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Saubere Energie

Definition: Nutzenergie, die ohne besondere Umweltbelastungen bereitgestellt und genutzt werden kann

Alternativer Begriff: umweltverträgliche Energie

Allgemeinerer Begriff: Energie

Gegenbegriff: dreckige Energie

Englisch: clean energy

Kategorien: erneuerbare Energie, Grundbegriffe, Ökologie und Umwelttechnik

Autor:

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Ursprüngliche Erstellung: 11.04.2020; letzte Änderung: 13.04.2020

Der Begriff saubere Energie ist nicht besonders gebräuchlich, taucht aber doch gelegentlich auf – allein schon als Übersetzung des englischen Begriffs clean energy, der tatsächlich recht populär ist. Im Allgemeinen versteht man darunter Nutzenergie, die ohne besondere Umweltbelastungen bereitgestellt und genutzt werden kann; dies ist einer der wesentlichen Aspekte der Nachhaltigkeit. Ausgeschlossen werden damit also insbesondere die folgenden Energieformen:

Allerdings gibt es kaum Möglichkeiten, Nutzenergie ohne jede Umweltbelastung bereitzustellen. Dies liegt daran, dass immer irgendwelche Arten von Anlagen benötigt werden, deren Herstellung und Errichtung Energie und Rohstoffe verbrauchen, sodass auch hier wieder schädliche Umweltauswirkungen entstehen – auch ohne direkte Emissionen am Ort der Verwendung der Energie. Jedoch sind die Umweltauswirkungen bei manchen Arten der Energiegewinnung immerhin so viel geringer als bei konventionellen Technologien (etwa Kohlestrom), dass man berechtigt von sauberer Energie sprechen kann.

Erneuerbare Energie

In den meisten Fällen versteht man unter sauberer Energie erneuerbare Energie aus Quellen wie Wasserkraft, Windkraft oder Sonnenenergie. Wenn die indirekten schädlichen Emissionen durch Bau und Betrieb der benötigten Anlagen umfassend bewertet werden, kommt man meist zum Resultat, dass das Prädikat saubere Energie gerechtfertigt ist. Allerdings gibt es auch diverse Ausnahmefälle:

  • Manche Wasserkraftwerke können nur mit massiven Eingriffen in die Natur realisiert werden. Diese können unter Umständen auch klimaschädliche Auswirkungen haben, etwa wenn der biologische Abbau überfluteter Pflanzen das besonders klimaschädliche Methan freisetzt.
  • Die Produktion von Solarzellen und Solarmodulen für die Energiegewinnung mit Photovoltaik ist relativ energieaufwendig; erst nach einer gewissen energetischen Amortisationszeit von z. B. zwei Jahren (stark abhängig von den konkreten Gegebenheiten) wird so viel Energie gewonnen, wie sie für die Produktion der Anlagen nötig war. Problematisch wird dieser Aspekt also, solange diese Amortisationszeit nicht viel kürzer als die durchschnittliche Nutzungszeit ist. Entschärft werden kann das Problem allerdings auch dadurch, dass die Produktion selbst mit Solarenergie betrieben wird – was zunehmend der Fall ist.
  • Biogas kann im Prinzip annähernd CO2-neutrale Energie liefern, ist andererseits aber alles andere als klimaneutral, wenn wesentliche Mengen des erzeugten Gases unverbrannt in die Atmosphäre gelangen – etwa durch Undichtigkeiten bei der Produktion, etwa durch nicht ordnungsgemäß betriebene Gärrestlager oder auch durch Methanschlupf bei Gasmotoren, mit denen das Biogas verwertet wird.
  • Der Anbau von Energiepflanzen ist häufig mit so großen Umweltbelastungen verbunden, dass das Prädikat saubere Energie nicht mehr zu rechtfertigen ist. Beispielsweise werden für den Anbau von Palmöl Regenwälder vernichtet, und klimaschädliches Lachgas wird vermehrt von gedüngten Böden emittiert.

Leider ist die Problematik des Energiebedarfs für den Bau der Anlagen grundsätzlich gerade bei erneuerbare Energie häufig relativ ausgeprägt, weil Energie mit relativ geringer Energiedichte genutzt werden, wodurch der Anlagenaufwand im Verhältnis zur Energieproduktion hoch wird. Trotzdem haben umfangreiche Optimierungen vielfach dazu geführt, dass die verbleibenden Belastungen relativ gering sind – teils auch dadurch, dass solche Anlagen selbst mit erneuerbarer Energie produziert werden.

Es sei noch angemerkt, dass die auftretenden Umweltbelastungen immer in Bezug zu den gewonnenen Energiemengen gesetzt werden sollten. Wenn beispielsweise ein Kleinwasserkraftwerk die Umwelt tausendmal weniger belastet als ein großes, dabei aber 10.000 mal weniger Energie bereitstellt, ist es effektiv als bedeutend umweltschädlicher anzusehen als das Großkraftwerk. Schließlich braucht man dann ja auch 10.000 solcher Kleinkraftwerke, um die gleiche Produktion zu erzielen, und verursacht damit zehnmal so große Umweltauswirkungen.

