Diese Energieinnovationen könnten Abmilderung verändern und dabei Geld sparen
Für die meisten Menschen ist ein Solarpark oder eine geothermische Anlage eine wichtige Quelle für saubere Energie. Wissenschaftler und Ingenieure sehen noch viel mehr Potenzial, schreibt Stacy Morford in The Conversation. Sie stellen sich Offshore-Windturbinen vor, die Kohlenstoff unter dem Meer einfangen und speichern, und geothermische Anlagen, die wichtige Metalle für den Antrieb von Elektrofahrzeugen produzieren. Auch die Batterien von Elektroautos können für die Stromversorgung von Häusern umgewandelt werden, was ihren Besitzern Geld spart und die Emissionen im Verkehr reduziert.
Klima-Demo in Berlin – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Angesichts der Tatsache, dass Wissenschaftler auf der ganzen Welt wegen der zunehmenden Gefahren und Kosten des Klimawandels Alarm schlagen, wollen wir uns einige innovative Ideen ansehen, welche die Art und Weise verändern könnten, wie die heutigen Technologien die Auswirkungen der globalen Erwärmung verringern, und die in fünf aktuellen Beiträgen in The Conversation vorgestellt werden.
1. Solarkanäle: Strom und Wasserschutz
Was wäre, wenn Solarpaneele eine doppelte Aufgabe erfüllen würden: Sie könnten die Wasserversorgung schützen und gleichzeitig mehr Strom erzeugen? Kalifornien entwickelt die ersten Solarkanäle der Vereinigten Staaten, bei denen Solarpaneele auf einigen der Wasserverteilungskanäle des Staates angebracht werden. Diese Kanäle verlaufen über Tausende von Kilometern durch trockene Gebiete, in denen die trockene Luft die Verdunstung in einem Staat fördert, der häufig unter Wasserknappheit leidet.
„In einer Studie aus dem Jahr 2021 haben wir gezeigt, dass die Abdeckung aller 4.000 Meilen der kalifornischen Kanäle mit Sonnenkollektoren jährlich mehr als 65 Milliarden Gallonen Wasser einsparen würde, indem die Verdunstung reduziert wird. Das ist genug, um 50.000 Hektar Ackerland zu bewässern oder den Wasserbedarf von mehr als 2 Millionen Menschen zu decken“, schreibt Roger Bales von der University of California in Merced. Sie würden auch die erneuerbaren Energien ausbauen, ohne landwirtschaftliche Nutzflächen zu beanspruchen.
Die Forschung zeigt, dass menschliche Aktivitäten, insbesondere die Nutzung fossiler Brennstoffe für Energie und Transport, eindeutig zur Erwärmung des Planeten und zur Zunahme extremer Wetterbedingungen führen. Der Ausbau der erneuerbaren Energien, die derzeit etwa 20 % der Stromerzeugung in den USA ausmachen, kann den Bedarf an fossilen Brennstoffen verringern. Die Anbringung von Solarmodulen über schattigem Wasser kann auch ihre Leistung verbessern. Das kühlere Wasser senkt die Temperatur der Paneele um etwa 5,5 Grad Celsius (10 Grad Fahrenheit), was ihre Effizienz steigert, so Bales.
2. Geothermische Energie könnte die Versorgung mit Batterien verbessern
Damit erneuerbare Energien die weltweiten Treibhausgasemissionen senken können, müssen Gebäude und Fahrzeuge in der Lage sein, sie zu nutzen. Batterien sind unverzichtbar, aber die Industrie hat ein Problem mit der Lieferkette. Die meisten Batterien, die in Elektrofahrzeugen und Energiespeichern verwendet werden, sind Lithium-Ionen-Batterien, und das meiste Lithium, das in den USA verwendet wird, stammt aus Argentinien, Chile, China und Russland. China ist führend in der Lithiumverarbeitung.
Geologen und Ingenieure arbeiten an einer innovativen Methode, mit der die Lithiumversorgung der USA im eigenen Land gesteigert werden könnte, indem Lithium aus geothermischen Solen in der Region des Salton Ses in Kalifornien gewonnen wird. Sole ist die Flüssigkeit, die in einem geothermischen Kraftwerk übrig bleibt, nachdem Wärme und Dampf zur Stromerzeugung genutzt wurden. Diese Flüssigkeit enthält Lithium und andere Metalle wie Mangan, Zink und Bor. Normalerweise wird sie in den Untergrund zurückgepumpt, aber die Metalle können auch herausgefiltert werden.
„Wenn die derzeit laufenden Testprojekte beweisen, dass Lithium in Batteriequalität kosteneffizient aus diesen Solen gewonnen werden kann, könnten allein 11 bestehende geothermische Anlagen entlang des Salton Sea das Potenzial haben, genug Lithiummetall zu produzieren, um etwa das Zehnfache des derzeitigen US-Bedarfs zu decken“, schreiben der Geologe Michael McKibben von der University of California, Riverside, und der Energiepolitikwissenschaftler Bryant Jones von der Boise State University.
Präsident Joe Biden berief sich am 31. März 2022 auf den Defense Production Act, um Anreize für US-Unternehmen zu schaffen, mehr wichtige Mineralien für Batterien abzubauen und zu verarbeiten.
3. Grüner Wasserstoff und andere Speicherideen
Wissenschaftler arbeiten auch an anderen Möglichkeiten, die Mineralienlieferkette für Batterien zu verbessern, darunter das Recycling von Lithium und Kobalt aus alten Batterien. Sie entwickeln auch Konzepte mit anderen Materialien, erklärte Kerry Rippy, Forscherin am National Renewable Energy Lab.
