Energiemengen

Welche Energiemengen von Grünem Wasserstoff können weltweit erzeugt werden?

Im Folgenden geht es um Abschätzungen und Größenordnungen ausgehend vom Gesamtprimärenergiebedarf für Deutschland. Daraus ergibt sich der Primärenergiebedarf für einen einzigen Bürger und daraus wiederum der Bedarf für die Weltbevölkerung unter der Annahme, dass jedem Bürger weltweit so viel Primärenergie zur Verfügung steht wie einem Deutschen.

Unsere Abschätzung wird zeigen, dass diese großen Energiemengen 2-fach, 3-fach... weltweit durch Sonnenenergieernte mit Windkraftwerken und Solarrinnenkraftwerken erzeugt werden können. Ein Teil der so gewonnenen elektrischen Energiemenge wird nach Bedarf im Energieträger Wasserstoff gespeichert. Dabei auftretende Wirkungsgradverluste sind wegen der enormen verfügbaren Energiemengen unwichtig.

• Primärenergiebedarf in Deutschland: \(14 \cdot 10^{15} \frac {kJ} {Jahr} = 3,9 \cdot 10^{12} \frac {kWh} {Jahr}\)
  (Größenordnung des Durchschnitts der letzten Jahre, Stand Februar 2020)
• Umgerechnet pro Person: \(47.561 \frac {kWh} {Jahr}\)
• Umgerechnet für die gesamte Weltbevölkerung (7,7 Milliarden Menschen):
  Gesamtenergiebedarf: \(3,7 \cdot 10^{14} \frac {kWh} {Jahr}\)
  (jeder Mensch hätte so viel Energie zur Verfügung wie ein Bundesbürger)

Sonnenenergieernte mit Wind- und Rinnenkraftwerken

Ernte mit Windkraftwerken
Damit die Nutzung von Windkrafträdern effektiv wird, beträgt die Windgeschwindigkeit dort ≥15 km/h.
Das abgebildete Windkraftwerk (7,5 MW) auf dem Hunsrück (RLP) liefert onshore eine Jahresenergiemenge von \(18,8 \cdot 10^6 kWh\).
Ausgehend von der Installation von 7,5-12 MW – Anlagen auch offshore und in noch windreicheren Gebieten (z.B. Feuerland oder Küstenregionen) gehen wir von einem Jahresertrag von \(35 \cdot 10^6kWh\) pro Windkraftwerk aus. \[{1,85 \cdot 10^{14}kWh \over 35 \cdot 10^6 kWh} = 5285714 \cdot 10^6\] Weltweit wären also in der Größenordnung 5.285.714 Windkraftwerke zu installieren, um den halben Primärenergiebedarf in elektrischer Energie zu decken.
Bemerkung für die Größenordnung: In Deutschland sind aktuell 30.000 Windräder installiert. Also wären weltweit 175-mal so viele wie in Deutschland zu installieren.
Unter der Annahme, dass 2,5 Windkraftwerke (Windräder) auf einem km ² stehen würden, benötigen wir weltweit 2.078.253 km², was einem Quadrat von etwa 1.500 km Seitenlänge entspricht.
Unsere Animation (s.u.) verdeutlicht die Machbarkeit!

Windkraftwerk auf dem Hunsrück (RLP)

Ernte mit Rinnenkraftwerken
Unsere Berechnungen beruhen hier auf Gebieten, die eine jährliche Sonneneinstrahlungsenergie von mindestens 2.200kWh/a vorweisen.
Pro m² erntet ein Rinnenkraftwerk 237 kWh/a, also \(2,37 \cdot 10^8 kWh\) pro Jahr und km². \[ \frac {1,85*10^{14}kWh \cdot km^2} {2,37*10^8 kWh} = 780591km^2\] Weltweit entspricht das einem Quadrat von etwa 880 km Seitenlänge.
Die andere Hälfte des Primärenergiebedarfs wäre also mit Rinnenkraftwerken gedeckt.
Unsere Animation (s. u.) verdeutlicht die Machbarkeit!

Solarrinnenkraftwerk in Andalusien

Fazit zur Bereitstellung der Energiemengen

Ohne die Sonnenenergieernte mit Solarmodulen zu nutzen, ist die mit Rinnen- und Windkraftwerken gewonnene Energiemenge bei weitem groß genug, um unter Berücksichtigung der üblichen Wirkungsgradverluste so große Mengen des Energieträgers Wasserstoff durch Elektrolyse zu erzeugen, dass sie in der Größenordnung ein Vielfaches der fossilen Energieträger sind.

Animation
Die blauen Flächen symbolisiernen die benötigte Fläche der Windkrafträder, die rote die der Rinnenkraftwerke.