Energie und erneuerbare Energien

Kupfer hat die beste elektrische und Wärmeleitfähigkeit, ist langlebig und kann zu 100 % ohne Qualitätsverlust wiederverwendet werden. Mit Kupfer gelingt nachhaltige Energieeffizienz. 

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Energie und Erneuerbare Energien

Kupfer ist neben Silber das Metall mit dem geringsten elektrischen Widerstand. Daher verwundert es kaum, dass ungefähr 60 % des gesamten Kupfers für diese Zwecke verwendet werden. Kupfer findet Verwendung bei Hoch-, Mittel- und Niederspannungsstromnetzen und setzt die Maßstäbe, an denen andere Leiter sich messen müssen.  Als wichtiges Bauteil von energieeffizienten Motoren und Transformatoren wird Kupfer in einer Vielzahl von Anwendungen in der industriellen Produktion, allen Formen des Verkehrswesens und in Haushalten eingesetzt. Außerdem ist Kupfer ein wichtiger Bestandteil von erneuerbaren Energien wie Solaranlagen, Windkraft und Geothermie.

Solarthermie

In ungewöhnlicher Einigkeit sehen Bürger ebenso wie die Politiker die Zukunft unserer Energieversorgung in den erneuerbaren Energien. Bis der Strom zum großen Teil aus Wind, Sonne, Wasserkraft oder nachwachsenden Rohstoffen erzeugt wird, dürften noch einige Jahre ins Land gehen - im privaten Eigenheim dagegen kann man die energetische Zukunft schon heute einläuten. Die Installation einer Solarthermieanlage etwa ist bei den meisten Häusern mit überschaubarem Aufwand durchzuführen.

Sonnenstrahlen für warmes Wasser und Heizung Solarkollektoren absorbieren die Sonneneinstrahlung, die auf das Dach des Hauses fällt, wandeln sie in Wärme um und nutzen diese Wärmeenergie, um das Trinkwasser aufzuheizen und die Gebäudeheizung zu unterstützen.

Herzstück einer thermischen Solaranlage sind die so genannten Absorber. In der Regel bestehen sie aus einem dunkel beschichteten Kupferband. Die dunkle Beschichtung sorgt dafür, dass die Strahlung absorbiert und nicht, wie bei einem hellen Material, wieder abgestrahlt wird. Den Effekt kennt man von einem dunklen Auto, dessen Lack bei Sonne deutlich heißer wird als ein helles Fahrzeug. Das Kupfer wiederum sorgt als extrem guter Wärmeleiter dafür, dass die absorbierte Wärme möglichst verlustfrei an das Wärmemedium - meist Sole oder Wasser - abgegeben und zur Nutzung in einen Pufferspeicher im Haus geleitet wird. Auch die Leitungen sind oft aus Kupfer, denn es ist anders als etwa Kunststoffe extrem temperaturbeständig und außerdem korrosionssicher.Die Installation von Aufdach-Solarkollektoren ist in der Regel problemlos, lediglich die statische Tragfähigkeit des Dachs ist zu berücksichtigen. So genannte Indach-Kollektoren, die in die Dacheindeckung integriert werden, baut man eher im Neubau oder im Rahmen einer Dach-Komplettsanierung ein.

Wärmepumpe

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt regenerative Energie in Form von in Erde, Wasser oder Luft gespeicherter Sonnenenergie oder die natürliche Erdwärme. Und das umweltfreundlich, wirtschaftlich und zuverlässig.

Die Wärmepumpe ist die Alternative zum Blockheizkraftwerk. Sie verbraucht erhebliche Mengen zusätzlichen Stroms, den das BHKW über entsprechend dicke Kupferkabel nahezu verlustfrei an Ihren Nachbarn weiterleitet – und das in erheblichen Mengen, denn die Raumheizung ist bei weitem der größte Energiefresser im Haushalt, noch vor dem Auto! Im Heizkörper wird, vereinfacht dargestellt, Gas komprimiert. Dadurch wird das Gas heiß, gibt seine Wärme an das Zimmer ab, kühlt sich also wieder ab und kondensiert. Die entstehende Flüssigkeit leitet man durch Kupferrohre nach draußen in einen „Kühlkörper“ und lässt den Druck ab. Die Flüssigkeit, die bei „Normaldruck“ schon bei z.B. -42°C kocht (etwa Propan), verdampft wieder. Die „Kochplatte“ ist die Umwelt – Luft, Wasser, Boden oder eine im Boden vorgefundene Sole – solange diese nur „heißer“ ist als -42°C. Fertig ist der Wärmekreislauf.

So also funktionieren Wärmepumpen – nämlich ohne Kupfer überhaupt nicht. Sie holen Wärme aus der Umwelt ins Haus, selbst dann, wenn es draußen erheblich kälter ist als man es drinnen gerne hätte. Moderne, kommerziell verfügbare Wärmepumpen erreichen problemlos eine so genannte Arbeitszahl von 4, d. h. mit einem Teil elektrischer Energie, die man aus dem Kupferkabel der Elektroinstallation entnimmt und die einen Elektromotor zum Komprimieren des Gases antreibt, werden weitere 3 Teile Wärmeenergie im Freien eingesammelt. Eine hohe Arbeitszahl hängt nicht zuletzt auch davon ab, dass der Motor aus dem elektrischen Strom möglichst viel mechanische Energie erzeugt. Dazu müssen dessen Kupferwicklungen mit möglichst dickem Draht gewickelt sein (so genannter Hochwirkungsgrad-Motor mit hoher Effizienzklasse).

