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Dieser Artikel lädt ein, Ansichten über die chinesischen CO2-Emissionen sowie über unsere Beiträge zum Klimaschutz zu überdenken.
Tipp: Neben den Lexikon-Artikeln gibt es noch diverse interessante Extra-Artikel!
Der aktuelle Film "Bulb Fiction" über Energiesparlampen betreibt Panikmache – ein Artikel über Quecksilber in Lampen und eine Kritik des Films klären die Fakten.
Definition: ein mit Kohle befeuertes Wärmekraftwerk
Ein Kohlekraftwerk ist ein thermisches Kraftwerk, welches mit Kohle befeuert wird. Es besteht im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten:
Abbildung 1: Das Braunkohlekraftwerk Neurath. Dort erzeugen fünf Kraftwerksblöcke insgesamt 2,2 GW elektrischer Leistung. Pro Jahr werden rund 19 Millionen Tonnen Kohle verbrannt. Bild: RWE AG.
Manche zukünftigen Kohlekraftwerke könnten zusätzlich Vorrichtungen zur Abtrennung und Verflüssigung von Kohlendioxid (CO2) erhalten, um die unterirdische Speicherung des sonst klimaschädlichen CO2 zu ermöglichen (siehe unten, CCS). In diesem Falle kann eine erhebliche Abänderung des Anlagenkonzepts notwendig sein, z. B. für eine Verbrennung mit reinem Sauerstoff (Oxyfuel-Prozess) anstatt mit Luft.
Typische Kohle-Kraftwerksblöcke erreichen Leistungen zwischen 100 MW (Megawatt) und 1 GW (Gigawatt). Für höhere Leistungen werden mehrere Kraftwerksblöcke am gleichen Standort verwendet. Der elektrische Wirkungsgrad der modernsten und größten Steinkohlekraftwerke liegt etwas über 45 %, d. h. gut die Hälfte der mit der Kohlefeuerung erzeugten Wärme geht als Abwärme verloren. Durch Einsatz neuer Materialien in Dampfturbinen können voraussichtlich die Dampftemperaturen noch weiter gesteigert werden (auf z. B. 700 °C), was Wirkungsgrade von ca. 50 % ermöglichen würde. Braunkohlekraftwerke erreichen grundsätzlich etwas niedrigere Werte. Es ist zudem zu beachten, dass insbesondere die Gewinnung von Braunkohle einen hohen Energieeinsatz erfordert, der durchaus rund 10 % der erzeugten elektrischen Energie zunichte machen kann,
Eine andere Möglichkeit wäre die Realisierung von Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken, die Gasturbinen und Dampfturbinen miteinander kombinieren. Zunächst ist Kohle als Brennstoff für Gasturbinen nicht geeignet, aber man könnte hier die Kohlevergasung einsetzen, oder auch das brennbare Kohlenmonoxid (CO) durch Kohleverbrennung unter Luftmangel gewinnen. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz einer mit Erdgas befeuerten Gasturbine, deren Abgas noch für die Kohlefeuerung verwendet wird. Solche Vorschaltgasturbinen können nicht nur den Gesamt-Wirkungsgrad steigern, sondern auch Regelenergie erzeugen, weil sie in der Leistung schnell dem Bedarf anpassbar sind. Solche Konzepte sind noch in Entwicklung und wurden noch nicht sehr oft realisiert; sie könnten in Zukunft Wirkungsgrade von über 50 % auch beim Betrieb nur mit Kohle ermöglichen.
Weltweit sind noch viele Jahrzehnte alte Kohlekraftwerke in Betrieb, welche weitaus geringere Wirkungsgrade von oft deutlich unter 35 % aufweisen. In Deutschland erreicht der momentane Kraftwerksbestand etwas weniger als 40 %.
Manche Kraftwerke arbeiten mit Kraft-Wärme-Kopplung, d. h. mit einer zumindest teilweisen Nutzung der Abwärme z. B. für Heizzwecke (Fernwärme). Dann kann der Gesamtwirkungsgrad deutlich höher liegen, selbst wenn der elektrische Wirkungsgrad etwas niedriger ausfällt. Jedoch ist die Abwärmenutzung vor allem für große Kraftwerksblöcke schwierig, weil genügend Abnehmer für riesige Mengen von Niedertemperaturwärme in genügend kleiner Entfernung gefunden werden müssen.