Fossile Energieträger

Im Prinzip können auch fossile Energieträger mit massiv reduzierten Umweltauswirkungen, insbesondere auch mit nur sehr geringer klimaschädlicher Wirkung gewonnen und verwendet werden. Eine Schlüsseltechnologie hierfür ist die CO2-Abscheidung und -Speicherung (CCS): Man entlässt die entstehenden Abgase nicht einfach in die Atmosphäre, sondern trennt das enthaltene Kohlendioxid (CO2) ab und lagert es so, dass es über lange Zeiträume nicht in die Atmosphäre gelangen kann – etwa in tiefen Aquiferen oder in ausgedienten Erdgaslagern. Wenn der allergrößte Teil des CO2 abgetrennt und sicher gelagert werden kann, und wenn zusätzlich andere Umweltauswirkungen weitestgehend vermieden werden können, kann das Prädikat saubere Energie gerechtfertigt sein.

Diese theoretische Möglichkeit wurde allerdings noch kaum in wesentlichem Umfang demonstriert, weil die technischen und mehr noch die wirtschaftlichen Herausforderungen erheblich sind. Auf diese Weise beispielsweise die Nutzung der Kohle als clean coal noch lange betreiben zu können, erscheint als ziemlich unwahrscheinlich, vor allem weil die Kosten von Kohlestrom bereits ohne CO2-Abscheidung und -Speicherung vielerorts bereits deutlich höher sind als die für Solarstrom.

Auch für die Nutzung von Erdgas gibt es ähnliche Ansätze. Beispielsweise könnte durch Reformierung von Erdgas Wasserstoff gewonnen werden unter gleichzeitiger Abscheidung des Kohlendioxids, welches dann wiederum sicher zu lagern wäre. Auf diese Weise könnte “blauer” Wasserstoff relativ kostengünstig gewonnen werden – vorläufig vermutlich kostengünstiger als “grüner” Wasserstoff z. B. durch Elektrolyse unter Verwendung erneuerbarer Energie, und mit vergleichbar geringen Umweltbelastungen (soweit Methan-Lecks bei Produktion und Transport minimiert werden können). Allerdings ist es auch mit diesem Ansatz nicht einfach, ein vertretbares Kostenniveau zu erreichen, zumal nennenswerte Chancen für CCS in großem Umfang nur an wenigen Standorten bestehen und ggf. auch für andere Zwecke benötigt würden, z. B. für Kraftwerke.

Kernenergie

Kernkraftwerke können große Mengen elektrischer Energie praktisch ohne klimaschädliche Emissionen und Luftschadstoffe produzieren – jedoch nicht ohne Umweltauswirkungen erheblich anderer Art, das was Vergleiche entsprechend schwierig macht.

Umstritten ist insbesondere die Bewertung der Gefahren durch nukleare Unfälle sowie durch radioaktive Abfälle. Theoretisch sollten sich zumindest die Unfallgefahren im Betrieb mit geeigneter Technologie auf ein minimales Maß (d. h. mit verschwindend geringer Wahrscheinlichkeit schwerer Unfälle) reduzieren lassen. Jedoch hat das Vertrauen in entsprechende Berechnungen schwer darunter gelitten, dass in den vergangenen Jahrzehnten etliche Unfälle passiert sind, die vorher als annähernd unmöglich gegolten hätten. Auch Gefahren durch radioaktive Abfälle sollten sich im Prinzip weitgehend lösen lassen, etwa durch Transmutation (siehe unten), aber konkrete Lösungen dieser Art sind nach Jahrzehnten der Entwicklung der Kernenergie leider immer noch nicht verfügbar.

Inhärent sichere Kernreaktoren

Seit langer Zeit gibt es Bemühungen, sogenannte inhärent sichere Kernreaktoren zu entwickeln. Diese sind so konstruiert, dass gewisse bisher problematische Schadensverläufe von vornherein unmöglich sein sollen. Beispielsweise soll ein solcher Reaktor so geartet sein, dass möglichst keine aktiven Systeme (beispielsweise mit Kühlmittelpumpen, die mit Strom versorgt werden müssen) benötigt werden, um die sogenannte Nachzerfallswärme (Wärmeentwicklung durch Radioaktivität auch nach dem Abschalten des Reaktors) sicher abzuführen, also mit sicherer Vermeidung beispielsweise einer Kernschmelze. Dies ist insbesondere für kleinere Reaktoren durchaus möglich (etwa durch Ausnutzung natürlicher Konvektion), wobei kleine Baugrößen aber tendenziell die spezifischen Kosten erhöhen – nicht ohne Grund ging die Entwicklung von Reaktoren bislang zu immer höheren Leistungen. Vor allem aber besteht das Problem, dass neue technische Ansätze wieder neue Unfallgefahren mit sich bringen können, die tendenziell deutlich schwerer abschätzbar sind als Schadensverläufe von Reaktortypen, mit denen man bereits viel Erfahrung hat.

