Energieversorgung

Autor: Andre Adrian
Version: 23.nov.2008

Einleitung

Werte Leser, zuerst eine Klarstellung: Ich bin bei dem Thema Energieversorgung ein interessierter Laie. Als Nicht-Insider übersehe ich vielleicht kritische Details die meine Ideen unrealistisch machen. Auf der anderen Seite habe ich den Blick von außen - die Scheuklappen eines Zukunftsforscher im Sold der Erdöl-Industrie habe ich nicht.

Unser Ofen

Unser Ofen, die Energiequelle, ist die Sonne. Wie allgemein bekannt liefert die Sonne in Äquatornähe die meiste Energie pro Quadratmeter und an den Polen am wenigsten. Diese Tatsache führt direkt zum ersten Eckstein meiner Idee: Sonnenkraftwerke stehen am Äquator in Ländern deren Einwohmer heute teilweise unter Bürgerkrieg, Hungersnot, Krankheiten und weiteren schlimmen Bedingungen leiden. Das diese Länder der optimale Standort für Sonnenkraftwerke sind wird der Entwicklung dieser Länder helfen - so wie das Erdöl den Erdölförderländern geholfen hat.

Die Verbraucher

Für den Menschen sind Temperaturen zwischen 20°C und 30°C angenehm. Diese Temperaturen herrschen in mittleren Breitengraden. Die Länder der mittleren Breitengrade sind als "1.Welt" oder Industrienationen bekannt. Die älteren Industrienationen liegen nördlich des Äquators, neuere Industrienationen liegen teilweise südlich des Äquators (Brasilien, Argentinien, Südafrika, Neuseeland...).

Der Transport

Die Energie der Sonnenkraftwerke am Äquator muß zu den Verbrauchern in den mittleren Breitengraden transportiert werden. Um die Transportfrage gut beantworten zu können sind nach Meinung des Autors noch einige Erfindungen, bzw. die Weiterentwicklung von heutigen Erfindungen zur Marktreife nötig.
Ausgangspunkt meiner Überlegung ist die Nutzung der Sonnenenergie durch Pflanzen. Die Pflanzen speichern die Energie in Stärke. Stärke ist eine grosses träges Molekül welches sich in der Pflanze gut lagern läßt. Die Umwandlung von Sonnenenergie in Stärke hat wahrscheinlich einen schlechten Wirkungsgrad. Und die Zurückwandlung von Stärke in "Energie" ist auch nicht ohne Verluste. Alle diese Nachteile werden durch den Vorteil der guten Lagerfähigkeit von Stärke aufgewogen.

Der Energieträger Sonnen-Benzin (sunoline)

Der Leser ahnt schon das der Autor als nächstes die grosstechnische Produktion von Kartoffelmehl in Sonnenkraftwerken am Äquator, den Schiffstransport in die mittleren Breitengraden und die Verbrennung von Kartoffelmehl im Kraftwerk vorschlägt. Ja, ungefähr so lautet mein Vorschlag. Einen chemisch trägen Energieträger zu benutzen. Dabei ist jedes längere Kohlenstoffmolekül geeignet. Hauptsache die Lagerhalterung ist einfach. Am besten in einem Tank wie Erdöl heute. Als Name für den Energieträger schlage ich Sonnen-Benzin vor. Im Englischen kann man aus sun und gasoline den Begriff sunoline bilden.

Umwandlung Sonnenenergie in lagerbare Energie

Genau hier sind die Erfinder gefragt. Mein Vorschlag: Am einfachsten erzeugt ein Sonnenkraftwerk Hitze. Diese Hitze treibt einen chemischen Prozess an. Der chemische Prozess produziert lange Kohlenstoffketten, den Energieträger. Der nötige chemische Prozess ist das Gegenteil des heutigen "Cracking". Beim Cracken werden lange Kohlenstoffenketten in kürzere Ketten geteilt. Eventuell kann eine thermoacoustic engine helfen bei der Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Sonnen-Benzin. Bei dem Prozess Gas-Verflüssigung (gas liquefying) werden thermoacoustic engines schon getestet, siehe Los Alamos National Laboraties Webseite und New Horizons Idea Award. Eine Einführung zum Thema gibt es im Thermoacoustics Buch von Gregory W. Swift.
Meine naive Idee ist: Beim Cracking wird Hitze benötigt um lange Ketten in kurze Ketten aufzubrechen. Beim "Glueing" als Gegenteil des Cracking mag Kälte helfen. Durch Kälte wird die Atombewegung geringer. Ein Glue Katalysator hat es bei kalten Zutaten eventuell leichter seine Oberflächen-Magie durchzuführen. Thermoacoustic engines können aus Hitze Kälte produzieren (Kühlschrank).
Nötig für die Kohlenstoffketten sind Kohlenstoff C, Wasserstoff H und Sauerstoff O. Kohlenstoff ist im Kohlendioxid in der Luft zu finden, Sauerstoff ist in Luft und Wasser zu finden und Wasserstoff ist in Wasser zu finden. Luft und Wasser zu einem Sonnenkraftwerk am Äquator zu transportieren als "Rohmaterial" klingt machbar. Doch woher den Kohlenstoff nehmen? Trotz Klimakatastrophe ist der Anteil von Kohlenstoff in der Luft doch sehr gering.