Die Bauweise und Betriebsart von Kohlekraftwerken hängt mit der Art der eingesetzten Kohle zusammen:
In begrenztem Maße lässt sich die in einem Kohlekraftwerk erzeugte elektrische Leistung dem Bedarf anpassen. Dies erfordert jedoch Zeiträume von Stunden und führt in der Regel zu einem Verlust an Wirkungsgrad. Insofern sind Kohlekraftwerke ähnliche wie Kernkraftwerke wenig geeignet, um z. B. mit Windenergie kombiniert zu werden oder Regelenergie zu erzeugen.
Kohlekraftwerke führen pro erzeugter Kilowattstunde zu den höchsten Kohlendioxid-Emissionen von allen gebräuchlichen Kraftwerkstypen. Typisch sind bei modernen Kohlekraftwerken Werte von deutlich über 1100 g/kWh mit Braunkohle und 950 g/kWh mit Steinkohle, zu vergleichen mit z. B. rund 400 g/kWh für moderne mit Erdgas befeuerte Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke. Da Kohlendioxid (CO2) das wichtigste menschengemachte Treibhausgas ist, sind Kohlekraftwerke also besonders klimaschädlich. In der EU verursachen sie rund ein Viertel der gesamten CO2-Emissionen.
Zur Zeit werden Methoden der Abscheidung des CO2 aus dem Rauchgas entwickelt, die eine unterirdische Lagerung (Sequestrierung) dieses Gases (z. B. in ausgebeuteten Erdöllagerstätten) ermöglichen (CCS = carbon capture and sequestration = CO2-Abscheidung und -Speicherung). Wenn das CO2 weitgehend abgetrennt und permanent von der Atmosphäre ferngehalten werden könnte, wäre damit die Klimaproblematik von Kohlekraftwerken entschärft. Allerdings hat diese CCS-Technologie (die in verschiedenen Varianten entwickelt wird) auf absehbare Zeit massive Nachteile:
Aus diesen Gründen kann CCS realistischerweise für die nächsten Jahrzehnte nur recht kleine Beiträge zur Entschärfung des Klimaproblems versprechen. Bisher werden nur einzelne Prototypen solcher CCS-Kraftwerke gebaut; die meisten heute gebauten Kohlekraftwerke (auch in den Industrieländern) sind selbst für eine spätere Umrüstung auf CCS kaum geeignet. Deswegen kann der Hinweis auf CCS unmöglich als Rechtfertigung dafür dienen, heute neue Kohlekraftwerke zu bauen. Der Artikel über CCS diskutiert diesen Ansatz ausführlicher.
Kohlekraftwerke, die anders als in den fortgeschritteneren Industriestaaten ohne wirksame Abgasreinigung betrieben werden (was z. B. in China oder Indien oft der Fall ist), emittieren große Mengen von Schwefeldioxid (siehe weiter unten), aus denen sich Aerosole bilden. Diese Aerosole haben für das Erdklima eine kühlende Wirkung, die bisher einen erheblichen Teil der Auswirkungen des CO2 kompensieren. Allerdings wirken die Aerosole nur für einige Wochen, während der CO2-Effekt für mehrere Jahrhunderte bleibt. Wenn also zukünftig ein Großteil der weltweit betriebenen Kohlekraftwerke mit wirksamen Abgasreinigungsanlagen ausgerüstet wird (was aus Gründen des Gesundheitsschutzes und zur Vermeidung von Ernteausfällen unbedingt geboten ist), schreitet die Klimaerwärmung noch schneller voran als bisher.
Alte Kohlekraftwerke ohne Rauchgasreinigung emittieren große Mengen von Schadstoffen, insbesondere Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx). Dieses Problem wurde durch die Entwicklung effektiver Rauchgasreinigungsanlagen erheblich entschärft, insbesondere für SO2. Deswegen tragen Kohlekraftwerke zumindest in den Industrieländern heute erheblich weniger als früher zur Entstehung von saurem Regen und Smog und somit zur Schädigung von Wäldern und der menschlichen Gesundheit bei. Trotzdem sind die verbleibenden Umweltbelastungen nicht unerheblich.
Bedenklich sind auch Emissionen insbesondere von Quecksilber (Hg) und von radioaktiven Stoffen wie Uran, Thorium und Radium. Wegen der riesigen Mengen verbrannter Kohle führen selbst geringe prozentuale Gehalte der Kohle mit solchen Stoffen zu erheblichen Umweltbelastungen. Bei der Rauchgaswäsche verbleibt ein erheblicher Teil dieser Schadstoffe in der Asche oder anderen Reststoffen, die dann entsprechend entsorgt werden müssen. Aus Kohleasche wird auch teilweise noch nutzbares Uran gewonnen, da die Urankonzentration in der Asche sogar höher als in typischen Uranerzen sein kann.
