Windkraft

Schon vor vielen hundert Jahren haben Menschen die Kraft des Windes genutzt. Sie bauten Windmühlen, die die Energie des Windes in eine Drehbewegung verwandelten. So konnten sie zum Beispiel Mühlräder antreiben, um Korn zu mahlen. Weil in den flachen, am Meer gelegenen Niederlanden viel Wind weht, wurden dort besonders viele Windmühlen errichtet: Einige von ihnen sind bis heute in Betrieb.

Wahrzeichen der Niederlande: die Windmühle
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Noch immer liefert uns Wind Energie, und zwar in Form von Strom. Die modernen Windräder funktionieren so ähnlich wie die alten Windmühlen: Auf einem schmalen Turm sitzen riesige Rotoren, die wie Propeller aussehen und vom Wind angetrieben werden. Die Drehung der Rotoren wird auf einen Generator übertragen, der die Energie wie ein Dynamo in elektrischen Strom verwandelt. Je stärker der Wind weht, desto mehr elektrischer Strom kann erzeugt werden.

Modernes Windrad zur Stromerzeugung
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Wo viel Wind ist – zum Beispiel an den Küsten oder auf großen Flächen – werden viele Windräder zu großen Windparks zusammengefasst. Manche stehen sogar auf Plattformen im Meer. 2010 nahm in der Nordsee der erste deutsche Offshore-Windpark seinen Betrieb auf: Deutschlands erste Windkraftanlage im Meer. Den elektrischen Strom, der so gewonnen wird, transportieren Stromleitungen zu den Verbrauchern.

Offshore-Windpark auf See
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Ob an Land oder auf hoher See – Windparks wurden schon oft kritisiert: Ihr Bau und ihre Drehbewegung Lärm und stören dabei Mensch und Tier. Manche Menschen finden auch ihren Anblick nicht schön. Doch Windkraft hat gegenüber anderen Energieformen große Vorteile: Sie ist erneuerbar. Denn Wind wird es noch geben, wenn Erdöl, Erdgas und Kohle längst verbraucht sind. Und sie ist „sauber“, denn sie belastet Luft und Boden weder durch Schadstoffe aus der Verbrennung fossiler Stoffe noch durch radioaktive Abfälle aus der Atomkraft.

Windkraft gilt als „saubere“ Energie
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Deutschlands erster Offshore-Windpark

Ökostrom von hoher See

Nach sieben Monaten Bauzeit ist Deutschlands erster Off-shore-Windpark in Betrieb gegangen. „Alpha ventus“ heißt die 250 Millionen Euro teure Anlage, die 45 Kilometer vor der Nordsee-Insel Borkum liegt. In Zukunft soll der Windpark Strom für 50.000 Haushalte liefern.

Weit vor der Küste stehen sie in 30 Meter tiefem Wasser, die zwölf Test-Windräder von „alpha ventus“. Es ist bei weitem nicht die erste Anlage ihrer Art: Mehr als 300 Windparks in der Nordsee liefern bereits Strom von hoher See. Auch in der Ostsee gibt es schon einzelne Windräder, die Energie erzeugen. Weitere Anlagen sind in Planung oder schon im Bau.

Für die Windkraftanlagen auf hoher See spricht, dass sie fast doppelt so viel Strom erzeugen können, wie Windparks an Land. Allerdings ist der Bau der Offshore-Anlagen aufwändiger und daher teurer. So müssen die einzelnen Bauteile zum Großteil an Land vormontiert und dann übers Meer transportiert werden. Auch die Wartung der Technik ist dementsprechend teurer.

Experten versichern dennoch, dass die Zukunft der Windkraft auf dem Meer liege. Hier seien die Windverhältnisse einfach besser als an Land. Die Bundesregierung plant, dass im Jahr 2030 über die Hälfte des von Windkraft erzeugten Stroms aus Offshore- Anlagen kommen soll. Die Windkraftanlagen auf dem Meer sollen wesentlich dazu beitragen, die deutsche Energiewende umzusetzen.

