Angesichts der aktuellen Debatte um einen Ausstieg aus dem Ausstieg aus dem Atomausstieg und einem möglicherweise schnelleren Ausbau der erneuerbaren Energien ist das – wie ich denke – ein hochaktuelles Thema. Denn bei einem hohen Anteil an fluktuierenden, also zeitlich schwankenden, erneuerbaren Energien in unserem Stromsystem werden wir nicht umhin kommen, große Strommengen von Zeiten mit Stromüberschuss in Zeiten mit Strommangel zu verlagern. Es gibt schon einige Speichertechnologien, die sich prinzipiell dafür eignen. Pumpspeicherkraftwerke sind dabei die etabliertesten. Daneben werde ich in meiner Arbeit auch noch Druckluftspeicherkraftwerke und elektrolytisch erzeugten Wasserstoff untersuchen. Elektrische Batterien (Akkus) werde ich nur am Rande behandeln. Die genannten Technologien werden in meiner Arbeit mit der noch sehr jungen Technologie Erneuerbares Methan verglichen.

Erneuerbares Methan ist eine Speichertechnologie, bei der mit überschüssigem Strom per Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet. Der Wasserstoff (H2) lässt man dann mit Kohlendioxid (CO2) zu Methan (CH4) weiterreagieren. Das CO2 kann dabei aus den unterschiedlichsten Quellen kommen: Es fällt als Abfallprodukt z.B. in Biogasanlagen an oder auch unvermeidlich bei vielen industriellen Prozessen. Sogar direkt aus der Luft kann es genutzt werden. Da Erdgas zum größten Teil (je nach Erdgas-Sorte zu 80 bis 98 %) aus Methan besteht, kann das Erneuerbare Methan wie Erdgas genutzt werden, also z.B. in unterirdischen Speicherkavernen über lange Zeiträume gespeichert werden und in Erdgaskraftwerken oder Blockheizkraftwerken verstromt werden. Aber auch zum Heizen und als Fahrzeugkraftstoff lässt es sich wie normales Erdgas verwenden. Im Unterschied zu Erdgas ist Erneuerbares Methan aber CO2-neutral – sofern das CO2 zur Methanherstellung nicht aus der Verbrennung fossiler Quellen stammt.

In der Fernsehsendung ZDF-Umwelt wurde die Technologie letztes Jahr vorgestellt:

Entwickelt wurde und weiterentwickelt wird die Technologie in einem Team bestehend aus WissenschaftlerInnen und IngenieurInnen vom Fraunhofer-IWES in Kassel, dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg in Stuttgart und der Firma SolarFuel, ebenfalls in Stuttgart. Da bisher nur relativ grobe Vergleiche zu anderen Speichertechnologien existierten, ist es meine Aufgabe, die Technologie Erneuerbares Methan mit den oben genannten anderen Speichertechnologien zu vergleichen. Da die Speicherung von Strom immer auch mit Kosten verbunden ist, reicht es nicht aus, die Speicher technisch miteinander zu vergleichen, sondern auch wirtschaftlich. Das erklärt dann auch das schöne Fremdwort “techno-ökonomisch” im Titel der Master Thesis ;-)

Das ist übrigens nicht das erste Mal, dass ich über Erneuerbares Methan blogge, denn ich war ja letztes Jahr auf der Biomethan-Konferenz in Bad Hersfeld, wo unter anderem Erneuerbares Methan vorgestellt wurde. Und es wird auch bestimmt nicht das letzte Mal sein, dass ich über diese Technologie schreibe. Aber auch über die anderen Speichertechnologien werde ich – sofern ich die Zeit und die Muße finde – hier im Blog noch etwas detailierter eingehen.

friday 021 (2).jpg von gogoolplex unter CC-BY-NC-2.0-Lizenz

Nutzung der Sonnenenergie in der Arktis? Was ist denn das für eine Schnappsidee? Ist das nicht genauso sinnlos, wie eine Skipiste in der Wüste anlegen zu wollen? So weit im Norden scheint doch sowieso das halbe Jahr keine Sonne. Und wenn sie dann mal da ist, dann schafft sie es doch kaum über den Horizont. Außerdem ist es in der Arktis sowieso immer eiskalt.

