Bild 1 (Foto: Blume)

Die Sonne verwandelt pro Sekunde 4,5 Millionen Tonnen ihrer Masse in Strahlungs-Energie. Das geschieht entsprechend Einsteins genialer Gleichung

E = m · c²

Die Sonne wird dabei 15 Mio Grad heiß. Sie ist dennoch eine auf Milliarden Jahre hinaus unerschöpfliche Energiequelle! Diese Energie verteilt sie großzügig auf ihre Umgebung, also auch auf ihre kleinen Planeten.
Kohle, Erdöl und Erdgas enthalten gespeicherte Sonnenenergie. Aber diese Rohstoffe sind endlich und werden in absehbarer Zeit aufgebraucht sein (auch wenn man darüber wegen der am Meeresboden liegenden eisartigen Methanhydrate oder des Erdölvorläufers Kerogen geteilter Meinung ist...). Gleiches gilt auch für die Biomasse, die nicht unendlich regenerierbar ist.
Noch ein weiterer Nachteil ist beim Verbrennen von fossiler und rezenter Biomasse einzukalkulieren: Die Schädigung unserer Umwelt durch die Abgase.
Mit der Strahlungsenergie der Sonne lassen sich jedoch auch andere, umweltfreundlichere Energieformen erschließen.

Die Sonne - eine billige alternative Energiequelle
Neben der chemischen Verpackung in fossilen Rohstoffen und der Biomasse gibt es die Sonnenenergie auch anders, mit physikalischen Methoden anzapfbar. Die Sonne strahlt kostenlos - sie scheint also eine ideale und auf Milliarden Jahre hinaus unerschöpfliche Energiequelle zu sein.
Sonne verdunstet Wasser. Der Dampf kondensiert, die freiwerdende Energie produziert Hochs und Tiefs; daraus resultieren die Winde. Die Sonne fixiert auf diese Weise große Mengen an Wärme und macht sie zumindest zum Teil in höherwertiger Form verfügbar. Als Regen gelangt das Wasser ins Binnenland, wo man die potentielle Energie durch Wasserkraftwerke ausnutzen kann: Durch das von Bergen herabströmende Wasser werden Turbinen und damit zugleich Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben. Mit dieser können Akkus zum Betrieb von Elektroautos geladen werden.

Bild 2: Einzelne Solarzelle, Breite 12,5 cm
(Foto: Daggi)

Elektrische Energie - direkt aus Sonnenstrahlung
Strahlungsenergie der Sonne lässt sich auch direkt zur Gewinnung elektrischer Energie nutzen. Das geschieht mit Hilfe von Solarzellen, die du z. B. vom Taschenrechner her kennst. Die Strahlungsenergie des auftreffenden Lichts wird dabei unmittelbar, also ohne Umwege über andere Energieformen, in elektrische Energie umgewandelt. Damit ist die bestrahlte Solarzelle eine elektrische Energiequelle. Bei geschlossenem Stromkreis fließt elektrischer Strom, der sofort genutzt oder zunächst in einem Akkumulator (z. B. einer Natrium/Schwefel-Batterie) gespeichert werden kann. So kann man z. B. Straßenlampen tagsüber mit Energie versorgen und sie nachts leuchten lassen. Alle bedeutenden Autohersteller haben bereits ein Auto auf Solarstrombasis erprobt.
Dieser Technologie, der so genannten Fotovoltaik (griech. phos, Licht; Volt als Spannungsgröße) bescheinigt man eine gewisse Zukunft [12]. Nötig ist ein Speichermedium, mit dem die Energie transportiert werden und aus dem sie im entscheidenden Moment freigesetzt werden kann. Ein Beispiel haben wir schon genannt: den Akkumulator. Auf diese Weise werden schon Elektroautos mit Solarzellen auf der Oberfläche angetrieben - ein System, das bislang aus gutem Grund eigentlich nur besonders gut in Australien, Kalifornien und ähnlich gelegenen Ländern funktioniert.

Mit der Sonnenenergie auf dem Weg zur Wasserstoffgesellschaft?
Aber auch Wasserstoff kann als Transportform für gespeicherte Sonnenenergie dienen. Zu dessen Gewinnung baut man in heißen Regionen wie Nordafrika oder den Südstaaten der USA Solar-Wasserstoff-Werke, in denen mit Solarstrom Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Mit dieser Elektrolyse wird die Energie der Sonne gleichermaßen in Wasserstoff gebunden.
Wasserstoff kann (wie Erdgas) in Tankschiffen oder durch Pipelines verschickt werden. Man kann ihn verbrennen und damit zum Antreiben von Generatoren oder Fahrzeugen verwenden. Auch die direkte Gewinnung von elektrischer Energie mit galvanischen Elementen, die man mit Wasserstoff und Sauerstoff betreibt und die man deshalb treffend Brennstoffzellen nennt, ist heute alltägliche Praxis. Hinzu kommt, dass der Reaktionspartner Sauerstoff jederzeit und an allen Orten zur Verfügung steht. Als Raketentreibstoff ist Wasserstoff schon lange in Gebrauch, so z. B. als Füllung des riesigen Tanks der amerikanischen Weltraumfähre.
Als Abgas entsteht bei der Verbrennung des Wasserstoffs hauptsächlich nur Wasser, also wiederum der umweltverträgliche Ausgangsstoff - einfach ein genialer Kreislauf. Leider entstehen dabei aber (wie bei allen Verbrennungen, an denen Luft beteiligt ist) auch Stickoxide. Auch ist der Wirkungsgrad wegen der Abfallwärme recht niedrig.
Hinzu kommen technische Probleme, die die "Wasserstoffgesellschaft" nach Ansicht vieler Fachleute noch als Utopie erscheinen lassen. Da müssen die Gefährlichkeit und der tiefe Siedepunkt von Wasserstoff (-252.8 °C) einkalkuliert werden. So muss das Gas (auch im Auto) ständig tiefstgekühlt sein. Dabei zeigt es noch die Tendenz, jegliches Material zu durchdringen und sich als geruchloses Gas im Fahrzeuginnern anzureichern - mit bösen Folgen, wenn du an Knallgasexplosionen denkst...

Nachteile der Sonnenenergie
Um Sonnenenergie auf physikalischem Wege nutzbar zu machen, ist im Allgemeinen ein erheblicher technischer Aufwand nötig. Die Gründe:
Bei allem, was technisch machbar ist, müssen wir uns den hauptsächlichen Nachteil der direkten Nutzung von Sonnenenergie bewusst machen: Diese Energie ist direkt nur solange zugänglich, wie die Sonne scheint. Also ist es nachts bezüglich der Energie "zappenduster". Bei uns ist das auch tagsüber der Normalfall, wie Besitzer von mit Solarstrom betriebenen Uhren wissen... So muss man zumindest teilweise auf fossile Brennstoffe zurückgreifen.
Ansonsten muss man versuchen, die Sonnenenergie während der Sonnenscheindauer möglich quantitativ in andere, speicherfähige Energien umzuwandeln, beispielsweise als chemische Energie in Akkumulatoren oder in Wasserstoff sowie als potentielle Energie in hochgelegenen Wasserdepots.

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Literatur