Mächtige, aber gefährliche Atomenergie
Im 2. Weltkrieg hat Japan durch den Abwurf zweier Atombomben auf sein Land fürchterliches Leid erfahren und auch heute bilden Atombomben die stärkste und schrecklichste Waffe der Menschheit. Atomkraftwerke nutzen ebenfalls die gewaltige Macht der Kernspaltung. Sind sie einmal gebaut und in Betrieb, produzieren Sie mehrere Jahrzehnte lang kontinuierlich Strom. Anders als z. B. Kohlekraftwerke stoßen sie kein CO₂ aus und tragen nur wenig zur Erderwärmung bei und anders als z. B. Wasser- oder Windkraftwerke sind sie relativ unabhängig von geographischen Standortbedingungen. Atom-U-Boote, die mit Kernenergie angetrieben werden, können so mehrere Monate lang unter Wasser fahren, ohne aufzutauchen. Auch atombetriebene Flugzeugträger bedürfen theoretisch von ihrer Inbetriebnahme bis zu ihrer Stilllegung nach mehreren Jahrzehnten keiner weiteren Energieeinspeisung.
Quelle | KEPCO Nuclear Fuel
Mit Atomkraft lässt sich zwar durch eine unauslöschliche Reaktion kontinuierlich Strom erzeugen, aber genau diese Unauslöschlichkeit hat zu der Katastrophe von Fukushima in Japan geführt. Auch 9 Jahre nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima wird dort kontinuierlich weiter radioaktive Strahlung freigesetzt und die umliegende Region und das Meer kontaminiert. Japan, die drittgrößte Volkswirtschaft der Welt, geriet so in eine gewaltige und nur schwer überwindbare Energiekrise.
Angesichts der Tatsache, dass sich die drei größten Nuklearkatastrophen in Ländern mit dem jeweils höchsten technologischen Standard ereigneten, nämlich Three Mile Island in den USA, Tschernobyl in der Sowjetunion und Fukushima in Japan, kann niemand eine völlige Sicherheit vor Atomunfällen garantieren.
Was die Abfallstoffe von Kernkraftwerken anbetrifft, müssen die häufigsten Spaltprodukte der Kernspaltung, nämlich Cäsium-137 und Strontium-90 über 900 Jahre lang sicher gelagert werden. Radioaktive Isotope mit einer mittleren Halbwertszeit wie Uran-232 oder Samarium-151 müssen ca. 2.000 Jahre lang unterirdisch gelagert werden. Im Falle des Transuran-Isotops Plutonium-240 muss sogar mit einer nötigen Lagerung von 100.000 Jahren gerechnet werden, was die Suche nach Endlagerstätten noch weiter erschwert. Wenn man die hohen Kosten für die Entsorgung der Abfallstoffe und das Gefahrenpotenzial betrachtet, lässt sich Atomenergie unter keinen Umständen als wirtschaftliche Methode der Energieerzeugung betrachten.
Der häufigste Kraftwerktyp sind Kohlekraftwerke. Seit 1882 Edison das erste kommerzielle Kohlekraftwerk eröffnet hat, hat sich diese Methode der Energieerzeugung bewährt und macht heute ca. 67% der globalen Stromerzeugung aus. Allerdings treten bei der Stromerzeugung große Mengen schädlicher Stoffe in die Atmosphäre aus. Dies führt zu Luft- und Wasserverschmutzung, erhöht die Sterblichkeit und die Inzidenz von Erkrankungen und verstärkt außerdem durch hohe CO₂-Emissionen die Erderwärmung. Zudem trägt Feinstaub aus Kohlekraftwerken in beträchtlichem Maße zur Verschmutzung der Atmosphäre bei.
Quelle | © GREENPEACE 2015
Bei Wasserkraftwerken werden kaum Schadstoffe oder Kohlendioxid abgegeben und ihre Wirtschaftlichkeit ist gut. Allerdings kann der Bau von Dämmen zu großflächigen Umweltschäden führen und die maximale Stromproduktion ist durch die geographischen Gegebenheiten stets eng begrenzt. Bei anderen umweltfreundlichen Methoden der Stromproduktion auf Grundlage von regenerativen Energieträgern wie Solar- oder Windkraft ist die technologische Entwicklung inzwischen beträchtlich fortgeschritten und ihr Anteil wächst global kontinuierlich.
