie zu erzeugen. Eine vollständige Abschaltung ist notwendig.  Das Hochfahren von abgeschalteten Kohlekraftwerken benötigt im Regelfall mehr als 12 Stunden.
Den größten Teil im alternativen Energiesektor stellen Photovoltaik- und Windkraftanlagen dar. Dadurch kann es passieren, dass bei guten Windverhältnissen oder wolkenlosem Himmel ein sogenanntes Windloch entsteht. In diesem Fall übersteigt der produzierte Strom die Grundlast, sodass andere Kraftwerke zurückgefahren werden müssen. Nachts, wenn der Verbrauch am niedrigsten ist, wird die Grundlast alleine durch fortlaufend produzierende Industrieanlagen, der Straßenbeleuchtung und von Dauerverbrauchern definiert. Das langsame Drosseln von konventionellen Grundlastkraftwerken erhöht den Bezugspreis von Strom unverhältnismäßig. Deshalb kann die Grundlast von Energieversorgungsunternehmen künstlich erhöht werden, indem zu Schwachlastzeiten durch Nachtspeicher- oder Pumpspeicherkraftwerke zusätzlicher Strombedarf geschaffen wird.
Die Grundlast in Deutschland lag im Jahr 2017 bei etwa 45 Gigawatt.
🖲 Lastspitzenabdeckung
Durch die Abdeckung der Grundlast alleine kann jedoch kein stabiles Stromnetz aufrechterhalten werden. Tagsüber wird durchaus mehr Energie benötigt, als in der Nacht. Photovoltaikanlagen, Speicherkraftwerke und im Fall von Energieengpässen auch Pumpspeicherkraftwerke fangen diese Mittel- bis Spitzenlasten ab. PV-Anlagen, Laufwasserkraftwerke mit Schwellbetrieb und Speicherkraftwerke werden dabei für die Mittellast eingesetzt. Moderne PV-Anlagen besitzen einen Wechselrichter, der eine zentrale Regelung oder Abschaltung erlaubt, wenn zu viel Strom produziert wird. Damit wird zwar der Einspeisungsvorrangigkeit kein Abbruch getan, doch lassen sich alternative und herkömmliche Technologien damit harmonischer zusammenführen. Wasserkraft kann dazu geschalten werden, wenn selbst konventionelle Grundlastkraftwerke, Windenergie und PV-Anlagen zusammen nicht genügend Leistung erbringen.
🔋 Möglichkeiten der Energiespeicherung
Die Überproduktion an Energie aus alternativen Quellen ist erst dann sinnvoll, wenn diese in Energiespeichern zwischengespeichert werden kann und von dort aus zu jeder Zeit abrufbereit steht. Dadurch ist es möglich, Lastspitzen im Stromnetz abzufangen. Je nach Wind- oder Wetterlage wird dieser Energieüberschuss dazu verwendet, die Stromversorgung auch bei Bewölkung, Flaute oder aber nachts, je nach Bedarf, zu gewährleisten. Stromspeicher stellen die notwendige Flexibilität im Zeitalter der dezentralen Energieproduktion sicher.
Erreicht wird dies durch eine Reihe an Speichermöglichkeiten, welche sich in Leistung, Wirkungsgrad, Energiedichte und Baukosten unterscheiden. Des Weiteren kann zwischen Kurz- und Langzeitspeicher differenziert werden. Die eingebrachte Energie wird im Regelfall in der gleichen Form abgerufen, in der sie gespeichert wurde. Trotzdem gibt es Ausnahmen. Zum Beispiel wird in einigen Anlagen elektrische Energie in Wasserstoff umgewandelt und in Wasserstofftanks gespeichert.
Mit Druckluft- und Pumpspeichern als Langzeitspeicher ist eine solide Spitzenbedarfsabdeckung möglich. Diese Speicher können binnen zwei bis 24 Stunden entladen werden und weisen eine Kapazität zwischen 500 Megawattstunden bis zu einigen Gigawattstunden auf. Letztere werden alleine durch die Größe des Pumpspeichersees begrenzt. In Fällen und Anwendungsgebieten, bei denen eine Speicherung über längeren Zeitraum notwendig ist, wie beispielsweise bei Reservespeichern oder in der Elektromobilität, kommen Elektro-chemische Speicher zum Einsatz. Diese bestehen in erster Linie aus Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Redox-Flow-Batterien. Erstere werden meist im Straßenverkehr eingesetzt. Zweitere speichern Energie in chemischen Verbindungen innerhalb eines Lösungsmittels. Verwendung finden Redox-Flow-Batterien durch ihre relativ hohe Speicherkapazität in Mobilfunk-Basisstationen oder als Pufferspeicher in Windkraftanlagen.