Das werden wahrscheinlich viele von euch gedacht haben, als sie die Überschrift gelesen haben. Kann aber der Einsatz von solarthermischen Anlagen auch in arktischen Gegenden sinnvoll sein?

Genau diese Frage untersuchte ich zusammen mit einem Kommilitonen für einen Vortrag im Rahmen der Vorlesung Solarthermie-Vertiefung an der Uni Kassel. Konkret haben wir dabei eine Solarthermieanlage für eine kleine fiktive Forschungsstation ausgelegt. Die Wärme der Sonne soll dabei sowohl zur Untersützung der Heizung, als auch zur Trinkwassererwärmung genutzt werden. Die Forschungsstation steht dabei in Ny-Alesund, einem der nördlichen bewohnten Orte der Welt. Ny-Alesund liegt auf der norwegischen Inselgruppe Spitzbergen, etwa 1000 km weiter nördlich als die nördlichsten Ausläufer des europäischen Festlands rund um das Nordkap.

Für die Auslegung der Solarthermieanlage haben wir und sehr lange mit den klimatischen Verhältnissen und insbesondere mit der solaren Einstrahlung in Spitzbergen auseinandergesetzt. Für die Temperaturdaten fanden wir verlässliche Daten beim Statistisches Zentralamt Norwegen. Demnach beträgt die Jahresdurchschnittstemperatur in Ny-Alesund bibberig-kalte -6,4 °C. Aber für arktische Verhätnisse ist das sogar noch relativ warm, denn in Spitzbergen sind noch die letzten Ausläufer des Golfstroms zu spüren. Im Juli beträgt die Durchschnittstemperatur immerhin “sommerliche” 4,7 °C. Das ist immerhin so viel, wie in Kassel im März. Dafür wird es dann im Februar mit durchschnittlichen -15,2 °C richtig kalt. Für die Temperaturen hatten wir also Daten, die gut genug waren, um mit ihnen arbeiten zu können.

Temperatur und Solarstrahlung in Ny-Alesund, Spitzbergen

Die Suche nach vernünftigen und verlässlichen Daten für die Sonneneinstrahlung hingegen war deutlich schwieriger. Wir haben schlussendlich auch drei Quellen gefunden: die NASA-Webseite Surface meteorology and Solar Energy,die professionelle meterologische Datenbank METEONORM und einen Messbericht¹ von einer Messkampagne von Vorort. Allerdings differieren die Angaben in diesen drei Quellen sehr. Sowohl die Angaben zu der Globalstrahlung (also der gesamten Strahlung), als auch die Angaben zu den einzelnen Strahlungsanteilen (direkte, diffuse und reflektierte Strahlung) variierten sehr. So gibt z.B. die NASA für den Strahlungsanteil, der vom Boden reflektiert wird, einen ganzjährigen Anteil von unter 20 % an. In dem erwähnten Messbericht hingegeben fanden wir Angaben von bis zu 80 % so lange Schnee liegt. (Die Schneeschmelze ist auf Spitzbergen typischerweise im Juni.) Da wir nicht wussten, welche Quelle die zuverlässigste ist, gingen wir davon aus, dass die wahren Werte irgendwo in der Mitte der jeweiligen Daten liegen. Daher mittelten wir die Daten der drei Quellen.

Für unsere Forschungsstation nahmen wir eine Nutzfläche von 300 m² an und das bis zu 10 Personen gleichzeitig in der Station arbeiten und forschen. Das bedeutet, es geht relativ eng zu, aber das ist auf Forschungsstationen durchaus üblich. Da wegen der geringen Durchschnittstemperaturen auch im Sommer geheizt werden muss, haben wir den Heizwärmebedarf mit 100 kWh/(m²·a) abgeschätzt. Das entspricht einem deutschen Niedrigenergiehaus, das nach Spitzbergen transferiert wird.