Fuß eines Rotors
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Schweinswal
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Windpark "Alpha ventus"
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Schallschutz für Wale

Beim Bau der Windkraftanlagen auf See werden Tiere großen Belastungen durch Lärm ausgesetzt, kritisiert der Naturschutzbund Deutschland. Seevögel, viele Fischarten und vor allem die geschützten Schweinswale leiden unter dem Krach, der beim Bohren und beim Gießen von Fundamenten unter Wasser entsteht. Problem: Die geräuschempfindlichen Schweinswale orientieren und verständigen sich über Ultraschall. Durch Schallwellen unter Wasser könnten sie orientierungslos werden, dauerhafte Schwerhörigkeit drohe. Jetzt fahnden Forscher nach einem wirksamen Schallschutz, damit die Tiere nicht übermäßig belastet werden.

Wie entsteht Wind?

An der Küste weht oft ein frischer Wind. Bläst er besonders kräftig, ist auch von einer steifen Brise die Rede. Aber nicht nur am Meer – überall auf der Erde ist Luft in Bewegung. Nur an wenigen Orten der Erde weht nicht das leiseste Lüftchen, wie in der Kalmenzone am Äquator – benannt nach dem französischen Wort für Flaute: „calme“. Diese windstille Gegend war früher von Seefahrern gefürchtet, denn die Segelschiffe kamen dort wochenlang nicht vom Fleck. Doch woran liegt es, dass manchmal Flaute herrscht und manchmal ein heftiger Sturm übers Land fegt?

Am Strand ist es oft windig
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Wind entsteht vor allem durch die Kraft der Sonne. Wenn die Sonnenstrahlen den Erdboden aufheizen, erwärmt sich darüber auch die Luft. Die Warmluft dehnt sich aus und wird dadurch dünner und leichter: die Luftmasse steigt nach oben. In Bodennähe entsteht so Tiefdruck. Wo es kalt ist, sinkt die Luft dagegen ab und am Boden bildet sich Hochdruck. Um den Druckunterschied zwischen benachbarten Luftmassen auszugleichen, strömt kältere Luft dorthin, wo warme Luft aufsteigt. Das geschieht umso schneller, je größer der Temperaturunterschied zwischen den Luftschichten ist. So gerät die Luft in Aktion – es weht ein mehr oder weniger starker Wind.

Bei Flaute macht Segeln keinen Spaß
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Besonders gut lässt sich die Entstehung von Wind am Meer beobachten. Tagsüber erwärmt sich die Luft über dem Land schneller als über dem Wasser. Die warmen Luftmassen steigen nach oben und saugen die kühle und schwere Luft über der See an: Der Wind weht vom Meer zum Land. Nachts ändert der Wind seine Richtung. Weil das Wasser die Wärme länger speichert als das Land, ist auch die Luft darüber noch wärmer und steigt auf. Dann bläst der Wind vom Land zum Meer.

Die Kraft der Sonne …
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…versetzt die Luft in Bewegung
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Woher der Wind weht, wird immer mit der Himmelsrichtung angegeben. In unseren Breiten ist das oft aus westlicher Richtung, wir leben in der sogenannten Westwindzone. Die heißen Passatwinde wehen dagegen zuverlässig aus östlicher Richtung zum Äquator hin. Und die polaren Ostwinde transportieren eisige Luftmassen vom Pol zum Polarkreis.

Zum Kitesurfen braucht man natürlich Wind
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Woher weht der Wind?
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Windstärke und Windgeschwindigkeit

Wenn Rauch senkrecht aufsteigen kann und kaum ein Lufthauch zu spüren ist, dann ist es windstill. Bei einem Orkan ist der Wind dagegen so heftig, dass er auch schwere Gegenstände mit sich reißt. Wind kann unterschiedlich stark sein – und die Stärke des Windes wird in der „Beaufort-Skala“ angegeben, die von Windstärke 0 mit völliger Flaute bis zum Orkan mit Windstärke 12 reicht.