Die Abtrennung von Quecksilber bei der Rauchgasreinigung kann in Zukunft noch erheblich weiter verbessert werden, z. B. durch Zugabe von Bromidsalzen zur Kohle. (Diese führen zu einer stärkeren Oxidation des Quecksilbers im Abgas und in Folge zu einer stärkeren Abscheidung bei der Abgaswäsche.) Ebenfalls können die Quecksilberemissionen durch Einblasen von Aktivkohle reduziert werden. Leider sind aber weltweit sehr viele Kraftwerke in Betrieb, die weit mehr Quecksilber emittieren, als heute technisch möglich wäre. Selbst mit modernen Filteranlagen emittiert ein typischer Kohlekraftwerksblock pro Jahr etlichen hundert Kilogramm Quecksilber über das Abgas und weitere Mengen über das Abwasser.
Ein weiteres Problem ist die Erwärmung von Flüssen. Insbesondere wo kein Kühlturm den größten Teil der Wärme in die Luft abgibt, werden meist große Wärmemengen in einen Fluss abgegeben. Insbesondere im Sommer kann die Erwärmung z. B. für Fische kritisch werden, da sie den Sauerstoffgehalt des Wassers reduziert. Gelegentlich müssen solche Kraftwerke deswegen im Sommer außer Betrieb genommen werden.
Es ist bei manchen Kohlekraftwerken möglich, der verbrannten Kohle noch andere Brennstoffe wie z. B. Holz, andere Biomasse oder auch organische Abfälle zuzufügen; man nennt dies Co-firing. Auf diese Weise kann der Kohlebedarf ein Stück weit reduziert werden, und der entsprechende Teil der erzeugten elektrischen Energie kann CO2-neutral sein.
Der Zusatzbrennstoff muss keine sehr hohe Qualität und keinen hohen Heizwert aufweisen, solange sein Anteil nicht sehr hoch sein soll. Allerdings sind diverse Aspekte zu betrachten, z. B. mögliche Auswirkungen auf die Rauchgaswäsche.
Für den Bau neuer Kohlekraftwerke wird meist vorgebracht, dass modernste Kraftwerke gegenüber alten nicht nur über eine stark verbesserte Rauchgasreinigung verfügen, sondern auch einen wesentlich höheren Wirkungsgrad erreichen. Dies hat tatsächlich zur Folge, dass die Schadstoffmengen und auch die Menge des klimaschädlichen Kohlendioxids deutlich vermindert werden. Eine Netto-Reduktion von Emissionen setzt freilich voraus, dass alte Kraftwerke ähnlicher Leistung abgeschaltet werden und nicht etwa neue Kraftwerke zusätzlich emittieren.
Selbst wenn tatsächlich alte Kraftwerke durch bessere neue ersetzt werden, wird damit die intensive Kohlenutzung (und zwar praktisch immer ohne CO2-Abscheidung) für lange Zeit fortgeschrieben. Die CO2-Emissionen bleiben auch mit modernster Technik weit über denen z. B. von Gaskraftwerken. Deswegen ist der Neubau von Kohlekraftwerken vielerorts sehr umstritten. Häufig werden auf politische Ebene auch Klimaschutzmaßnahmen wie CO2-Steuern torpediert, um den Neubau von Kohlekraftwerken nicht zu verunmöglichen.
Ein großer Vorteil von Kohle gegenüber Erdgas ist freilich, dass die Brennstoffkosten niedriger sind und die weltweiten Kohlereserven noch recht groß sind, während Erdgas in den nächsten Jahrzehnten vielerorts knapp und teuer werden dürfte. Außerdem lässt sich insbesondere Steinkohle leichter transportieren. Wegen der drohenden Einführung von CO2-Steuern in vielen Ländern wird aber die Wirtschaftlichkeit von Kohlekraftwerken gefährdet. Alleine schon die Möglichkeit solcher Entwicklungen verhindert zunehmend Kraftwerksneubauten. Umgekehrt mobilisieren jedoch die befürchteten wirtschaftlichen Effekte von CO2-Steuern weltweit viele Lobbyisten im Kampf gegen Maßnahmen zum Klimaschutz.
Siehe auch: Kohle, Kraftwerk, fossile Energieträger, Klimagefahren, CO2-Abscheidung und -Speicherung, Klimaschutz
Kategorien: elektrische Energie, Kraftmaschinen und Kraftwerke