Bei der konzentrierten Solarenergie beispielsweise wird Sonnenenergie durch Erhitzen von geschmolzenem Salz gespeichert und zur Erzeugung von Dampf verwendet, der elektrische Generatoren antreibt, ähnlich wie bei der Stromerzeugung in einem Kohlekraftwerk. Das ist jedoch teuer, und die derzeit verwendeten Salze sind bei höheren Temperaturen nicht stabil, schreibt Rippy. Das Energieministerium finanziert ein ähnliches Projekt, bei dem mit erhitztem Sand experimentiert wird.
Die Herausforderungen des Wasserstoffs, einschließlich seiner Geschichte als fossiler Brennstoff.
Erneuerbare Brennstoffe, wie grüner Wasserstoff und Ammoniak, bieten eine andere Art der Speicherung. Da sie Energie in flüssiger Form speichern, können sie transportiert und für die Schifffahrt oder als Raketentreibstoff verwendet werden. Wasserstoff erhält viel Aufmerksamkeit, aber nicht jeder Wasserstoff ist grün. Der meiste heute verwendete Wasserstoff wird aus Erdgas hergestellt – einem fossilen Brennstoff. Grüner Wasserstoff könnte dagegen mit erneuerbarer Energie für die Elektrolyse hergestellt werden, bei der Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden, aber auch das ist teuer.
„Die größte Herausforderung ist die Optimierung des Prozesses, um ihn effizient und wirtschaftlich zu machen“, schreibt Rippy. „Die potenzielle Ausbeute ist enorm: unerschöpfliche, vollständig erneuerbare Energie.
4. Ihr Elektroauto als Stromquelle für Ihr Zuhause nutzen
Batterien könnten Ihr Elektrofahrzeug schon bald in eine riesige, mobile Batterie verwandeln, mit der Sie Ihr Haus mit Strom versorgen können. Nur wenige Fahrzeuge sind derzeit für das Laden von Fahrzeugen zu Hause (V2H) ausgelegt, aber das ändert sich, schreibt der Energieökonom Seth Blumsack von der Penn State University. Ford zum Beispiel sagt, dass sein neuer Pickup F-150 Lightning ein durchschnittliches Haus drei Tage lang mit einer einzigen Ladung versorgen kann. Bidirektionales Laden kann die Stromversorgung von Häusern durch Elektrofahrzeuge ermöglichen.
Blumsack untersucht die technischen Herausforderungen, die mit dem Wachstum von V2H einhergehen, sowie das Potenzial, die Art und Weise zu verändern, wie Menschen ihren Energieverbrauch steuern und wie Versorgungsunternehmen Strom speichern.
Er schreibt zum Beispiel: „Einige Hausbesitzer könnten hoffen, ihr Fahrzeug für das zu nutzen, was Energieversorgungsplaner als ‚Peak Shaving‘ bezeichnen – sie könnten tagsüber Strom von ihrem E-Fahrzeug beziehen, anstatt sich auf das Stromnetz zu verlassen, und so ihre Stromkäufe während der Spitzenlastzeiten reduzieren.“
5. CO2 der Luft entziehen und speichern
Eine andere neue Technologie ist umstrittener: Der Mensch hat in den letzten zwei Jahrhunderten so viel Kohlendioxid in die Atmosphäre geblasen, dass ein einfacher Stopp der Nutzung fossiler Brennstoffe nicht ausreichen wird, um das Klima schnell zu stabilisieren. Die meisten Szenarien, auch in den jüngsten Berichten des Weltklimarates, zeigen, dass die Welt auch Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen muss.
Die Technologie, um Kohlendioxid aus der Luft abzuscheiden, gibt es bereits – direkte Luftabscheidung (DAC – Direct Air Capture) – aber sie ist teuer. Ingenieure und Geophysiker wie David Goldberg von der Columbia University erforschen Möglichkeiten, diese Kosten zu senken, indem sie die Technologie zur direkten Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft mit der Erzeugung erneuerbarer Energien und der Speicherung von Kohlendioxid kombinieren, z. B. mit Offshore-Windturbinen, die über unterseeischen Gesteinsformationen gebaut werden, in denen der abgeschiedene Kohlenstoff eingeschlossen werden könnte. Die weltweit größte Anlage zur direkten Abscheidung von Kohlendioxid, die 2021 in Island in Betrieb genommen wird, nutzt geothermische Energie für den Betrieb ihrer Anlagen. Das abgeschiedene Kohlendioxid wird mit Wasser vermischt und in vulkanische Basaltformationen unter der Erde gepumpt. Chemische Reaktionen mit dem Basalt verwandeln es in ein hartes Karbonat.
Goldberg, der das in Island verwendete Mineralisierungsverfahren mitentwickelt hat, sieht ein ähnliches Potenzial für künftige Offshore-Windparks in den USA. Windturbinen produzieren oft mehr Energie, als ihre Kunden zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigen, so dass überschüssige Energie zur Verfügung steht. „Zusammengenommen könnten diese Technologien die Energiekosten für die Kohlenstoffabscheidung senken und den Bedarf an Onshore-Pipelines minimieren, was die Auswirkungen auf die Umwelt verringert“, schreibt Goldberg.
Anmerkung der Redaktion: Diese Geschichte ist eine Zusammenfassung von Artikeln aus dem Archiv von The Conversation und wurde unter einer Creative Common-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.