Ungelöste Probleme: die wichtigsten Herausforderungen für die Erforschung von sauberer Energie

11 Minuten

Aktualisiert am: 27 Dec 2020

Es gibt unzählige offene Probleme und potenzielle Technologien, welche diese Probleme lösen könnten. Wir betrachten hier nur eine Auswahl. Ökonomische und politische Strategien, wie z.B. die Einführung einer CO₂-Steuer, schauen wir uns an dieser Stelle ebenfalls nicht an.

Energiespeicher

Problem 1: Skalierbare Speichertechnologie, um Solar- und Windenergie großflächig ins Stromnetz zu integrieren

Was die Welt benötigt, um dieses Problem zu lösen:

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Zur Integration von Energiequellen, deren Leistung im Laufe eines Tages stark variiert (wie z.B. Solar und Wind), in das Stromnetz müssen wir die erzeugte Energie zwischenspeichern . Es gibt dazu bereits viele verschiedene Speichertechnologien, angefangen von Akkus, über Druck- und Wärmespeicher bis hin zu Pumpspeicherkraftwerken . Jedoch müssen deren Kosten gesenkt und Effizienz gesteigert werden, um diese Technologien zur großflächigen Einspeisung der erneuerbaren Energien einsetzen zu können .

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Problem 2: Bessere, nachhaltigere und (noch) günstigere Batterien für Autos und LKW

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Mit der wachsenden Beliebtheit von Elektroautos rückt die Verbesserung der Batterietechnik in den Fokus. Wir möchten Akkus, die länger halten sowie eine höhere Kapazität besitzen, jedoch gleichzeitig einfacher und günstiger in der Herstellung sind . Es ist auch wichtig, die Batterien zukünftig ohne bzw. mit nur wenig Kobalt zu produzieren, da der Einsatz dieses Elements nicht nachhaltig und sehr teuer ist .

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Problem 3: Wasserstoff aus Strom: günstig und effizient

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Wasserstoff könnte die fossilen Treibstoffe von Flugzeugen und Schiffen ersetzen und unter Umständen sogar zu einem ernstzunehmenden Konkurrenten für batteriebetriebene Autos werden (vorausgesetzt die Technik erreicht eine hinreichende Effizienz). Die Kosten der erneuerbaren Energie zur Herstellung des Wasserstoffs sind hierbei nur ein Teil der Rechnung. Es ist außerdem wichtig, dass die Elektrolyseure, also die Maschinen, die Wasser in H₂ und O₂ aufspalten, günstiger werden . Da Wasserstoff bei Raumtemperatur gasförmig ist, muss er zur Speicherung komprimiert werden. Dieser Vorgang muss weiter optimiert werden und bestenfalls in einem Schritt mit der Elektrolyse stattfinden .

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Kernenergie

Problem 4: Macht Atomenergie günstigerer und baut die Reaktoren schneller

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Die Median-Bauzeit lag in 2018 bei 8,5 Jahren . Daher trägt die Errichtung neuer Reaktoren finanzielle und politische Risiken. Je günstiger und schneller diese im Bau sind, desto mehr Anreize bestehen, neue Reaktoren ans Netz zu bringen.

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Problem 5: Die Kernenergie muss ihr schlechtes Image verlieren und es müssen atomfreundliche Gesetze erlassen werden

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Kernenergie ist eine unglaublich sichere Energiequelle, die nur wenig Kohlenstoff emittiert . Nichtsdestotrotz wird sie aufgrund von einigen seltenen, aber medial wirkmächtigen Unfällen stark kontrovers diskutiert . In Anbetracht der Herausforderungen des Klimawandels müssen wir jedoch sorgfältig überlegen, ob wir die Nutzung von Kernenergie kategorisch ausschließen.

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Problem 6: Atommüll in Brutreaktoren recyclen

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Der Atommüll könnte (zumindest in der Theorie) als Treibstoff eines sogenannten Brutreaktors dienen . Das wäre in vielerlei Hinsicht großartig: geringere Kosten, höhere Verfügbarkeit von Brennstoffen und natürlich weniger Abfall. Jedoch existiert diese Technologie bisher nur auf dem Papier und deren Realisierung bedarf noch weitreichender Forschung.