Thermochemische Wasserstoff Produktion

Für die Produktion von Alkane (Kohlenwasserstoff) ist Wasserstoff nötig. Der Wasserstoff muß autotroph, d.h. aus Kohlendioxid und Wasser, erzeugt werden. Das Schwefelsäure-Iod-Verfahren benötigt Temperaturen von 830°C, 320°C und 120°C. Der S-I cycle wird heute im Labor getestet. Weil aggresive Flüssigkeiten (Schwefelsäure) bei hohen Temperaturen verwendet werden ist der Bau einer grosstechnische Anlage schwierig. Hier ist noch einige Material- und Verfahrensforschung nötig.
Es dürfte am Ende eine politische Entscheidung sein ob das Schwefelsäure-Iod-Verfahren im eigenen Land zusammen mit einem Atomreaktor betrieben wird oder in Äquatornähe zusammen mit einem Sonnenenergie-Wärme-Kraftwerk. Auf Dauer dürfte das Sonnenenergie-Kraftwerk als die umweltfreundlichere Alternative gelten.

Methan bildende Organismen

Die Archaeen (Urbakterien) beherrschen die Umwandlung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan (C0₂ + 4 * H₂ -> CH₄ + 2 * H₂O). Der Kuh helfen diese Symbioten bei der Verdauung. Die Methanbildung kann mit Hilfe dieser Urbakterien erfolgen oder die Wirkprinzipien werden in den Urbakterien erforscht und dann ohne diese Lebenwesen angewandt.
Methan-Gas kann in weiteren Schritten in längere Alkane umgewandelt werden die flüssig und leicht transportierbar sind. Nonan ist C₉H₂₀ und hat einen Flammpunkt von 31°C und ist deshalb nicht leicht endzündlich.

Geschlossener Kohlenstoffkreislauf

Bei der Verbrennung wird Kohlenstoff frei in Form von Kohlendioxid. Bei der "Energieaufladung" des Energieträgers Kohlenwasserstoffketten werden kurze Kohlenstoff-Moleküle zu langen Kohlenstoff-Molekülen verbunden.
Die Transportschiffe zwischen Verbraucher und Erzeuger müssen in die eine Richtung "verbrannte Kohlenstoffketten" und in die andere Richtung "aufgeladene Kohlenstoffketten" transportieren. Bei der Verbrennung (Nutzung ) der Kohlenstoffketten in den Verbraucherländern muß bei der Verbrennung der Kohlenstoffketten zu Kohlendioxid das Kohlendioxid gebunden werden. Hier wird eine chenische Reaktion gesucht die Kohlendioxid nur "schwach" bindet. Diese Bindung soll später im Sonnenkraftwerk wieder aufgetrennt werden.

Kohlendioxid Binder

Mein eigener Chemie Unterricht ist schon lange her und ich war nie gut in Chemie. Auf jeden Fall benötigt man als Kohlendioxid Binder ein Molekül dem absichtlich etwas fehlt. Kohlendioxid kann sich mit dem zweiten Molekül verbinden. Das entstandene Molekül ist dann chemisch träge, weil nichts mehr fehlt. Mein Chemie Lehrer möge mir die einfachen Worte verzeihen...
Das Kohlendioxid bindende Molekül ist notwendigerweise "aggressiv". Auf den Kohlendioxid Binder läßt sich verzichten wenn die Luft den Kohlendioxid von Verbraucher in den mittleren Breitengraden zum Sonnenkraftwerk am Äquator transportiert. Das Kohlendioxid Binder Molekül benötigt Energiezufuhr zur Produktion. Es sollte daher auch am Standort der Sonnenkraftwerke produziert werden.

Können Umweltschützer, Kraftwerkbetreiber und Entwicklungshelfer zufrieden sein?

Eine Lösung kann gut für die eine Seite (Kraftwerksbetreiber) und schlecht für die andere Seite (Umweltschützer) sein. Die hier vorgeschlagene Lösung beschreibt einen Kreislauf. Der Kreislauf ist schlecht für die Sonne (unseren Ofen), aber ein Perpetuum Mobile gibt es bekanntermaßen nicht. Der Kohlendioxid welcher in den Ländern der 1.Welt in die Luft gelangt wird in den Sonnenkraftwerken am Äquator wieder aus der Luft herausgeholt. Ohne diesen Kohlenstoff kann in der chemischen Fabrik am Sonnenkraftwerk kein Energieträger (lange Kohlenwasserstoffkette) produziert werden. Der Kraftwerksbetreiber muß Kohlendioxid aus der Luft "holen" sonst kann er sein "Sonnen-Benzin" nicht produzieren.
Die Entwicklungshilfe findet hoffentlich eine wirtschaftlich nützliche Anwendung für die Wüsten in Äquatornähe. Jedes Sonnenkraftwerk dort fördert das Wirtschaftleben im Geberland.