Künstliche Sonnen und Wasserstofffusion
Es gibt ein weiteres, unauslöschliches Feuer: Die Sonne. Im Inneren der Sonne stoßen stetig Wasserstoffkerne zusammen und verschmelzen zu Heliumkernen (Kernfusion), wobei die durch die Fusion verlorene Masse als Energie freigesetzt wird. Schon 1952 wurde die Wasserstofffusion für die Herstellung einer Bombe, die noch stärker als eine Atombombe ist, nutzbar gemacht, als in den USA die Wasserstoffbombe entwickelt wurde.
Wenn man diese mächtige und unerschöpfliche Energie der Wasserstofffusion nutzbar machen könnte, ließe sich ein großer Teil der Energieprobleme der Welt lösen. In vielen Ländern wird die Forschung vorangetrieben, künstlich Energie in ähnlicher Weise wie die Sonne zu erzeugen. Allerdings ist inzwischen das Bewusstsein dafür gewachsen, dass eine internationale Zusammenarbeit die Forschungen zu Fusionsenergie deutlich beschleunigen würde.
Dies hat sich in den 2000ern auch in Form des internationalen, Versuchs-Kernfusionsreaktors ITER als internationales Forschungsprojekt herausgestellt. Das National Fusion Research Institute in Südkorea hat im September 2007 „KSTAR“ vorgestellt, das als derzeit fortschrittlichste Kernfusionsvorrichtung bewertet wurde.
Quelle | National Fusion Research Institute (Südkorea)
Am 28. Juli 2020 hat schließlich die internationale Organisation ITER in Cadarache in Südfrankreich den Festakt zum Bau von ITER gefeiert. Neben Südkorea sind 7 weitere Staaten am Bau beteiligt, die an diesem Tag mit der Konstruktion der „künstlichen Sonne“, also des internationalen Versuchs-Fusionsreaktors ITER, begonnen haben. Die USA, die EU, Russland, China, Indien und Japan haben als teilnehmende Staaten Komponenten geliefert, die in der derzeitigen Bauphase zum Kern von ITER zusammengesetzt werden. Der Aufbau von ITER soll 2025 abgeschlossen sein und während seines Betriebs bis 2040 sollen 500 MW an Wärmeenergie erzeugt werden. Damit kann Strom für die Versorgung von ca. 200.000 Haushalten erzeugt werden.
Quelle | National Fusion Research Institute (Südkorea)
Quelle | National Fusion Research Institute (Südkorea)
Bei der Kernfusion nach dem Prinzip der „künstlichen Sonne“ werden Deuterium (schwerer Wasserstoff) und Tritium (überschwerer Wasserstoff) als Gas in das Vakuumgefäß „Tokamak“ geleitet, erhitzt und in den Plasmazustand überführt. Wenn man das Plasma auf mehr als 150 Mio. Grad Celsius erhitzt, kommt es zu einer Fusionsreaktion. Dabei werden hochenergetisierte Neutronen ausgeworfen, deren Wärme dann eine Dampfturbine antreibt und so Strom erzeugt.
Das benötigte Deuterium und Tritium kann aus Meerwasser und aus Lithium gewonnen werden und ist auf der Erde so reich vorhanden, dass die Menschheit es theoretisch mehrere Millionen Jahre lang verwenden könnte. Der Wirkungsgrad der Energie ist außerordentlich hoch. Aus Brennstoff von der Größe einer Ananas kann man etwa so viel Strom gewinnen wie aus 10.000 Tonnen Steinkohle. Die Kosten für den Bau und den Betrieb von Fusionskraftwerken sind ähnlich hoch wie die von Atomkraftwerken, allerdings entstehen bei Fusionskraftwerken keine radioaktiven Abfallprodukte, so dass es sich um eine umweltfreundliche Energiequelle handelt.
Brennstoffzellen als Triebkraft des Wasserstoffmarkts
Es gibt noch eine weitere Methode, Wasserstoff für die Stromerzeugung nutzbar zu machen. Dabei handelt es sich um die bekannte Brennstoffzelle. Bei Wasserstoff-Brennstoffzellen (Fuel Cell) verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff miteinander und erzeugen so Strom und Wasser. Dies ist eine elektrochemische Technologie und zwar die Gegenreaktion der Elektrolyse von Wasser.
