Referat Der Energiehaushalt der Erde und der Menschheit

Der Energiehaushalt der Erde und der Menschheit

Wie  wir wissen, bezieht die Erde den Gro teil 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 r einen bestimmten Zeitpunkt aus und errechnet aus der Temperaturänderung und der spezifischen W rme des Aluminiums die sogenannte Solarkonstante, die 4 kW/m² und Sekunde beträgt. In dieser Rechnung ist allerdings keine Bewölkung und Luftverschmutzung miteinbezogen. Auf der Erdoberfläche ergibt sich daher ein Wert zwischen 0 und 0 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 gleichmäßig: In Aquatorn he nimmt die Erde mehr Energie auf, in den Polargebieten gibt sie mehr Wärme ab. Konvektion oder besser gesagt Wind sorgt f r 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 erklärt warum in Küstenn he die Winter meist nicht so streng sind wie am Kontinent. In der warmen Jahreszeit kühlt das Meer die Luft allerdings ab und sorgt für einen k hlen Sommer. Durch Naturkatastrophen wie Vulkanausbrüche und erh hten Ausstoß von Treibhausgasen bedingte Klima nderungen können vom Ozean verlangsamt aber wahrscheinlich nicht verhindert werden.

Der  Energiebedarf des Menschen hat in den letzten 0 Jahren dramatisch zugenommen: Eine h her entwickelte landwirtschaftliche Kultur braucht am Tag etwa 5 kW h, unsere moderne Industriegesellschaft jedoch schon etwa 0 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 können. Zur Zeit decken wir nämlich einen Großteil unseres Energiebedarfs durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl 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 CO ein Gas das den Treibhauseffekt unterst tzt und so eventuell zu einer Klimaänderung beitr gt. Au erdem ist es nur eine Frage der Zeit, bis diese Reserven zu Ende gehen. Nach dem Ölschock in den 0er Jahren ver ffentlichte der Club of Rome" eine Studie, wonach es nur mehr wenige Jahrzehnte dauern würde, bis die Erdölversorgung zusammenbrechen würde. Durch neue Funde, vor allem im Nahen Osten wurde das drohende Ende unserer Wohlstandsgesellschaft hinausgeschoben. Die neuesten Zahlen lauten auf Weltalmanach S ) Es ist also offensichtlich, daß man neue Formen der Energie erschlie en mu , um den derzeitigen Wohlstand weitgehend zu erhalten. Unter Wohlstand versteht die OECD, ein Zusammenschluß der westlichen Wirtschaftsmächte seit 19 5 auch ökologischen Reichtum, wenn auch vorerst nur am Papier. Die in den er und er Jahren propagierte Kernenergie hat allerdings durch Unfälle wie die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl in den letzten Jahren ihren Ruf als sauberer Energieträger verloren. Außerdem ist auch Uran ein Rohstoff, der nur in begrenzten Vorr ten vorhanden ist. Trotzdem beziehen die führenden Industrienationen wie Japan, Deutschland und die USA nach wie vor einen gro en 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 Bürgerinitiative die Einschaltung des Kraftwerks Mülheim - Kärlich, und in Japan erschoß sich voriges Jahr kurz nach Weihnachten einer der Manager eines schnellen Br ters. 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 ck 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 europäischen Staaten vor kurzem, wohl unter dem Druck der Öllobby aus diesem Projekt auszusteigen.

Man muß die Sonne jedoch nicht unbedingt gleich nachbauen, es genügt die von ihr ausgesandte

Strahlungsenergie effizient aufzufangen. Auch dieses Prinzip ist schon hunderte Jahre alt: Als die Spanier die südamerikanische Mayakultur zerst rten, waren sie ihnen nur milit risch überlegen, w hrend aber die zivilisierten" Europ er noch auf primitiven Holzfeuer kochten, besa en die primitiven Wilden" schon ein funktionstüchtiges Solarkraftwerk. Es funktionierte nach einem einfachen Prinzip: Auf einem, der Sonne stark ausgesetzten Hochplateau errichteten sie Behälter aus dunklem Material, die durch Quellen mit Wasser gefüllt wurden. Dieses leiteten sie dann ins Tal, wo der Palast des Herrschers stand, der es liebte in hei en Thermen zu lustwandeln. Er erhielt mit seinem "Kraftwerk" völlig kostenlos und umweltfreundlich Energie von der Sonne, die er im Gegenzug als Gott verehrte. Was für ein Vorbild für 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 er Teil der Strahlungsenergie der Sonne reflektiert wird. Dadurch sinkt die Effizienz der Solarzellen derart, daß Strom aus fossilen Energieträgern einfach