Kostengünstigere Blei-Säure-Akkumulatoren benötigen einige Sicherheitsvorkehrungen bei Lagerung und Betrieb. Sie stehen jedoch ihren Konkurrenten in nichts nach und werden in Speicheranlagen bis zu einer Kapazität von circa 50 Megawattstunden verwendet.
Kurzzeitspeicher hingegen kommen bei der Speicherung nicht in Frage. Diese können, verglichen mit Langzeit- und Elektro-chemischen Speichern nur geringe Mengen Energie speichern und dienen ausschließlich zur Netzstabilisierung und Netzaufrechterhaltung.
Die Anforderungen an die Speichertechnologie sind hoch. Für eine wirtschaftliche und nachhaltige Integration in das Energienetz ist es notwendig, dass Energiespeicher vor allem energetisch effizient, sicher und umweltverträglich (sowohl bei Herstellung, Nutzung und Entsorgung) sind. Eine möglichst lange Lebensdauer, in Form vieler Ladezyklen, stellt ebenso eine Notwendigkeit dar.
Große Nachteile von Speichern, im Gegensatz zu kontinuierlichen Energieproduzenten, sind in erster Linie zusätzliche Anschaffungskosten, Platzbedarf, erhöhter Wartungs- und Kontrollaufwand sowie die begrenzte Haltbarkeit von Akkumulatoren.
Die am meisten verwendeten Speicherarten in Deutschland sind Langzeitspeicher, wie Pumpspeicher, Batteriespeicher sowie die Speicherung von Wasserstoff oder synthetisch hergestelltem Methan in unterirdischen Kavernen. Letztere ermöglichen landesweit die Einlagerung von bis zu zwei Terawattstunden an Energie. In der Automobilbranche oder im Transportwesen wird elektrische Energie entweder in mobilen Batterien gespeichert oder Treibstoffe, gewonnen aus regenerativen Energien, verwendet, beispielsweise Wasserstoff oder Methanol in Brennstoffzellen.
In den letzten Jahren wurden viele unterschiedliche Speichertechnologien entwickelt. Für nahezu jedes Einsatzgebiet existiert ein speziell dafür ausgelegter Speichertyp. Zwar sind noch einige Lösungen in der Entwicklungsphase, jedoch können Anlagen, wie Pumpspeicherwerke oder Batterieparks aus Blei-Säure-Akkumulatoren, bereits seit Jahrzehnten zur effizienten Energiespeicherung verwendet werden und verrichten dort zuverlässig ihren Dienst.
📓 Kosten-Nutzen-Analyse alternativer Energiegewinnung
Mit der Intention, die Umwelt zu entlasten und dabei trotzdem keine Einschränkungen im Energieverbrauch hinzunehmen, beginnt das Zeitalter der dezentralen Energieproduktion. Energie in Form von Wärme oder elektrischem Strom wird nicht mehr nur von großen Erzeugern angeboten, sondern zunehmend auch in Privathaushalten gewonnen. Diese Tatsache ermöglicht, einhergehend mit dem Ausbau von Solar- und Windkraftanlagen im öffentlichen Bereich, dass große Mengen an schädlichen Treibhausgasen eingespart werden können. In vielen Bauvorhaben wird jedoch wertvolle Agrar- oder Naturfläche verbaut, zum Nachteil der lokalen Flora und Fauna. Zusätzlich werden Zufahrtsstraßen zu Solar- oder Windparks errichtet, welche noch weitere Fläche in Anspruch nehmen.