Quelle | Fuel Cell and Hydrogen Energy Association (FCHEA)
Der thermodynamische Wirkungsgrad ist bei der Nutzung von fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung relativ niedrig. Bei Brennstoffzellen hingegen entfallen die Verbrennung des Brennstoffs und die Umwandlung der Wärmeenergie in mechanische Energie. Daher ist der Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung grundsätzlich höher als bei fossilen Brennstoffen. Je kleiner konventionelle Verbrennungsmotoren sind, desto niedriger ist tendenziell außerdem der Wirkungsgrad. Bei Brennstoffzellen hingegen ist der Wirkungsgrad völlig unabhängig von der Größe immer gleich, was einen weiteren Vorteil darstellt.
Außerdem werden bei Brennstoffzellen im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen keine Abgase und kein Feinstaub ausgestoßen, so dass sich Kraftwerke auf dieser Basis auch für Stadtzentren eignen. Daher wird der Bau und der Betrieb von netzunabhängigen Kraftwerken in Regionen mit ganz unterschiedlichen Anforderungen für die Stromerzeugen möglich, seien es Stadtzentren, Gebirgsregionen oder Inseln. Mit dem Betrieb von netzunabhängigen Kraftwerken lassen sich Probleme von stark zentralisierten Kraftwerksnetzen wie z. B. großflächige Stromausfälle, deutlich besser vermeiden.
In Korea wächst der Endkundenmarkt im Bereich der Brennstoffzellen stetig. Nach einer Untersuchung von IBK Securities Co. wird für 2040 eine Leistung von 15 GW (das 48fache) bei Brennstoffzellen zur Stromerzeugung erwartet und bei Brennstoffzellen für Gebäude 2,1 GW (das 300fache). Die koreanische Regierung hat im Januar 2019 eine „Roadmap zur Förderung der Wasserstoffwirtschaft“ veröffentlicht. Danach wurden im Jahr 2018 in 41 Anlagen 307,6 MW Strom aus Brennstoffzellen hergestellt. In der Zukunft sollen die Kosten zur Stromerzeugung auf das Niveau von kleinen und mittleren LNG-Kraftwerken (Liquefied Natural Gas) sinken. Mittel- und langfristig ist als Ziel vorgegeben, dass die Baukosten auf 65% und die Stromerzeugungskosten auf 50% sinken sollen und dass bis 2040 15 GW aus Wasserstoff erzeugt werden. Was Gebäude anbetrifft, wurden im Jahr 2018 7 MW (in 3.167 Anlagen) produziert. Bis 2022 sollen 50 MW, bis 2040 sollen 2,1 GW erreicht werden.
Quelle | South Korean Ministry of Trade, Industry and Energy, IBK Securities Co. (für beide Grafiken)
Auch international werden Brennstoffzellen immer bedeutsamer. Nach einem Bericht von Fuji Keizai Management Co. soll der Markt für Brennstoffzellen auf 4,9275 Billionen Yen (ca. 39 Milliarden Euro) wachsen, das 28fache von 2017. Was die Regionen anbetrifft, wird prognostiziert, dass der Anteil Ostasiens mit China, Japan und Korea daran von 45% im Jahr 2018 auf 58% im Jahr 2030 steigen wird.
Quelle | Fuji Keizai Management Inc. (2018), H2 News (Wolgan suso gyeongje), IBK Securities Co. (für beide Grafiken)
Angesichts dieser Entwicklung ist es wahrscheinlich, dass neben Unternehmen der Solarbranche vor allem Unternehmen aus dem Bereich Brennstoffzellen zu den Hauptakteuren im Bereich regenerative Energien werden. Wenn Q CELLS bei der Speicherung und beim Transport von Solarstrom Wasserstoff verwendet, kann der Wirkungsgrad im Vergleich zu den bisherigen Methoden beträchtlich verbessert werden. Daher legt Q CELLS einen besonderen Fokus auf Technologien im Bereich Brennstoffzellen, um so vorteilhafte Synergieeffekte zu erzeugen.
Um uns auf der Basis regenerativer Energien einer kohlenstoffarmen und grüneren Welt der Zukunft anzunähern, möchten wir einen führenden Platz auf dem Weltmarkt einnehmen und dazu sind Technologien im Bereich Wasserstoffenergie unverzichtbar. Wir freuen uns, damit bei der Lösung von Umweltproblemen und Energieproblemen beitragen zu können.