billiger kommt, und es kommt eben hauptsächlich 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 Wüstengebiete und Hochgebirge bieten sich für solche Anlagen an, weil in diesen Regionen der Verlust an Strahlungsenergie durch die Atmosph re besonders niedrig ist. Es genügt jedoch nicht, die Energie zu erzeugen, man muß sie auch speichern, um sie bei Bedarf, wie zum Beispiel beim Auto einsetzen zu können. Da aber die Speicherung in Batterien gro e 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 Wüstengegenden liegen als Ausgleich f r die wegfallenden Ölexporte 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 r fossile Brennstoffe nicht steigen.

Die Sonne treibt aber auch den Wind an, der in den Niederlanden und in den USA schon in gr ßerem Ausmaß auf sogenannten Windfarmen genutzt wird. Allerdings ist diese Energieform nur in eingeschr nktem Ma e 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 hgeschichte besitzt die Erde noch ein Relikt, das uns bei der L sung unseres Energieproblems n tzlich sein kann: Im inneren der Erde herrschen Temperaturen von mehreren 0 0°C. Vor allem in vulkanisch aktiven Gebieten wie Island nutzt man schon heute die zutage tretenden hei en Quellen. Auch in der südlichen Steiermark und im Burgenland werden Thermalbäder mit Erdw rme beheizt.

Diese Anlagen sind wie schon erw hnt noch zu teuer im Betrieb, doch nach der Jahrtausendwende werden sie vielleicht die fossilen Energieträger abl sen, vorausgesetzt das Problem homo sapiens hat sich bis dahin nicht schon von selbst gelöst.

Philipp Lang & Clemens Unterberger proudly present : Ein Thesenblatt zu ihrem Referat

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Die Solarkonstante:

Die  Erde bezieht den Großteil ihrer Energie von der Sonne in Form von Strahlung. Durch ein einfaches Experiment kann man die sogenannte Solarkonstante, die 4 kW/m² und Sekunde betr gt berechnen. Auf der Erdoberfläche ergibt sich ein Wert zwischen 4 0 und 8 0 kW/m . Ein Gro teil der Energie wird direkt ins All zur ckgestrahlt, während 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 Vulkanausbrüche und erhöhten Ausstoß von Treibhausgasen bedingte

Klimaänderungen können vom Ozean verlangsamt, aber wahrscheinlich nicht verhindert werden.

Probleme, die fossile Energietr ger aufwerfen

Der Energiebedarf des Menschen hat sich im Laufe seiner Entwicklung vervielfacht. Das bedeutet eine überm ige Beanspruchung der Umwelt, da in wenigen Jahren jene Menge an CO frei wird, die Pflanzen im Laufe der Jahrmillionen in fossilen Brennstoffen gespeichert haben. Außerdem ist es nur eine Frage der Zeit, bis diese Reserven zu Ende gehen:

Statistische Lebensdauer nach Club of Rome

Erd l 3 Jahre bei Erschließung derzeit unrentabler Quellen ca. 0 Jahre)

Erdgas: 8 Jahre Braunkohle 10 Jahre Steinkohle 80 Jahre

Alternative Energiequellen:

Kernenergie

Die in den 0er und 0er Jahren propagierte Kernenergie hat durch Unf lle 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 3 0 Deutschland 3 Japan 38

Großbritannien Frankreich 38 Kanada 33

Die Sonne als Energietr ger - die Kernfusion.

Im Kern der Sonne verschmelzen schwere Wasserstoffkerne zu Helium und setzen dabei ungeheure Energien frei. Bis vor kurzer Zeit unterst tzte die EU die teure Forschungsarbeit am ehrgeizigen Projekt Fusionskraftwerk, allerdings beschlossen die europäischen Staaten vor kurzem, wohl unter dem Druck der llobby 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 Wüstengebiete und Hochgebirge bieten sich für solche Anlagen an, weil in diesen Regionen der Verlust an Strahlungsenergie durch die Atmosphäre besonders niedrig ist . Der ohne Schadstoffe verbrennende Wasserstoff wäre eine M glichkeit die elektrische Energie zu speichern und zu transportieren.

Aufwindkraftwerke, Biomasse