Für die Wärmeversorgung von Gebäuden oder ganzen Quartieren kann je nach geologischen Voraussetzungen die Geothermie eine geeignete erneuerbare Energiequelle darstellen. Dabei ist zwischen oberflächennaher und tiefer Geothermie zu unterscheiden. Oberflächennahe Geothermie nutzt den Untergrund bis zu einer Tiefe von etwa 400 m und Temperaturen von bis zu 25 °C, um Gebäude, technische Anlagen oder Infrastruktureinrichtungen zu heizen und zu kühlen. Dabei wird Wärme- oder Kühlenergie aus den oberen Erd- und Gesteinsschichten oder dem Grundwasser gewonnen.
Die tiefe Geothermie nutzt Lagerstätten, die über 400 m unter Geländeoberkante erschlossen werden. Die Reservoirtypen sind hier im Prinzip die gleichen wie bei der oberflächennahen Geothermie. In der tiefen Geothermie unterscheidet man darüber hinaus zwischen Hochenthalpie- und Niederenthalpielagerstätten. Diese Unterscheidung ist über die Temperatur definiert.
Keine Windenergie ohne Zement und Beton: Auch hier kommen die Baustoffe an verschiedenen Stellen zum Einsatz, etwa in den Fundamenten von Windenergieanlagen an Land und auf dem Meer oder beim Stromtransport. Moderne Windenergieanlagen nutzen in verschiedener Hinsicht die Vorteile des Stahlbetons. So werden insbesondere bei großen Anlagen die Türme aus Stahl-, bzw. Spannbeton gebaut. Sie sind zwar dicker und schwerer als Stahltürme. Doch im Gegensatz zu reinen Stahlkonstruktionen weisen sie günstigere Schwingungseigenschaften auf und reduzieren so die Schallemissionen. Betontürme werden oft am Standort selbst gebaut. Sie können aber auch aus vorgefertigten Segmenten als Spannbetonturm zusammengesetzt werden. Bei sehr hohen Nabenhöhen eignen sich auch Hybridtürme aus Beton- und Stahlsegmenten.
Eine wichtige Rolle sowohl bei Onshore- als auch Offshore-Anlagen spielen die Betonfundamente. Sie sichern die Standfestigkeit der Anlagen und leiten alle Lasten, die aus dem Windrotor und der Eigenbewegung kommen, in den Erdboden weiter. Bei Windenergieanlagen an Land ist das Schwerkraftfundament mit Flachgründungen am weitesten verbreitet. Ein gewöhnliches Fundament inklusive Turmbasis benötigt in etwa 1.000 m3 Stahlbeton. Bei weichem Untergrund werden alternativ Pfahlgründungen eingesetzt. Offshore-Fundamente können aus Beton sowie aus Stahlpfeilern oder Mehrbeinstrukturen bestehen. Bewährt haben sich Schwerkraftgründungen aus Betonsenkkästen. Dabei werden die Anlagen durch das Gewicht des Fundamentes am Meeresboden fixiert. Diese Senkkästen werden an der Küste in einem Trockendock aus Stahl und Beton gebaut, zum Errichtungsstandort per Schiff hinausgezogen und nach dem Absenken auf den Meeresboden mit Kies und Sand gefüllt. Auch beim Transport der erzeugten Energie von den Offshore-Anlagen an Land spielt Beton eine wichtige Rolle. Schwerbeton findet bei der Ummantelung von Leitungen und zur Auftriebssicherung von Rohrleitungen und Unterwasserkabeln Verwendung.
Auch im Offshore-Sektor ist ohne Beton nur ein schweres Auskommen möglich. Eine nicht unerhebliche Rolle spielt da der Schwerbeton. Dieser findet Verwendung in der Ummantelung von Leitungen, zur Auftriebssicherung für Rohrleitungen und Unterwasserkabel und Ballastierung (Fundamente) der Windenergieanlagen.
Dabei punktet der Beton mit:
Masse: Schwerbeton erhöht das Gewicht der Struktur, was dazu beiträgt, dass sie sicher auf dem Meeresboden bleibt, auch bei starken Strömungen und anderen Umweltbelastungen.
Dichtigkeit: Beton ist im Allgemeinen korrosionsbeständig und bietet daher Schutz für die darunterliegenden Materialien, insbesondere im salzigen Meereswasser.
Festigkeit: Die Ummantelung von Leitungen und anderen Unterwasserstrukturen mit Beton bietet auch Schutz vor äußeren Einflüssen wie Ankerabrieb.
Langlebigkeit: Beton ist ein robustes Material und hat eine hohe Nutzungsdauer.
Einbaubarkeit: Unterwasserbetone können einfach eingebaut werden und passen sich dem zu schützenden Bauteil ideal an.
