Erneuerbare Energien - eine physikalische Betrachtung

Abstract

Der Begriff "erneuerbare Energien" wird in der Literatur sehr unterschiedlich definiert und mitunter werden nicht alle relevanten physikalischen Parameter berücksichtigt. Wir schlagen eine Definition vor, die auf physikalischen Fließgleichgewichten basiert. In den Energiereservoiren Kohle/Öl/Gas und Kernenergie ist die nutzbare Energie "gespeichert". Die Lebenszeiten dieser Energievorräte sind vom Verbrauch abhängig und können beschrieben werden mit: Verfügbare Energie = Δ_tLebensdauer * (Abstrom - Zustrom). Bei Kohle/Öl/Gas und Uran ist die Produktionsrate im Vergleich zu momentaner Verbrauchsrate sehr gering, bzw. nicht vorhanden. Hier herrscht kein Fließgleichgewicht und diese Energiequellen sind nicht-erneuerbar. Die erneuerbaren Energiequellen Solarenergie (demnach auch Wind- und Wasserenergie), Geothermie und Gezeiten haben Lebenszeiten von Δ_tLebensdauer = Energieinhalt/Abstrom aus dem Reservoir, die unabhängig von Verbrauchsraten sind, da in diesen Fällen transiente Wärme oder die Strahlungsquelle „angezapft“ werden. Die Menge an verfügbarer Energie ist limitiert, wird aber konstant oder periodisch nachgefüllt. Hier ist nicht die Lebensdauer, sondern die Flussdichte (Joule/m²s) entscheidend. Biomasse ist ein Spezialfall der erneuerbaren Energien. Ihre Lebensdauer hängt von der Differenz zwischen Verbrauch und Aufforstung ab und ist vom Menschen kontrollierbar. Bei der Geothermie muss zwischen globalen und lokalen Fall unterschieden werden, da im lokalen Fall bei nicht nachhaltig geführter Geothermie-Anlage kein Fließgleichgewicht herrscht und es keine erneuerbare Energiequelle darstellt.