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Solarenergie

Problem 7: Dünnschicht-Solarzellen aus reichlich vorhandenen Rohstoffen: Eine günstige und nachhaltige Energiequelle?

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Dünnschicht-Solarzellen sind ein spezieller Typ der Photovoltaik-Technologie . Die meisten kommerziellen Dünnschicht-Solarzellen bestehen aus seltenen Erden, wovon wir per Definition nur wenig besitzen. Aktuelle Forschungsarbeiten versuchen diese mit Materialien zu ersetzen, welche viel häufiger auf der Erde vorkommen . Das Ziel ist es, günstige und nachhaltige Zellen herzustellen, die gleichzeitig effizienter als heutige Modelle auf Silizium- oder Dünnschichtbasis sind .

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Problem 8: Recycling von Solarzellen

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Die Ressourcen unseres Planeten sind begrenzt und einige Elemente, die wir zum Bau von Solarzellen verwenden sind besonders selten . Die Lebensdauer eines Panels beträgt etwa 25 Jahre . Danach muss es ersetzt werden. Die traurige Wahrheit ist, dass derzeit der meiste Elektroschrott aus Industriestaaten auf Deponien in Entwicklungsländern landet . Um die seltenen Erden aus den entsorgten Zellen jedoch wiederzuverwenden, müssen wir in der Lage sein, diese preiswert zu recyclen .

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Windenergie

Problem 9: Schwimmende Windkraftanlagen

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Derzeit können Offshore-Windparks nur nahe der Küste errichtet werden, wo die Windstärke allerdings geringer ist und stärker schwankt als weit draußen auf dem Meer . Eine Lösung könnten schwimmende Windräder sein, die mittels langer Stahlseile im Meeresboden verankert werden und daher auch in tieferen Gewässern eingesetzt werden können . Es finden bereits einige Testläufe dieser Technologie statt .

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arrow_forward Equinor

Forschungsideen im Anfangsstadium, die funktionieren könnten

Problem 10: Künstliche Photosynthese

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Vielleicht können wir die Art der Energieerzeugung in Pflanzen adaptieren und diese gegebenenfalls sogar verbessern? In der Tat arbeiten bereits Forschergruppen an Technologien, die Wasser, Luft und Sonnenlicht in H₂, O₂ und andere Treibstoffe umwandeln . Damit könnten wir die Flüssigbrennstoffe, auf denen die rasante ökonomische Entwicklung der Menschheit im letzten Jahrhundert beruhte, zukünftig nachhaltig herstellen.

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Problem 11: Günstigerer Wasserstoff aus Elektrolyse

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Günstigere Elektrolyseure und effizientere Kompressionsmethoden für Wasserstoff könnten dazu führen, dass dieser zukünftig verstärkt als vielseitiges Speichermedium eingesetzt wird .

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Problem 12: Einen funktionsfähigen Tokamak-Fusionsreaktor bauen

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Es gibt viele ungelöste Probleme bei der Konstruktion von Tokamak-Fusionsreaktoren. Dass sie derzeit mehr Energie verbrauchen als sie selbst erzeugen, ist nur eines davon und wir scheinen kurz vor dessen Lösung zu stehen . Die Herstellung von Tritium aus Deuterium, Lithium-6 und Neutronen aus den Fusionsreaktionen ist kompliziert und benötigt weitere Forschung. Weiterhin ist die Betriebssicherheit der Reaktoren bisher noch nicht hinreichend gewährleistet. Die Lösungen zu diesen Problemen müssen mit einer Technologie kombiniert werden, die Energie aus den schnellen Neutronen im Inneren des Reaktors gewinnt .

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Problem 13: Andere Fusionsmethoden in der Praxis erproben

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Neben dem Tokamak gibt es viele andere Ideen in der Fusionsforschung. Obwohl manche eher geringe Erfolgsaussichten in der nahen bis mittelfristigen Zukunft haben , besteht dennoch die Möglichkeit, sie weiter zu erforschen. Wir führen einige davon unten auf.

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