Von David Andresen & Phil Layton, PI-Energie
Fossile Brennstoffe liefern etwa 80 % der gesamten weltweit verbrauchten Primärenergie, und diese Zahl hat sich in den letzten 30 Jahren nicht wesentlich verändert. PI-Energie wurde gegründet, um eine Solar-PV-Technologie der nächsten Generation zu entwickeln, die kostengünstig und global skalierbar ist, um einen pragmatischen Weg zur Eindämmung des Klimawandels und zur Umstellung auf saubere Technologien zu schaffen.
Es gibt viele potenzielle Quellen erneuerbarer Energie, darunter Wind, Sonne, Geothermie, Wellen, Gezeiten, Wasserkraft, Biomasse und mehr, jede mit Technologien in unterschiedlichen Stadien der kommerziellen Reife und Entwicklung. Welche Art von erneuerbarer Energie hat das Potenzial, in den kommenden Jahrzehnten den Großteil sauberer Energie bereitzustellen?
Manchmal machen zu viele Optionen eine Entscheidung schwierig1. Der Übergang zu sauberer Energie ist per Definition ein komplexes Problem, eine Aufgabe, die noch nie zuvor bewältigt wurde. Wie wählen wir bei so vielen Möglichkeiten die richtige Technologie aus, um eine saubere Energiewende voranzutreiben? Nicht alle erneuerbaren Energiequellen funktionieren überall und jederzeit gut, wobei einige Technologien nur an wenigen Orten praktikabel sind (z. B. Gezeitenenergie in Schottland2 ), während andere Quellen in vielen Teilen der Welt gut funktionieren.
In den letzten Jahren neue Erkenntnisse in der Klimawissenschaft3 weisen darauf hin, dass der Anstieg von Treibhausgasen extreme Wetterereignisse auf der ganzen Welt verstärkt. Während erneuerbare Energien und saubere Technologien einige Fortschritte gemacht haben, ist der weltweite Verbrauch fossiler Brennstoffe zwischen 1999 und 2019 tatsächlich um mehr als 32 % gestiegen, und in den letzten zwei Jahrzehnten liefern fossile Brennstoffe immer noch etwa 80 % der gesamten Primärenergie. Wir befinden uns noch sehr stark im Zeitalter der fossilen Brennstoffe.
Bild mit freundlicher Genehmigung von Pacific Integrated Energy, Inc.
Im Oktober 2021 verursachten starke Regenfälle in Shanxi weit verbreitete Überschwemmungen vieler Kohleminen in China, was zu Kohleknappheit führte, was zu einem Stillstand bei Solarmodulen führte4 Herstellung, was zu einem weltweiten Preisanstieg führte5. Diese ironische Verbindung zwischen fossilen Brennstoffen und aktuellen erneuerbaren Energien unterstreicht die Tatsache, dass Kohle und ihre fossilen Verwandten (Gas und Öl) immer noch relativ billig sind und dass erneuerbare Energien noch viel nachhaltiger und kostengünstiger werden müssen, um sie wirklich zu nutzen global erweitern. Alle Energiequellen, einschließlich der aktuellen erneuerbaren Energien, haben CO2-Fußabdrücke, die minimiert werden müssen. Energieentscheidungen bleiben Jahrzehnte bestehen, sodass falsche Entscheidungen teuer sein können und unsere Fähigkeit, angemessen auf den Klimawandel zu reagieren, tatsächlich zunichte machen.
Welche Kriterien könnten bei der anspruchsvollen Herausforderung der Auswahl einer Priorität für erneuerbare Energien und saubere Technologien die Kriterien für die Auswahl der besten sauberen Energieoptionen sein, um den Klimawandel realistisch einzudämmen? Diese Frage steht im Mittelpunkt der Klimakrise, eine rationale Auswahl muss pragmatisch sein und würde wahrscheinlich die folgenden Anforderungen für einen erfolgreichen und globalen Übergang zu sauberer Energie beinhalten, wobei aktuelle und in der Entwicklung befindliche Technologien berücksichtigt werden sollten, wenn sie das Potenzial dafür haben :
- Nahezu null THG Emissionen
- Regional verfügbar auf der ganzen Welt
- Hohes Energiepotential und Leistungsdichte um die meisten Anforderungen praktisch zu erfüllen
- Hergestellt aus erdreichen ungiftigen Elementen für globale Skalierbarkeit
- Kostengünstigeinschließlich Herstellung und Installation für globale Skalierbarkeit
Diese zielgerichteten Kriterien sollten die Arten von erneuerbaren Energien identifizieren, die priorisiert werden können, aber das bedeutet nicht, dass die daraus resultierende Wahl die beste für alle Menschen überall sein wird. Wir gehen auch davon aus, dass die Energiespeicherung, egal ob große Batterien, Wasserstoff oder andere skalierbare Lösungen gelöst werden, sodass die Variabilität bei der Stromerzeugung weniger ein Problem darstellt. Wenden wir die Kriterienliste auf verschiedene Formen erneuerbarer Energien an.
Erste Liste der Kandidatenkategorien für erneuerbare Energien:
- Nahezu null THG. Die Energiequelle muss das Potenzial haben, einen sehr geringen CO2-Fußabdruck zu haben. Biomasse und Biokraftstoffe werden verbrannt und haben häufig einen erheblichen Einsatz fossiler Brennstoffe. Solarthermische Kraftwerke benötigen oft viel Wasser, um Turbinen in ariden Gebieten anzutreiben (hoher CO2-Fußabdruck). Große Staudämme können haben erhebliche Auswirkungen, einschließlich CO2-Fußabdruckaber Mikrowasserkraft hat das Potenzial, weitaus sauberer zu sein.