Die Kraftwerksstrategie der Bundesregierung adressiert die Herausforderungen, die sich aus dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien und dem Ausstieg aus der Kernenergie sowie der Kohleverstromung ergeben.
Eine weitere Möglichkeit, Energie mithilfe von Beton zu speichern, wurde bereits unter dem Projektnamen Stensea (Stored Energy in the Sea) am Bodensee erprobt. Dabei handelt es sich um ein neuartiges Pumpspeicherkraftwerk. Hierbei wird ein Gewässer als oberes Speicherreservoir genutzt. Das untere Speicherbecken wird durch verschiedene Hohlkörper auf dem Gewässergrund gebildet, die im Pumpbetrieb mit Ladestrom leergepumpt werden, wodurch ein Vakuum entsteht. Im Entladebetrieb…
Die Produktion von Biogas ist eine weitere Möglichkeit, erneuerbare Energien zu erzeugen. Die Stromerzeugung aus Biomasse kann dezentral erfolgen und der gewonnene Energieträger ist im Gegensatz zu den meisten anderen erneuerbaren Energien speicherbar. Bei der Stromerzeugung entsteht auch Wärmeenergie, die zur Beheizung von Wohngebäuden und Gewerbeanlagen eingesetzt werden kann. Außerdem kann aufbereitetes Biogas ins Erdgasnetz eingespeist werden. Derzeit speisen bereits ca. 250 Anlagen Biomethan ins Erdgasnetz.
Für die Erzeugung von Biogas können Abfallprodukte aus dem Ackerbau und der Tierhaltung wie zum Beispiel Gülle und Festmist oder Gemüseabfälle, Grüngut und Bioabfall verwertet werden. Für den künftigen Anlagenzubau ist eine Bevorzugung derartiger Anlagen zu erwarten. Darüber hinaus werden bisher überwiegend nachwachsende Rohstoffe wie zum Beispiel Mais vergoren. Durch die Vergärung der verwendeten Materialien werden organische Stoffe wie Fette oder Eiweiße in niedermolekulare Bausteine abgebaut. Hierbei entsteht das methanhaltige Biogas, welches in Blockheizkraftwerken direkt in elektrische Energie und Wärmeenergie umgewandelt werden kann. Alternativ kann das gewonnene Gas nach einem entsprechenden Aufbereitungsprozess in das Erdgasnetz eingespeist oder als Treibstoff für gasbetriebene Fahrzeuge verwendet werden.
Einsatzbereiche von Beton
Der Baustoff Beton wird bei Biogasanlagen beim Bau der Betriebsgebäude, Gärfutter-Flachsilos und im Behälterbau verwendet. Dies können zum einen die Vorlagebehälter zum Sammeln von Gülle und zum Einmischen von Cofermentaten sein. Darüber hinaus wird Beton insbesondere für den Bau von Fermentern und Nachgärern sowie für die Gärrestlager eingesetzt. Für alle Größen von Biogasanlagen eignen sich sowohl Stahlbetonbehälter in Ortbetonbauweise als auch Spannbetonbehälter in Betonfertigteilbauweise. Möglich sind sowohl Hoch- als auch Tiefbehälter.
Mit der Nutzung erneuerbarer Energien geht der Ausbau der Energieinfrastruktur einher. Denn der so erzeugte Strom muss über neue Hochspannungsleitungen zu den Verbrauchern gebracht werden. Da überirdische Stromtrassen vielerorts auf Ablehnung stoßen, stellen unterirdische Kabeltrassen eine Alternative dar, auch wenn diese deutlich teurer sind. Verfüllt werden die Ausgrabungen oft mit sogenanntem Flüssigboden, ein zeitweise fließfähiger, selbstverdichtender Verfüllbaustoff aus Böden und Baustoffen (ZFSV). Dieser besteht aus einem Mix von ca. 95 % des anfallenden Erdaushubs und einem bestimmten Mischungsverhältnis von Tonmineral und Zement. Die Verwendung des anfallenden Erdaushubs verhindert unnötige Transporte und schont Ressourcen. Vor Ort wird das Material gesiebt, gemischt und über Mischfahrzeuge eingebracht.
Die Vorteile des Flüssigbodens sind seine gute Einbaufähigkeit, die homogene Einbettung der Rohre ohne Lufteinschlüsse und über die Zugabe spezieller Komponenten eine genau definierbare Wärmeleitfähigkeit, die für den Abtransport der Kabelwärme sorgt.
Vorteile von Flüssigboden:
Dabei unterliegt der Flüssigboden hohen Qualitätsanforderungen, die durch Prüfungen sichergestellt werden.
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