Mit unseren Annahmen zu Heizwäme- und Warmwasserbedarf und unseren Abschätzungen bezüglich der Sonneneinstrahlung haben wir eine Solarthermie-Anlage so ausgelegt, mit der wir etwa 25 Prozent des sonst verwendeten Energieträgers, z.B. Heizöl, einsparen können. Damit kamen wir auf eine Auslegung mit 34 m² Vakuumröhrenkollektoren und einem Warmwasserspeicher von 2000 l.  Für Vakuumröhrenkollektoren haben wir uns entschieden, da diese geringere Wärmeverluste haben als herkömmliche Flachkollektoren, insbesondere bei besonders tiefen Umgebungslufttemperaturen. Die Kollektoren wollen wir dabei senkrecht aufstellen, um da Röhrenkollektoren Strahlung aus fast allen Richtungen absorbieren. Außerdem minimieren wir durch eine senkrechte Montage die mögliche Schneebedeckung der Kollektoren. Das wir mit unseren Überlegungen nicht ganz falsch lagen, zeigte uns das Beispiel der Solarthermieanlage der Knut Rasmussen High School in Sisimiut auf Grönland. Allerdings liegt Sisimiut auch etwa 1500 km südlicher als Ny-Alesund, sodass nicht alle Ergebnisse von dort direkt übertragbar sind.

Wir machten auch eine grobe Wirtschaftlichkeitsberechnung. Da wir – wie oben erwähnt – uns relativ unsicher waren, bezüglich der Solarstrahlungsdaten, haben wir mit drei unterschiedlichen Werten für die Jahressumme der solaren Einstrahlung gerechnet und die Anlage entsprechend angepasst. Wir gingen davon aus, dass wir von den geschätzten Investitionskosten (45.000 bis 52.000 Euro) einen Teil (20.000 Euro) als Fördermittel bekommen würden, das es sich ja um eine Pilotanlage handelt. Eine solarthermische Anlage gibt es unseren Recherchen nach auf ganz Spitzbergen nämlich noch nicht. Unter diesen Annahmen kamen wir auf eine Amortisationszeit von 19 bis 22 Jahren, was gerade noch unter der typischen Lebensdauer der Anlage von 25 Jahren liegt. Geholfen haben uns aber zum Teil auch die hohen Energiekosten in Spitzbergen: eine Kilowattstunde Strom kostet dort umgerechnet über 30 Eurocent, ein Liter Heizöl etwa einen Euro.

Mit unserer Arbeit konnten wir zeigen, das der Einsatz einer Solarthermieanlage auf Spitzbergen erfolgversprechend scheint, allerdings mit deutlich längeren Amortisationszeiten als für Anlagen in Deutschland. Aber auch wenn sich eine Solarthermieanlage nicht unbedingt wirtschaftlich lohnt, so lohnt sie sich für die Umwelt doch immer. Denn die Solarthermieanlage trägt auf jeden Fall dazu bei, den Verbrauch an anderweitigen Energieträgern, zum Beispiel Heizöl, zu reduzieren.

Wer sich alle Folien des Vortrags “Planung einer solarthermischen Anlage für eine Forschungsstation auf Spitzbergen” (PDF 1,48 MB) anschauen möchte, kann dies gerne tun.

Anmerkungen:

1. vollständiger Titel: Kupfer, H., Herber, A., König-Langlo, G.: Radiation measurements and synoptic observations at Ny-Ålesund, Svalbard

Klettern am Scharfenstein

Dieses Semester habe ich im Hochschulsport an der Uni Kassel einen Kletterkurs belegt. Nach einigen Abenden in der Kletterhalle, in denen wir Grundlagen wie die unterschiedlichn Klettertechniken und richtiges Sichern gelernt haben, stand zum Abschluss am letzten Sonntag das Klettern an einem Felsen in freier Natur auf dem Programm. Wir haben uns für den Scharfenstein entschieden, ein Basaltkegel eines ehemaligen Vulkans, ca. 20 km südlich von Kassel. Das Wetter am Sonntag Morgen sah dann aber leider alles andere als toll aus, es hingen dunkle Wolken am Himmel und früh morgens hatte es sogar geregnet. Aber wir haben es riskiert und sind trotz dem unsicheren Wetter zu den Felsen gefahren. Zum Glück, denn das Wetter hielt tatsächlich den ganzen Tag durch, gegen Nachmittag kam zeitweise sogar die Sonne raus.