Transmutation radioaktiver Abfälle

Es gibt diverse Überlegungen für neue Konzepte der Kernenergienutzung, bei denen zumindest der besonders problematische Anteil der radioaktiven Abfälle weitgehend vermieden würde. Dies betrifft hauptsächlich die sogenannten Aktinoiden – sowohl diverse Uranisotope als auch Plutonium und andere sogenannte Transurane. Deren Halbwertszeiten sind nämlich oft einerseits so groß, dass die Strahlung über Jahrtausende auf einem problematischen Niveau bleibt, andererseits aber nicht groß genug, um die Strahlung von vornherein schwach genug zu machen (wie etwa bei Natururan), um keine besondere Gefährdung zu verursachen. Die sehr langfristige Endlagerproblematik entsteht also vorwiegend durch solche Isotope.

Zwar entstehen Transurane mehr oder weniger in jedem Kernspaltungsreaktor, aber sie lassen sich im Prinzip durch Transmutation auch wieder beseitigen: Durch intensive Bestrahlung mit hochenergetischen Neutronen z. B. innerhalb des Reaktors können sie letztendlich ebenfalls durch Kernspaltung vernichtet und gleichzeitig zur Energieerzeugung genutzt werden. Hierbei entstehen zwar wiederum stark radioaktive Spaltprodukte, die aber normalerweise eine kürzere Halbwertszeit haben und somit größtenteils innerhalb weniger Jahrhunderte relativ harmlos werden. Somit wäre zwar immer noch eine sichere Lagerung über Jahrhunderte notwendig, was allerdings viel eher realisierbar ist als über viele Jahrtausende. Endlagerproblematik würde also zwar nicht gänzlich entfallen, aber immerhin entscheidend entschärft – natürlich vorausgesetzt, dass alle relevanten Isotope der Transurane und idealerweise auch des Urans tatsächlich recht vollständig der Kernspaltung zugeführt werden können. In geringem Maß gelingt dies ja auch schon in der konventionellen Leichtwasserreaktoren, was aber dort nicht zu einer entscheidenden Reduktion des Problems führt.

Obwohl die beschriebenen Grundideen schon sehr lange bekannt sind und es auch diverse Bemühungen gab und gibt, diese zu realisieren, haben diese bislang nicht zu konkret verfügbaren Reaktoren geführt, mit denen die Endlagerproblematik der Kernenergie entscheidend reduziert werden könnte.

Kernfusion

Die Kernfusion ist ein deutlich anderer Ansatz der Gewinnung von Kernenergie mit theoretisch wesentlichen Vorteilen, gerade auch im Hinblick auf die Gewinnung sauberer Energie: Obwohl die Details zukünftiger Kernfusionsreaktoren noch lange nicht klar sind, sind besondere Unfallgefahren nicht zu erwarten, und auch die Produktion langlebiger radioaktiver Abfälle dürfte sich zumindest auf einem viel niedrigeren Niveau abspielen als bei der Kernspaltung.

Problematisch ist hier allerdings die Frage der praktischen Realisierbarkeit. Bereits die Demonstration des Prinzips der Energiegewinnung mit Kernfusion ist technisch extrem schwierig und entsprechend aufwendig. Die auf dem Weg zur praktisch verwendbaren Kernfusion und zu überwindenden Probleme sind nochmals wesentlich umfangreicher. Von daher ist die Hoffnung auf saubere Energie aus Kernfusion höchstens für eine fernere Zukunft gerechtfertigt – wobei unklar ist, ob angesichts der weiteren Entwicklung erneuerbarer Energie dafür wirtschaftlich überhaupt eine Chance bestehen bleiben wird.

Zukünftig verfügbare saubere Kernenergie?

Die obigen Erklärungen zeigen, dass eine saubere im Sinne von weitgehend ungefährliche und nicht umweltbelastende Kernenergienutzung im Prinzip möglich wäre – andererseits aber auch, dass solche Konzepte zwar seit Jahrzehnten angedacht werden, aber immer noch nicht zu nennenswerten konkreten Resultaten geführt haben. Dies schließt aber natürlich nicht aus, dass dies in der Zukunft irgendwann gelingen könnte. Jedenfalls ist es heute (Stand 2020) aber nicht absehbar, dass entsprechende praktisch einsetzbare (als auch bezahlbare) Kernspaltungsreaktoren innerhalb der nächsten zehn Jahre konkret erhältlich würden und dann auch bald eine weite Verbreitung finden. Dafür müssten zumindest sehr zahlungskräftige Investoren überzeugt werden, sich für eine solche Entwicklung stark zu engagieren. Bislang konzentrieren sich Neubauprojekte praktisch vollständig auf ältere Reaktorkonzepte, die die genannten Vorteile allenfalls in geringem Maße realisieren können. Soweit auf Kernfusion gesetzt wird, sind die nötigen Zeithorizonte sogar noch wesentlich länger; der Zeitpunkt, zu dem kommerzielle Investoren einsteigen könnten, scheint nach jahrzehntelanger staatlich finanzierter Forschung noch in ferner Zukunft zu legen.

Aus den genannten Gründen ist es kaum denkbar, dass auf dem Wege der Entwicklung sauberer Kernenergienutzung die Abwendung der Klimakrise gelingen könnte – dafür dauern solche Entwicklungen einfach zu lange.

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