Hinweis: Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2015. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen könnt findet ihr hier. Informationen über die Autoren der Wettbewerbsbeiträge findet ihr jeweils am Ende der Artikel.
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Einleitung
Ein wichtiger Bereich der menschlichen Zivilisation ist der Gebrauch von Energie. Ursprünglich war Energie gleichbedeutend mit Nahrung. Seit dem Gebrauch des Feuers sind immer weitere Energieformen hinzugekommen, die der Mensch nutzt. Dabei ist die verfügbare Menge an Energie, besonders von Nahrung, aber auch von Brennmaterial, oft ein zumindest lokal begrenzender Faktor für die menschliche Zivilisation gewesen.
In den letzten Jahrhunderten hat der Energieverbrauch der menschlichen Zivilisation ein immer größeres Ausmaß angenommen. Nahrung für Menschen, wie für Arbeitstiere und biogene Brennstoffe wie Holz wurden dabei zunehmend von fossilen Brennstoffen als Hauptenergielieferant abgelöst. In den letzten Jahrzehnten sind dabei neben der verfügbaren Menge der Energie auch negative Auswirkungen der Energienutzung wie Luftverschmutzung, Strahlenbelastung, globale Erwärmung und der Flächenverbrauch öffentlich diskutiert worden.
Es ergibt sich die Frage, sind die Argumente von Befürwortern oder Gegnern bestimmter Formen der Energieerzeugung stichhaltig oder nicht?
Ich möchte hier aus meinen Ergebnissen die zum Flächenverbrauch der Energieformen kurz anreißen. Ich hoffe, dass sie zum Nachdenken und eigenen Überlegungen Anstoß geben, sowie zum Hinterfragen von Meinungen und Aussagen führen.
In diesem Blog-Beitrag (1) beispielsweise wurden die erneuerbaren Energien und auch die Solarenergie für ihren hohen Flächenverbrauch kritisiert. Dies ist verwunderlich, da die Solarenergie selbst, nach diesen Angaben, die Quelle ist (8), die höchste Dichte der erneuerbaren Energien hat. Auffällig ist, dass bei de Angaben zur Energiedichte nichterneuerbare Energien fehlen. Sollte man nicht zunächst die Energiedichten für alle Energieformen ausrechnen, bevor man sie miteinander vergleicht? Nur die Kernenergie soll angeblich eine Energiedichte von 1000 W/m² haben. Mir kam der Verdacht auf, dass einfach nur die Fläche der Kraftwerke und Gebäude genommen und der sonstige Flächenverbrauch nicht berücksichtigt wurde. Eine kurze Überschlagsrechnung ergab, dass allein die nach dem Unfall in Tschernobyl 1986 evakuierte und aufgegebene Fläche, darunter 8000 km² landwirtschaftlich und 7000 km² forstwirtschaftlich genutzt (2), bei etwa 2600 TWh/Jahr (~300 GW) Stromerzeugung aus Kernenergie nur eine Energiedichte von 20 W/m². Das ist deutlich niedriger und im Bereich der Energiedichten der erneuerbaren Energien. Bei fossilen Brennstoffen wird der Flächenverbrauch durch den Anstieg des Meeresspiegels nicht erwähnt.
Hier möchte ich den gesamten Flächenverbrauch der Energieformen berechnen und vergleichen und dabei auch die langfristigen Auswirkungen für zukünftige Generationen berücksichtigen. Da ich hoffe, dass die Menschheit mehr als ein paar Jahrhunderte oder Jahrtausende überlebt, werde ich dabei auch Zeiträume vergleichbar mit der Lebensdauer der Menschheit auf der Erde betrachten.
Energiebedarf
Welche Energiedichte wird eigentlich benötigt? Der Primärenergieverbrauch in Deutschland ist etwa 13500 PJ im Jahr, das entspricht 1,2 W/m². Weltweit sind es gegenwärtig 583 EJ/Jahr oder 18,5 TW bzw. 0,14 W/m² auf 133 Millionen km² eisfreie Landfläche. Der weltweite Energiebedarf wird weiter steigen. Bei über 11 Milliarden Menschen Ende dieses Jahrhunderts auf 29 TW bzw. 0,22 W/m², wenn der Pro-Kopf-Verbrauch in der Welt gleich bliebe, oder auf etwa 100 TW bzw. 0,75 W/m², wenn weltweit der heutige Pro-Kopf-Verbrauch der USA erreicht würde. Da man nicht den größten Teil der Landfläche nur für die Energiegewinnung brauchen sollte, ist eine höhere Energiedichte, über 1 W/m², notwendig.
Berechnung des Flächenverbrauchs
Flächen können auch in weit entfernt liegenden Ländern oder in der Zukunft verbraucht werden. Insbesondere beim Meeresspiegelanstieg oder der radioaktiven Belastung nach Unfällen liegt sie in der Zeit nach der Energieerzeugung. Dabei können sich selbst kleine Flächen, wenn sie über einen wesentlich längeren Zeitraum als der der Energieerzeugung verbraucht werden, sich zu einem großen Flächenbedarf summieren. Wenn z.B. ein Kraftwerk von 1 GW für die Energieerzeugung eines einzigen Jahres 10 km² für 1000 Jahre benötigt, ist der Flächenverbrauch 10000 km²/GW.
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