Alternative Energie ist in der Erzeugung durchaus mit höheren Kosten verbunden. Die Produktion von Solarzellen oder Generatoren in Windkraftanlagen erfordert seltene Metalle und ist bei Weitem nicht so umweltfreundlich, wie auf den ersten Blick scheint. Zusätzlich ist vor allem bei Windrädern erhöhter Wartungsaufwand notwendig. Mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von circa 30 Jahren bei kristallinen Solarzellen amortisiert sich eine solche Anlage aber während der Nutzungsdauer – meist schon nach wenigen Jahren, wenn Energie ins Netz eingespeist wird. Windkraftanlagen beziehungsweise Windräder sind hingegen nur für eine Lebensdauer von 20 Jahren konzipiert, danach müssen sie zurückgebaut oder ersetzt werden.
Ein großer Vorteil der alternativen Energiegewinnung ist jedoch die Unabhängigkeit vom Stromversorgungsnetz, sowie die Möglichkeit, selbst gewonnenen Strom in das kommerzielle Netz einzuspeisen.
Die Abdeckung der Grundlast bleibt weiterhin den großen, konventionellen Kraftwerken sowie Laufwasserkraftwerken überlassen. Diese sind träge und nur schwer regelbar. Durch den Einsatz von Batterien oder anderen Energiespeichern ist es möglich, Spitzenlasten abzudecken und im Bedarfsfall schnell auf schwankenden Bedarf zu reagieren. Wind- und Solarkraftwerke generieren zwar eine durchaus ansehnliche Menge an Energie – jedoch sind diese auf Wind und Sonne angewiesen. Eine konstante Versorgung ist deshalb nicht gegeben, sodass auch hier Energiespeicher zwischengeschaltet werden müssen.
Diese Speicher können, je nach Typ, Kapazitäten im Gigawattbereich aufnehmen, verursachen jedoch beim Bau und im Betrieb zusätzliche Kosten. Dazu kommt ein prozentualer Energieverlust, welcher bei der Speicherung beziehungsweise Energieumwandlung entsteht – dieser beträgt bei Langzeitspeichern bis zu 55 Prozent, bei Elektro-chemischen Speichern bis zu 45 Prozent und bei der Speicherung von Wasserstoff bis zu 80 Prozent.
📓 Wichtige Regularien
Alternative Energiequellen haben ein großes Zukunftspotenzial in Hinblick auf den Klimaschutz. Zudem tragen sie dazu bei, dass der Abbau fossiler Brennstoffe minimiert wird. Die Möglichkeiten, alternative Energie zu gewinnen sind beinahe grenzenlos. Dennoch erfordert der Umgang mit erschöpflichen und unendlichen Ressourcen einige Regularien, die in Richtlinien und Gesetzen verankert sind. Darin enthalten sind unter anderem Klimaziele, die von der Politik verfolgt werden oder die Förderung erneuerbarer Energieanlagen. 
Mit der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (EG), vollständig Richtlinie 2009/28/EG wurde für die Mitgliedstaaten der Europäischen Union verbindlich festgelegt, dass bis 2020 ein Anteil von 20 Prozent am Gesamtenergieverbrauch Europas aus erneuerbaren Energien geleistet werden muss. Durch sie wurde zum ersten Mal eine gemeinschaftsrechtliche Richtlinie für die Verwendung von erneuerbaren Energien in den drei Energiebereichen Strom, Wärme/Kälte und Verkehr geschaffen. Jedem Mitgliedsland wurde dabei eine verbindliche zumutbare Quote an der erneuerbaren Energieerzeugung zugewiesen, so dass sich diese europaweit im Gesamtergebnis auf 20 Prozent belaufen. Für Deutschland beträgt diese Quote 18 Prozent. Die vereinbarten Maßnahmen umfassen sowohl den Verkehrssektor, wie auch die Nachhaltigkeitsanforderungen an die unterschiedlichen Verfahren, die Anpassung von Bauvorschriften sowie die Vereinfachung des Verwaltungsapparates für eben jene Aufgaben.