Orkane können ganze Wälder roden
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Benannt ist die Skala nach dem Briten Sir Francis Beaufort, der eine ähnliche Skala vor gut 200 Jahren verwendete. Damals bestimmte man die Windstärke, indem man zum Beispiel auf einem Schiff die Höhe der Wellen oder die Wirkung des Windes auf die Segel beobachtete und dann die dazu passende Windstärke in einer Tabelle ablas. Heute gehört zu jeder Windstärke eine bestimmte Windgeschwindigkeit. So bedeutet Windstärke 0, dass der Wind weniger schnell als ein Stundenkilometer weht. Damit ist er unmerkbar – es herrscht Windstille. Hat der Wind dagegen eine Geschwindigkeit von 39-49 Stundenkilometern, also fast so schnell wie ein Auto in der Stadt fährt, dann bewegen sich schon große Äste. Ein solch starker Wind hat Windstärke 6. Bei Windgeschwindigkeiten von mehr als 62 Stundenkilometern ist von einem Sturm die Rede. Und ein Orkan ist unterwegs, wenn die Windgeschwindigkeit 118 Stundenkilometer übersteigt: Das entspricht dem höchsten Wert der Skala, der Windstärke 12. In diesem Fall ist mit schweren Verwüstungen zu rechnen.

Bei Windstille ist das Meer platt wie eine Flunder
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Starker Wind kann große Äste bewegen
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Der stärkste Wind, der jemals an der Erdoberfläche gemessen wurde, wehte übrigens im April 1996 mit satten 408 Stundenkilometern über die Insel Barrow Island in Westaustralien. Ein solch heftiger Sturm kann Eisenbahnen von den Schienen blasen und Gebäude wie Kartenhäuser zusammenfallen lassen. Auch auf Barrow Island brachte der Sturm schlimme Verwüstungen mit sich.

Nach dem Sturm: Entwurzelte Bäume
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Fossile Brennstoffe: Erdöl, Erdgas und Kohle

Schwarzes Gold heißt es wegen seiner Farbe und weil es für uns so wertvoll ist: Die Rede ist von Erdöl. Der Rohstoff entstand vor 150 Millionen Jahren als noch Dinosaurier unseren Planeten bewohnten. Aus unserem Alltag ist Erdöl heute kaum noch wegzudenken: Wir benötigen es als Treibstoff für Fahrzeuge, als Heizmaterial oder als Grundlage für Kunststoff.

Aus Plankton entstanden: Erdöl
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Erdölförderung in den USA
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Ausgangsmaterial für Erdöl ist Plankton, das vor Jahrmillionen im Meer schwebte. Die Überreste dieser winzigen Meeresbewohner sanken auf den Grund und wurden luftdicht unter anderen Sedimentschichten, wie Sand und Ton, begraben. Die Überreste zersetzten sich und wurden zu Faulschlamm. Darüber lagerten sich weitere Sedimente ab, deren Gewicht auf den Faulschlamm drückte. Unter diesem Druck stieg die Temperatur und der Faulschlamm veränderte sich chemisch zu einem Gemisch aus gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen: Erdöl. Weil es leichter als Wasser und das umgebende Gestein war, stieg es durch Poren immer weiter nach oben, bis es auf eine undurchlässige Schicht stieß, unter der sich die zähe Masse sammelte: Eine Erdöllagerstätte war entstanden.

Erdgas benötigen wir als Energiequelle
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Unter ähnlichen Bedingungen wie Erdöl entstand auch Erdgas. Deshalb finden sich in einer Lagerstätte häufig beide Brennstoffe. Das Erdgas ist leichter, darum lagert es über dem Erdöl. Weil beide Stoffe fossile Überreste von Meeresorganismen sind, werden sie als „fossile“ Brennstoffe bezeichnet.