Wann werden diese Träume war?

Auch wenn ich selbst nicht die nötigen Fabriken bauen könnte, es gibt bestimmt genügend viele Wissenschaftler, Ingenieure, Betriebswirte und Politiker die das können. Es gibt aber heute keinen Anlaß für einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf. Es ist billiger den offenen Kreislauf Erdöl/Erdgas fördern und verbrennen zu nutzen.
Somit ist die Bedingung für die Verbesserung die Verschlechterung vorher: Erst wenn die letzte Erdölquelle erschöpft ist, wird ein geschlossener Kreislauf rentabel. Erdöl wäre heute schon unrentabel wenn die "Ölscheichs" Geld an die Lebewesen zahlen müßten die vor langer Zeit das Erdöl in den Boden "gelegt" haben. Eigentlich sind alle Erdöl Nutzer Plünderer... Niemand entschädigt die Bäume die zu Erdöl wurden.

Methanolwirtschaft

Die Recherche für diesen Artikel hat mich zu dem Buch "Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy" von George A. Olah gebracht. Methanol ist CH₃OH, ein Alkohol. Aufgrund der OH Bindung ist das kleine Molekül bei Raumtemperatur flüssig. Am Ende dürfte die Entscheidung zwischen Alkane und Alkohole am Gesamtwirkungsgrad und den Umweltauflagen liegen. Methanol ist z.B. giftiger als Benzin. Längere Alkohole wie Ethanol C₂H₅OH sind ungefährlicher (naja) und führen vielleicht zur "Vodkawirtschaft" anstelle der Methanol- oder Sonnenbenzin-Wirtschaft.

Warum die Energiekrise Panikmache?

Pflanzen und Tiere betreiben schon seit langer Zeit einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf. Die Pflanzen atmen Kohlendioxid ein und Sauerstoff aus, die Tiere atmen Sauerstoff ein und Kohlendioxid aus. Wenn die 1.Welt sich selbst hilft indem in Wüsten am Äquator Sonnenkraftwerke entstehen wird der Kohlenstoffkreislauf auf unserem Planeten ein wenig optimiert. Vereinfacht gesprochen: Am Äquator gibt es neue Anbauflächen für Kartoffeln - dabei steht Kartoffel für "Fabrik der langen Kohlenstoffketten".
Nach der "Erdöl Ära" gibt es die "Sonnenkraftwerk am Äquator Ära" mit ihren "Sonnen-Benzin" Tankern. Eigentlich kein Grund für Panik an den Börsen und auch kein Grund für Panik bei den Umweltschützern. Wenn es kein Erdöl mehr gibt kann ein Energieträger nur produziert werden wenn man Kohlenstoff (Kohlendioxid) aus der Umwelt herausholt und in den Energieträger hineinsteckt.
Wahrscheinlich hat der Mensch einfach Freude an Katastrophen. Eugen Roth schrieb über diese Lust:

Ein Mensch verspürt, meist unbewusst,
Geheime Katastrophenlust:
Mit Gruseln liest er in der Zeitung,
Dass wo geplatzt die Hauptrohrleitung,
Ein Riesenwald verbrannt durch Funken,
Ein Schiff mit Mann und Maus gesunken,
Ein Flugzeug im Gebirg’ zerschellt –
Kurz, was so vorkommt auf der Welt.
Der Mensch liest dabei umso gerner,
Je grausiger es ist – doch ferner.
Und schon ein Unmensch wär er, säh er
So schlimme Dinge lieber näher.
Doch Mensch und Unmensch sind sich gleich:
„Nur nicht im eigenen Bereich!“
Da hemmt schon ein verrußter Ofen
Jedwede Lust an Katastrophen.

aus Eugen Roth: Ansichten und Einsichten

Wo bleibt Kernenergie und Wasserstoff?

Tiere und Pflanzen verwendet einen Kohlenstoffkreislauf mit langen Kohlenstoffketten als leicht lagerbare Energieträger. Wir Menschen nutzen heute in der Erdöl Ära einen offenen Kohlenstoffkreislauf. Atomkraftwerke funktionieren, und es funktioniert auch ein mit Wasserstoff angetriebenes Automobil. Aber besser funktioniert der Kohlenstoffkreislauf. Sonst gäbe es höchstwahrscheinlich auf Uran-235 Stoffwechsel basierte Bakterien und auf Wasserstoff Stoffwechsel basierte Amöben. Wir sollten nicht vergessen: Die Natur wägt Vorteile und Nachteile schon viel länger gegeneinander ab als unsere menschliche Zivilisation es tut. Und der Kompromiß der Natur ist der Kohlenstoffkreislauf.