Am Scharfenstein angekommen hängte unser Kletterlehrer Heinz nacheinander insgesamt sieben Seile für Kletterrouten in unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden ein und damit ging die Kletterei für uns los. Da niemand anderes aus unserer Gruppe beginnen wollte, war ich der erste, der sich an den Fels wagte. Zu Beginn war ich etwas unsicher, aber dennoch habe ich gleich die erste Route bis oben hin geschafft. Wenn man – wie ich – bisher nur in der Halle geklettert ist, so ist das Klettern am Fels allerdings einiges anders: In der Halle sind die Griffe und Tritte schön bunt, der Fels hingegen ist einfach grau in grau. Das macht es schwieriger, einen guten Griff zu sehen. Mir ging es oft so, dass ich keinen Griff gesehen habe, aber durch Abtasten des Fels einen guten Griff gefunden habe. Bei manchen Routen sieht man bereits nach wenigen Metern seinen Sicherungspartner bzw. seine Sicherungspartnerin am Boden nicht mehr. Da ist nochmal einiges mehr an Vertrauen nötig, wenn man die Person, der man im Falle des Falles (also bei einem Sturz) sein Leben in die (Sicherungs-)Hände legt, gar nicht mehr sieht. Und man plötzlich den Sinn von klaren, kurzen Kommandos, da es bereits über wenige Meter schwierig wird, sich richtig zu verständigen. Aber nach kurzer Zeit – sprich nach dem Klettern von ein paar Routen – hat man sich an die veränderten Umstände gewöhnt und man fühlt sich ähnlich sicher wie in der Kletterhalle.

Seile für mehrere Routen sind eingehängt

Eines der Highlights des Tages war das Abseilen: Wenn wir oben am Gipfel bzw. am Ende der Kletterroute angekommen waren, wurden wir normalerweise vom Sicherungspartner abgelassen. Aber beim Abseilen muss man sich oben am Gipfel erst selbst irgendwo sichern, dann das Seil zum Sicherungspartner losbinden und anschließend sich zum Beispiel mit dem Abseilachter abseilen. Das Seil losbinden, mit dem man den ganzen Weg nach oben gesichert war, das hat bei mir schon ein sehr komisches Gefühl im Bauch verursacht – obwohl Heinz neben mir stand und darauf geachtet hat, dass ich alles richtig mache. Auf jeden Fall hat das mit dem Umbauen alles geklappt, sodass ich mich sicher selbst abseilen konnte. Auch wenn mir etwas mulmig war, so hat das Abseilen dann doch ziemlich Spaß gemacht.

Heinz hatte uns dann auch angeboten, wir könnten doch auch mal im Vorstieg klettern. Da aber der unterste Zwischensicherung in allen Routen ein paar Meter über dem Boden hingen und man beim Vorsteigen die Strecke bis zur ersten Zwischensicherung ungesichert ungesichert klettern muss, habe ich mich das nicht getraut – aber auch niemand anders aus der Gruppe.

So kletterten wir den Rest des Tages weiter im Toperope. Als wir abends unsere Sachen zusammengepackt haben, hatten wir wohl alle ziemlich lange Arme und schwere Beine. Aber es war ein toller Tag und ich möchte auf jeden Fall – und möglichst bald – mal wieder draußen in der Natur an und auf Felsen klettern. Und den Vorstieg am Felsen werd ich mich hoffentlich auch noch irgendwann trauen.

Umlenkungen am Gipfel

Hier noch ein paar Links zum Klettern am Scharfenstein:

• Beschreibung bei Klettern in Kassel
• Artikel bei Bergleben
• Panoramablick vom Scharfenstein

Schnee @ Kassel

Der gleiche Blick aus dem Fenster wie im November. Diesmal aber mehr weiß und weniger grün.

Hochschuhlwahlen

Plakat der Grünen Hochschulgruppe Kassel zu den Hochschulwahlen 2010.