2. Weltweit regional verfügbar. Während Wasserkraft, Geothermie, Wellen und Gezeiten gute Energiequellen sein können, sind sie meist geografisch beschränkt. Um enorme Kosten für den Energietransport über große Entfernungen zu vermeiden, müssen Energiequellen potenziell die meisten Regionen der Welt versorgen.
- Hohes Energiepotential und Leistungsdichte sind notwendig, um den größten Bedarf praktisch zu decken und realistisch mit fossilen Brennstoffen zu konkurrieren. Unter den erneuerbaren Energiequellen hat Solar-PV bei weitem das höchste theoretische Potenzial (siehe Grafik unten).
Bild mit freundlicher Genehmigung von Pacific Integrated Energy, Inc.
Ein wichtiger und oft vernachlässigter Faktor ist die Flächenleistungsdichte, ein Maß dafür, wie viel Fläche für die Energieerzeugung aufgewendet werden muss (kWh pro Acre oder MWh pro Quadratkilometer oder Meile). Fossile Brennstoffe sind sehr energiedicht, und Solarenergie hat die höchste Flächenleistungsdichte der erneuerbaren Energien, wie in der folgenden Grafik dargestellt.
Bild mit freundlicher Genehmigung von Pacific Integrated Energy, Inc.
Unter Berücksichtigung der angewandten Kriterien erhält Solar-PV die bisher höchste Punktzahl:
Wenn wir Solar-PV als potenzielle Priorität für eine saubere Energiewende betrachten, müssen wir genauer hinschauen, da es viele Arten von PV gibt. Hier sind die verschiedenen Generationen von PV-Technologien:
- PV der ersten Generation (seit 1941): Dies war die erste kommerzielle PV-Technologie. Herkömmliche kristalline Silizium-Photovoltaik dominiert immer noch mit etwa 96 % des weltweiten Solarmodulabsatzes. Heute ist es der zuverlässige Standard, obwohl es erhebliche Energiekosten und CO2-Bilanz für die Herstellung verursacht und aufgrund seines Gewichts und seiner Steifigkeit auf bestimmte Märkte beschränkt ist.
- PV der zweiten Generation (CdTe und CIGS), die erstmals in den 1990er Jahren kommerzialisiert wurden: Dies sind Dünnschichtmaterialien, die seltene Elemente (Indium, Gallium, Tellur) und in den meisten Fällen auch toxische Elemente (z. B. Cadmium) enthalten. Galliumarsenid ist eine exotische PV-Solarzelle, die einen höheren Wirkungsgrad bietet, aber auch seltene und toxische Elemente enthält und für die meisten Anwendungen unerschwinglich teuer ist.
- PV der dritten Generation umfasst:
- Perowskite: derzeit nicht stabil und enthalten wasserlösliches Blei.
- Quantum Dot: befinden sich in der Entwicklungsphase, enthalten Blei oder Cadmium oder waren noch nicht im Handel erhältlich.
- PV der neuen Generation: Neuartige PV mit dem Potenzial für eine gute und stabile Leistung unter Verwendung ungiftiger, auf der Erde reichlich vorhandener Elemente. PI-Energie entwickelt ein proprietäres, dünnes und flexibles, ungiftiges Solar-PV, das bei der Herstellung deutlich weniger Energie verbraucht als Solar-PV der ersten Generation.
4. Hergestellt aus erdreichen ungiftigen Elementen für globale Skalierbarkeit.
Die globale Skalierbarkeit von sauberer Energie schließt eine signifikante Nutzung und den Einsatz knapper und toxischer Elemente aus, was bedeutet, dass nur C-Silizium und PV der vierten Generation diese Anforderung erfüllen.
5. Kostengünstig. Dies ist der letzte Schritt in den Kriterien und umfasst die Herstellung und Installation erneuerbarer Energien. Kristallines Silizium war in den letzten Jahren weltweit führend bei Installationen erneuerbarer Energien, doch Solar-PV liefert nur weniger als 0,4 % des weltweiten Energieverbrauchs6. Als derzeit vorherrschende Technologie ist c-Si aufgrund seiner Steifigkeit und seines Gewichts, was die Installationskosten erhöht, hinsichtlich seiner Installationsmöglichkeiten eingeschränkt. Die idealen Solarmaterialien sind gem MITist ein leichtes und flexibles PV-Modul, das aus in der Erde reichlich vorhandenen Elementen besteht, sodass sie in neuen Anwendungen installiert werden können, einschließlich der meisten Gebäudehüllen und sogar Elektro- und Hybridfahrzeuge.
Während das derzeitige c-Si heute die beste Solarenergielösung zu sein scheint, müssen wir viel besser tun, um den Klimawandel anzugehen und saubere Technologien und Energie zu einer Marktwahl zu machen, die auf Kostenwettbewerbsfähigkeit und globaler Einsatzfähigkeit basiert, damit sie ausgebaut werden kann schnell auf. PI-Energie ist eine PV-Technologie der neuen Generation, die sich derzeit in der Entwicklung befindet. Das Unternehmen plant, eine weitaus bessere PV-Lösung bereitzustellen, die sich dort ausdehnt, wo Solar auf der Grundlage von Wirtschaftlichkeit und Funktionalität eingesetzt werden kann. Weitere Informationen finden Sie unter www.pienergy.com.
Dieser Artikel wird unterstützt von PI-Energie.
1 „Das Paradox der Wahl – Warum weniger weniger ist“ von Barry Schwartz, PhD. 2004 .(ISBN 0-06-000568-8)
2„Die Macht der Gezeiten in Schottland nutzen“, von Steve Hanley – Cleantechnica, 15. November 2021
4 https://www.bbc.com/news/business-58879481
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