Wer mehr zu dem Thema erfahren möchte, der kann sich hier weiter informieren.

Windenergie

In den Ringgeneratoren großer Windräder sorgen Wicklungen aus bis zu mehreren hundert Kilometern Kupferflach- und -runddraht für eine umweltfreundliche Stromerzeugung. Dabei werden bei den großen Offshore-Windkraftanlagen in Nord- und Ostsee bis zu 30 t Kupfer pro Windrad und benötigter Infrastruktur eingesetzt.  Eine 5 MW-Anlage in der Nordsee läuft ca. 3.000 Vollast-Stunden im Jahr (Onshore-Anlagen rund 1.500 - 2.000 Stunden jährlich) und produziert ca. 15.000 MWh Strom. Dafür werden, bei Annahme von 600 g CO2/kWh, insgesamt 9.000 t CO2 vermieden. Diese 9.000 t eingespartes CO2 bedeuten auf die 30 t eingesetzem Kupfer umgerechnet, dass jede Tonne Kupfer dazu beiträgt, pro Jahr 300 t CO2 zu vermeiden. Für die Herstellung einer Tonne Kupfer werden ca. 1,5 MWh Strom und somit weniger als 2 t CO2 benötigt. Innerhalb eines Jahres hat demnach eine Tonne Kupfer mehr als das 150fache an CO2 eingespart, als bei seiner Produktion in Deutschland entstanden ist.  Bei einer unterstellten Laufzeit von 10 Jahren erhöht sich die Summe des vermiedenen CO2 auf insgesamt 3.000 t CO2 pro t Kupfer (Quelle: MetalleProKlima).

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Erneuerbare Energie

Solarthermie

Die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit von Kupfer bietet zusammen mit seiner Korrosionsbeständigkeit, seiner leichten Verarbeitbarkeit, Festigkeit, Langlebigkeit und Formbarkeit unschlagbare Vorteile im solarthermischen Anwendungen.

Windenergie

Meistens wird Kupfer in Windenergieanlagen in den Stator- und Rotorwicklungen des Generators, den Starkstromkabeln, den Transformatoren und den Erdungskabeln eingesetzt. 

Photovoltaik

Kupfer ist ebenso in den Bestandteilen des Solarzellen zu finden, die in der Photovoltaik eingesetzt werden, wie in der Verkabelung, den Invertern und den Erdungskabeln. 

Der Weg zur Energiewende

Die »Energiewende« füllt seit der Erfindung dieses Begriffs sämtliche Medien, dicht gefolgt von den zu ihrer Umsetzung erforderlich werdenden »Speichertechnologien«. Je mehr aber davon die Rede ist, desto weniger darf man vermuten, eine Patentlösung warte bereits vor der Tür. Wo stehen wir zur Zeit bei der gegenseitigen Anpassung von Erzeugung und Bedarf elektrischer Energie? Wo sind die Potenziale und wo die Grenzen? Dazu finden Sie hier Fakten und Überlegungen.
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Kupfer in Wärmetauschern

Aufgrund seiner thermischen und hohen elektrischen Leitfähigkeit eignet sich Kupfer ideal für den Bau von Wärmetauschern aller Art. Kupfer lässt sich einfach verarbeiten, löten und zeichnet sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Typische Anwendungen für Wärmetauscher aus Kupfer sind Heizkörper, Luftkühler und Klimaanlagen im Verkehrswesen, Kühlkörper für elektronische Bauteile sowie Luftheizungsanlagen für private und industrielle Wasserheiz- und -Kühlaggregate. Einfache oder komplexe Geometrien können leicht umgesetzt werden und maximieren so die Kosteneffizienz des Energietransfers. Heizen und Kühlen benötigen rund 48% des europäischen Energiebedarfs. Davon gehen rund 70% in Bereiche bis zu 250 Grad. Kupfer geht deshalb auch in solarthermische, geothermische und Biomasse-Anwendungen.


Wie funktioniert eigentlich ein Blockheizkraftwerk?

Das Blockheizkraftwerk für das Einzelhaus ist nahezu ein Perpetuum Mobile der Energieerzeugung. So eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage passt in jeden Heizungskeller, hat eine lange Lebensdauer, einen hohen Wirkungsgrad und ist äußerst wartungsarm. Aber das Beste ist: Als Nebenprodukt erzeugt so ein Kraftwerk Strom, den Sie selbst nutzen – und bei Überproduktion sogar ins öffentliche Stromnetz einspeisen können. Entgeltlich, versteht sich. Will man in nennenswertem Umfang Strom erzeugen, so muss man den Umweg über die Wärme und die mechanische Energie gehen: Irgendeine Form einer so genannten „Wärmekraftmaschine“ (Gasturbine, Dampfturbine, Ottomotor, Dieselmotor) treibt einen Generator an, bewegt diesen also. Zur Erzeugung der Wärme wird in großem Stil chemische Energie in Form von Brennstoffen eingesetzt. Kupfer ist dabei an mehreren Stellen ein Schlüsselwerkstoff, weil es bei der Leitfähigkeit sowohl für elektrischen Strom als auch für Wärme die Silbermedaille aller Werkstoffe bekommt. 

Mehr dazu gibt es hier.

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