Abbau von Steinkohle
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Zu den fossilen Brennstoffen gehört auch die Kohle. Sie verdankt ihre Herkunft den Resten abgestorbener Sumpfpflanzen. Diese bildeten immer dicker werdende Torfschichten, über denen sich Sedimente anhäuften. Unter deren Gewicht wurden Wasser, Sauerstoff und andere Gase aus der Torfschicht herausgepresst, der Anteil an Kohlenstoff nahm zu. Über Jahrtausende hinweg verwandelte sich so der Torf in Braunkohle. Wuchs die Sedimentdecke und der Druck weiter, wurde aus Braunkohle Fett- oder Steinkohle. Um ihre gespeicherte Energie nutzen zu können, werden die Kohlelagerstätten – auch Kohleflöze genannt – in Bergwerken abgebaut.

Abbau von Steinkohle
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Was verschmutzt die Luft?

Eine dicke Dunstglocke hängt dicht über dem Boden. Besonders in Großstädten und Ballungszentren ist solch ein grauer Nebelschleier häufig zu sehen. Hier leidet die Luftqualität darunter, dass jede Menge Staubteilchen herumschwirren. Weil sie zu klein sind, um sie mit bloßem Auge zu erkennen, werden diese Schwebstoffe auch Feinstaub genannt. Zum Feinstaub kommen noch giftige Gase wie Kohlenmonoxid oder Schwefeldioxid, die in der unteren Atmosphäre schweben und die Luft belasten.

Dreckige Luft durch Autoabgase
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Ein großer Teil dieser Abgase entsteht beim Verbrennen von Erdöl, Kohle und anderen Stoffen. Autos, Kraftwerke, Müllverbrennung und Heizungen von Wohnhäusern blasen jede Menge Dreck in die Luft. Dazu kommt aufgewirbelter Staub – von Straßen, aber zum Beispiel auch aus der Massentierhaltung. Auch die „Abgase“ der Nutztiere tragen dazu bei, dass die Luft immer schlechter wird. Doch nicht immer ist es der Mensch, der die Luft verunreinigt: Vulkanausbrüche können ebenfalls zu höheren Feinstaubwerten in der Atmosphäre beitragen.

Abgase aus Industrieanlagen
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Je mehr Schadstoffe sich in der Luft befinden, desto schlechter ist das für unsere Gesundheit: Die Atemwege können erkranken, Kreislauf und Gehirn werden geschädigt. Nicht nur Mensch und Tier leiden unter der verschmutzten Luft, auch Pflanzen nehmen Schaden: Schweben zu viel Kohlendioxid und Schwefeloxid in der Luft, bildet sich in Verbindung mit Wasser Säure (Kohlen- und Schwefelsäure). Was dabei herauskommt, ist der so genannte „saure Regen“, der den Boden sauer werden lässt. Pflanzen, die auf einem solchen Boden wachsen, werden dürr und sterben ab. Die Rede ist vom „Waldsterben“. Das kann auch weit entfernt von dem Ort geschehen, an dem die Abgase in die Luft gelangen, denn der Wind trägt die sauren Regenwolken über Hunderte von Kilometern fort.

Waldbrände können die Luft verpesten…
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Besonders schlimm ist die Luftverschmutzung in Millionenstädten in Indien, Pakistan und im Iran oder wie in Mexiko-City. In Deutschland gibt es Vorschriften, wie stark die Luft belastet sein darf. Doch auch hier werden die Werte nicht immer eingehalten und der Autoverkehr nimmt weiter zu.

…ebenso wie die Viehzucht
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Um die Schadstoffe in der Luft gering zu halten, ist es darum besonders wichtig, dass genügend Wälder und Parks die Luft reinigen. Denn Bäume nehmen, wie alle grünen Pflanzen, Kohlendioxid aus der Luft auf und produzieren den für uns lebensnotwendigen Sauerstoff. „Grüne Lungen“ in Großstädten, also stadtnahe Grünflächen und Wälder, sind für unsere Gesundheit deshalb ganz besonders wichtig. Und wer öfter mal aufs Fahrrad steigt statt mit dem Auto zu fahren, hilft ebenfalls, die Luft rein zu halten.

„Grüne Lunge“: Stadtpark in Nürnberg
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