Energie der Zukunft

Es ist beschlossen: Vom Jahr 2022 an soll in Deutschland kein Strom mehr aus Atomkraftwerken kommen. Dabei werden wir künftig nicht weniger, sondern eher mehr Energie verbrauchen. Woher aber soll die kommen? Die Verbrennung von Kohle, Gas und Öl ist schlecht fürs Klima, außerdem gehen die Vorräte dieser Brennstoffe langsam aus. Aber Wind, Wasser und Sonne werden vielleicht nicht ausreichen, uns alle mit Energie zu versorgen. Deshalb tüfteln Forscher an ganz neuen Ideen. Wir zeigen Euch vier Beispiele:

Strom aus dem Eimer:
Man stelle einen Eimer Wasser in die Sonne, rühre eine Handvoll Spezialpulver hinein, und nach kurzer Zeit beginnt es zu sprudeln. Was da blubbert, ist Wasserstoff, ein Gas, mit dem man zum Beispiel Brennstoffzellen betreiben und somit Strom herstellen kann. Klingt verrückt einfach, ist aber möglich. Mit Sonnenenergie kann man tatsächlich Wassermoleküle zerlegen: in Wasserstoff und Sauerstoff. Was bisher fehlt, ist das Spezialpulver – Forscher sagen der »Katalysator«. Ohne ihn würde die Sonne das Wasser nur erwärmen. Der Katalysator sammelt das Sonnenlicht ein und überträgt es direkt auf die Wasserteilchen, die sich dann aufspalten. Am Forschungsinstitut für Katalyse in Rostock wird nach einem geeigneten Stoff gesucht. Die Chemiker dort vermuten, dass sich Metallteilchen am besten eignen. Im Labor haben sie es sogar schon geschafft, das Wasser im Eimer zum Sprudeln zu bringen. Allerdings mussten sie noch Zucker hinzufügen, damit ihr Katalysator arbeitet. Für ein Experiment ist das in Ordnung, aber eigentlich sollte man keine Lebensmittel verbrauchen, um Energie zu erzeugen.
Und es gibt noch ein Problem: Will man die Wasserspaltung als Energiequelle nutzen, reicht ein Eimer nicht aus. Es müssten große Becken gebaut werden. Und die müssten an einem Ort stehen, an dem es viel Wasser und viel Sonne gibt. Meist ist es aber so, dass es entweder viel Wasser gibt (etwa in Nordeuropa) oder viel Sonne (wie in der Wüste). Selbst wenn die Rostocker Forscher also morgen das perfekte Spezialpulver finden, dauert es wohl noch Jahrzehnte, bis wir aus Wasserspaltung Strom erzeugen können.

Energie ernten
Energie kann viele Formen haben, sie ist Wärme, Bewegung oder Licht – und oftmals entsteht sie an Stellen, wo sie ungenutzt bleibt. Zum Beispiel strahlt jeder von uns Körperwärme ab. Das sind keine enormen Energiemengen, aber sie würden ausreichen, um eine Armbanduhr anzutreiben. Forscher in Freiburg arbeiten an Geräten, die ihren Strom zum Beispiel aus einem Joggingschuh ziehen: Bei jedem Schritt verbiegt sich die Sohle, und diese Bewegungsenergie lässt sich anzapfen. Das Prinzip nennen die Wissenschaftler »Energy Harvesting«, was auf Deutsch »Energie ernten« bedeutet.
Zu ernten gibt es vieles: etwa die Lichtenergie von normalen Glühbirnen, die lässt sich mit speziellen Solarzellen einfangen. Sogar vom Radio oder dem WLAN-Router kann man etwas ernten: Beide funken elektromagnetische Wellen, ebenfalls eine Form von Energie. Damit könnte man kleine Geräte wie Fernbedienungen versorgen und auf diese Weise unzählige Batterien einsparen. Davon werden in Deutschland über eine Milliarde im Jahr verbraucht.
Eigentlich könnten wir mit dem Energieernten sofort loslegen, viele Techniken gibt es schon. Aber die Hersteller von Uhren, Fernbedienungen und Co. haben ihre Geräte bisher für Batteriebetrieb gebaut. Auf Energy Harvesting umzustellen kostet sie viel Geld.

Das Prinzip Sonne
Der heißeste Ort in Deutschland liegt in Garching bei München. Hier haben Forscher eine Testanlage gebaut, mit der sie Temperaturen von mehreren Millionen Grad erzeugen können, so heiß ist es sonst nur auf der Sonne. Die extreme Hitze ist nötig, weil die Wissenschaftler Energie nach dem Sonnenprinzip herstellen wollen. Das Prinzip heißt Kernfusion: Zwei Teilchen verschmelzen zu einem neuen. Auf der Sonne geschieht das mit den Atomkernen von Wasserstoff. Dabei wird Energie frei.
Unfassbar viel Energie. Mit einem Gramm Wasserstoff kann man so viel Energie erzeugen wie mit 11 000 Kilogramm Kohle.
Bisher schaffen es die Garchinger Forscher, das Wasserstoff- Gas nur wenige Sekunden lang auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen. Und dafür benötigen sie momentan noch wahnsinnig viel Strom. Außerdem dürfen die Wasserstoff-Teilchen die Wände des Kraftwerks nicht berühren, weil sie sonst sofort abkühlen würden. Deshalb gibt es eine Art Käfig aus Magneten. Aber auch die Magnete werden mit Strom betrieben. Um mehr Energie zu gewinnen, als man vorher verbraucht, müsste man sehr, sehr viele Teilchen miteinander verschmelzen, und das Kraftwerk müsste entsprechend groß sein.
Die Technik dafür ist so kompliziert und teuer, dass sich viele Länder an der Entwicklung beteiligen müssen. Die Einigung, wer was macht und bezahlt, ist noch komplizierter als die Technik. Deshalb wird es sicher noch über 50 Jahre dauern, bis wir tatsächlich Strom mit dem Sonnenprinzip herstellen können.

Winzige Kraftprotze
Sie sind mikroskopisch klein, stecken aber voller Energie: Aus einzelligen Algen lässt sich Treibstoff für Autos und Flugzeuge herstellen. Der Vorteil: Algen benötigen nur Licht, Wasser und Kohlendioxid, um zu wachsen – und sie wachsen sehr schnell. Forscher züchten sie in großen Tanks. Wenn sie genug zusammenhaben, spalten sie die einzelnen Algenzellen auf und erhalten dabei ein Öl. Und das kann man dann zu Sprit verarbeiten.
Im vergangenen Jahr ist damit schon ein Kleinflugzeug testweise gestartet. Im Moment ist das Algenöl noch sehr teuer. Die Herstellung könnte sich aber lohnen, wenn man auch die Algenreste verwertete. Die könnte man zum Beispiel in eine Biogasanlage stecken und damit zusätzlich Strom erzeugen.

Der Text von Magdalena Hamm mit Illustrationen von Jan Kruse stammt aus ZEIT Leo, dem neuen Magazin für Kinder. Ab heute im Zeitschriftenhandel und am Kiosk!