📓 EEG und EEG-Umlage
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG 2017 oder „das deutsche Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien“, regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen. Das EEG listet die förderfähigen Formen der alternativen Energiegewinnung auf und wie der Strom verwendet werden darf. Es gibt vor, dass Netzbetreiber dazu verpflichtet sind, den Strom abzunehmen. Außerdem wird mit der vom Endverbraucher bezahlten EEG-Umlage für den fairen Ausgleich von Vor- und Nachteilen auf Seiten des Betreibers gesorgt. Das EEG und die EEG-Umlage regeln ebenso, wie zu verfahren ist, wenn der Betreiber den Strom teilweise oder gänzlich selbst nutzen möchte. Für den Betreiber einer sehr kleinen Photovoltaikanlage kann der Verbrauch des selbst hergestellten Stroms unter Umständen teurer sein, als ihn zu verkaufen und seinen Eigenbedarf aus dem kommerziellen Stromnetz zu decken. Das Gesetz nimmt außerdem die Eisenbahn und große Unternehmen von den Regelungen dieser Umlage aus, um ihre Konkurrenzfähigkeit nicht durch die sprunghaft ansteigenden Stromkosten zu gefährden.
📓 Biokraftstoffquotengesetz
Das Biokraftstoffquotengesetz von 2006 besagt, dass bis zum Jahr 2020 mindestens 10 Prozent des gesamten Kraftstoffs, der benötigt wird, aus nachhaltigen Ressourcen bestehen muss. Der schrittweise Übergang zu dieser Quote ist darin ebenfalls gesetzlich geregelt. Seit 2007 muss der Anteil biologisch hergestellter Kraftstoffe jährlich um 0,25 Prozent auf einen Idealwert von acht Prozent ansteigen. Wie Mineralölkonzerne verfahren, wird in diesem Gesetz nicht geregelt. Im Jahr 2015 wurde das BioKraftQuG geändert. Ab 2015 wird die so genannte Dekarbonisierungs-Strategie der Europäischen Union in Deutschland umgesetzt und die Biokraftstoffquote durch ein pauschales Einsparungsziel von Treibhausgasen von 6,25 Prozent ersetzt. Die bis dahin geltenden Gesamtquoten für Biokraftstoffe werden abgeschafft. Die Mindestanforderung an einen Biokraftstoff bezüglich seines Treibhausgas-Einsparpotentials im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen ist durch die Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (BiokraftNachV) festgelegt. Laut der Verordnung ist eine Erhöhung dieser Mindestanforderung von aktuell 35 Prozent auf 50 Prozent am 1. Januar 2017 und auf 60 Prozent ab dem 1. Januar 2018 vorgesehen.
📡 Höchste Zeit für die Energiewende
Innovative Verfahren zur alternativen Energiegewinnung werden zunehmend effizienter, sodass die Förderung fossiler Brennstoffe umfangreich entlastet wird. Dies stellt zudem einen wichtigen Schritt dar, da Rohstoffe wie Kohle, Uran, Erdöl oder -gas nicht unendlich verfügbar sind. Uran, die Hauptressource für Kernkraftwerke ist Wissenschaftlern zufolge nur noch für etwa 200 Jahre ausreichend. Des Weiteren werden mit schwindender Menge konventionelle Fördermethoden unwirtschaftlich. In vielen Bereichen wird außerdem immer mehr Energie benötigt. Deshalb ist es unerlässlich, neue Wege zu gehen und weitere alternative Energiequellen zu erschließen. Primärquellen wie Sonne, Wind und Wasser tragen bereits jetzt einen erheblichen Teil zur umweltfreundlichen Gewinnung von Energie bei. Weitere Verfahren sind meist CO2-neutral, was demnach zur Verbesserung der Klimabilanz führt.
🔭 Ein Blick in die Zukunft verrät, dass ein großer Zweig in Richtung Biochemie geht. Kraftstoff aus Algen, Wasserstoff durch Bakterien oder Osmose-Kraftwerke an Flussmündungen sollen noch effizientere Methoden der Energiegewinnung ermöglichen. Zudem werden neuartige Generatoren mit deutlich höherem Wirkungsgrad entwickelt. Die Ansätze zur Verbesserung der Klimabilanz sind vielfältig, der Gedanke jedoch immer derselbe: Sich von erschöpflichen Vorkommen zu distanzieren und den Schwerpunkt auf alternative Energiegewinnung zu lenken.
 ⚡Tipp: https://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/ess_2012/Friedrich_Wasserstoff_Chemische_Speicher.pdf
🧪 https://de.wikipedia.org/wiki/Chemische_Energie