Nuclear Power Plant von Bigod bei flickr unter cc-Lizenz

Vor zwei Wochen nahm ich im Rahmen meines Studiums an einer zweitägigen Exkursion teil. Neben einigen Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien,¹ stand auch das Kernkraftwerk Biblis auf dem Besichtigungsprogramm.

Los ging es mit einem einstündigen Vortrag eines RWE-Mitarbeiters, der uns versuchte, zu erläutern wie ach-so-toll-und-wichtig die Kernkraft in Deutschland doch sei. Und natürlich kam auch das Stichwort Stromlücke – diese Mär wurde bereits durch Studien widerlegt. Auch wiederholte der RWE-Mensch das Mantra, die deutschen AKWs seien die sichersten der Welt – das auch dies falsch ist, hat die schwarz-rote Bundesregierung zugegeben.

Zum Abschluss des Vortrags wurde noch das Thema Reststrommengen angeschnitten. Biblis A hat noch eine Reststrommenge von 1,89 TWh bzw. 148 Tagen² also noch etwa fünf Monate. Das heißt, würde Biblis A heute wieder ans Netz gehen, würde die Grenze nach Atomgesetz im März 2010 erreicht werden – und damit automatisch die Betriebsgenehmigung für diesen Kraftwerksblock erlöschen.

Derzeit sind in Biblis beide Reaktorblöcke abgeschaltet. Eigentlich hätte Block A Ende September aus der Revision kommen sollen. Ende September ist nun schon eine Weile vorbei, Biblis A ist immer noch vom Netz. Offiziell wegen weiterer Reparaturarbeiten. Meine Prognose ist, dass der Block A immer weiter repariert werden und erst dann wieder ans Netz gehen wird, wenn die neue schwarz-gelbe Regierung das Atomgesetz geändert haben wird.

Nach dem Vortrag bekamen wir alle einen weißen Helm aufgesetzt. Aus Sicherheitsgründen. Im Gegenzug mussten wir alle unsere Handys und Digitalkameras abgeben. Aus Sicherheitsgründen. Dann mussten wir unsere Personalausweise abgeben und bekamen Besucherausweise. Aus Sicherheitsgründen. Der Reisepass einer iranischen Kommilitonin wurde besonders lange und ausführlich begutachtet. Aus Sicherheitsgründen. Dann ging es durch einen Metalldetektor und wir wurden von Werkschutzleuten abgetastet. Aus Sicherheitsgründen. Über das Gelände führte uns ein ehemaliger Schichtleiter des Kraftwerks, der jetzt aber im Ruhestand ist. Außerdem wurden wir von einem Mann vom Werkschutz begleitet. Aus Sicherheitsgründen. Dieser Werkschützer hatte die ganze Zeit eine Pistole dabei. Aus Sicherheitsgründen. Er sorgte dafür, dass die Besichtigungsgruppe immer dicht beieinander blieb. Aus Sicherheitsgründen.

Die Besichtigung war sehr interessant. Ich hab zwar schon einige Kraftwerke gesehen. Aber das waren bisher recht kleine Kraftwerke von maximal ein paar dutzend Megawatt, nicht wie die zwei mal 1200 MW von Biblis. Insofern war zwar vieles bekannt, aber natürlich alles viel viel größer.

Den interessantesten Teil des Kraftwerks durften wir allerdings nicht sehen: das Innere des Reaktorgebäudes. Aus Sicherheitsgründen. Angeblich hätten wir uns dafür viel früher anmelden müssen, damit wir hätten sicherheitüberprüft werden können. Aus Sicherheitsgründen.

Insgesamt war das schon mal gut, so ein Kernkraftwerk mal aus der Nähe gesehen zu haben. Aber ich war doch irgendwie froh, dass es zum Zeitpunkt der Besichtigung nicht in Betrieb war.
Blick aus der Vogelperspektive auf das Kernkraftwerk Biblis (mittels Google Earth).

Anmerkungen:

1. Ja, ich weiß, physikalisch kann Energie nicht erzeugt werden, nur umgewandelt werden. Aber mit Energieerzeugung wird in der Energiewirtschaft die Nutzbarmachung von Energie gemeint.
2. Stand 27.10.2009