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Energie Kraftwerk Metropolis

Solarfassaden, Biogasanlagen und Flussturbinen – Städte erzeugen einen wachsenden Teil ihrer Energie selbst.

Solarzellen in Fassaden oder Dächern gehören bei einer sich selbst versorgenden Stadt zu den wichtigsten Technologien. Quelle: dpa

Die Mitarbeiter des schwedischen Schibsted-Verlags helfen schon bei der Ankunft auf dem Stockholmer Hauptbahnhof beim Energiesparen. Denn die Körperwärme der Passanten in den Bahnhofshallen heizt das benachbarte Verlagsgebäude: Die warme Abluft der Bahnhofslüftung erwärmt unterirdische Wassertanks – und das Wasser den Bürokomplex. Um 25 Prozent konnte der Verlag auf diese Weise schon seine Gasrechnung senken.

Und das ist nur eine von vielen Energiesparideen in dem riesigen Bürokomplex: So steuert ein Computer die Belüftung und die Raumtemperatur. Meldet der Wetterbericht Sonne für die Mittagszeit, regelt er schon morgens die Heizung herab. Zur Kühlung pumpt das Haus Wasser aus dem nahe gelegenen Fluss in Rohren herbei, an denen sich die Frischluft abkühlt, bevor sie in die Räume geblasen wird. Sogar die Aufzüge speisen Strom ins Netz, wenn sie bremsen, und gewinnen rund ein Viertel der benötigten Energie zurück.

Neue Technologien zur Energiegewinnung
Solarzellen gehören in der Stadt von Morgen zu den wichtigsten Technologien bei der Energiegewinnung. Die Integration in die Gebäudehüllen spart Material und verbilligt den Sonnenstrom. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Strom erzeugende Straßen gehören zu der Vision des amerikanischen Startup Solar Roadways. Die Oberfläche besteht aus einem extrem harten Glas, darunter befinden sich Solarzellen. Im US-Bundesstaat Idaho wurde so der erste Strom erzeugende Parkplatz aus Solarmodulen gebaut. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Durch transparente Farbstoffsolarzellen können zusätzlich Fassadenflächen zur Energiegewinnung genutzt werden. Das australische Solarunternehmen Dyesol und der US-Glashersteller Pilkington wollen bereits in wenigen Jahren damit beginnen, Glas mit Solarzellen aus Farbstoffen zu bedrucken. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Einzelne Haushalte können sich zukünftig durch Kleinwindräder, die sich leicht auf Hausdächern und an Balkonbrüstungen montieren lassen, mit Strom versorgen. Der Branchenverband RenewableUK rechnet damit, dass in England bis 2020 Kleinwindräder mit einer Gesamtleistung von 1,3 Gigawatt installiert sein werden - so viel wie ein großes Atomkraftwerk derzeit produziert. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Elektroautos könnten in den zukünftigen Megacities direkt am Parkplatz aufgeladen werden - durch Windenergie. Sanya Skypump heissen diese Windturbinen, die vom New Yorker Kleinwindanlagen-Startup Urban Green Energy entwickelt wurden. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Selbst Biomasse lässt sich in den Städten zur Energiegewinnung nutzen. Durch Fermentierungsanlagen wird aus dem angefallenen Müll Biogas erzeugt - womit sich wiederum gasbetriebene Fahrzeuge antreiben lassen. Zudem... Illustration: Javier Martinez Zarracina
...lässt sich das gewonnene Biogas problemlos in das Gasleistungsnetz mischen. So können auch hocheffiziente Blockheizkraftwerke betrieben werden, die dann in den Kellern von Gebäuden Wärme und Strom erzeugen. Illustration: Javier Martinez Zarracina

Insgesamt kommt das Verlagsgebäude im Jahr mit 50 Kilowattstunden Strom und Wärme pro Quadratmeter aus – ein normales Bürohaus verbraucht drei Mal so viel. „Niemand vor uns hat all diese Techniken zusammengebracht“, sagt Klas Johansson, Umweltbeauftragter des schwedischen Immobilienkonzerns Jernhusen. „Und das ist kurios, denn es spart auf lange Sicht eine Menge Geld.“

Ressourcen effizienter nutzen

Wo sich Arbeit, Mobilität, Wohnen und Leben auf engem Raum abspielen, lassen sich Ressourcen effizienter nutzen als in zersiedelten Kommunen auf dem Land. Aber Metropolen sind nicht nur sparsamer, mithilfe neuer Technik erzeugen sie einen immer größeren Teil ihrer Energie selbst: mit Fotovoltaikanlagen, Windturbinen und Wärmetauschern, wie in Stockholm.

Eine der wichtigsten Technologien im Kraftwerk Metropolis könnten Solarzellen in Fassaden oder Dächer werden. Die Integration in die Gebäudehülle spart Material und verbilligt den Sonnenstrom. Eine Londoner Themsebrücke am Bahnhof Blackfriars etwa erhält derzeit ein Solardach, das die Hälfte des Stromverbrauchs der Station decken soll. Laut dem US-Marktforschungsinstitut Nanomarkets soll der Weltmarkt für diese sogenannte gebäudeintegrierte Fotovoltaik auf 8,2 Milliarden Dollar im Jahr 2015 wachsen.

Strassen aus Solarzellen

Neue Technologien könnten Atomkraftwerke zukünftig ersetzen. Quelle: dpa

Das amerikanische Startup Solar Roadways baut im US-Bundesstaat Idaho sogar den weltweit ersten Strom erzeugenden Parkplatz aus Solarmodulen. Was nach Science-Fiction klingt, ist der US-Straßenbehörde 750.000 Dollar Fördermittel wert. Damit fertigen die Entwickler nun quadratische Bauteile mit rund 3,7 Meter Seitenlänge, die vor Ort nur noch verlegt werden müssen. Die Oberfläche besteht aus einem extrem harten Glas, darunter sind Solarzellen angebracht und sogar ein Raster aus LED-Lampen, das Verkehrshinweise anzeigen kann.

Die Vision der Jungunternehmer sind Strom erzeugende Straßen, die nach 20 Jahren ihre Bau- und Materialkosten durch den Stromverkauf eingespielt haben . Dazu müssten allerdings die effizientesten Solarmodule eingesetzt werden, räumen die Erfinder ein.

Transparente Solarzellen

Aber an preiswerteren Alternativen wird schon geforscht. Der US-Glashersteller Pilkington und das australische Solarunternehmen Dyesol etwa wollen Glas ab Mitte des Jahrzehnts mit Solarzellen aus Farbstoffen bedrucken. Derartige Solarzellen lassen sich heute schon transparent herstellen und könnten die Fassaden von Bürohäusern zu Solaranlagen machen. Farbstoffsolarzellen sind zwar noch nicht sonderlich effizient, dafür lassen sie sich auf Fassadenflächen einsetzen, die bislang nicht zur Stromerzeugung genutzt wurden.

Verkehrsmittel der Zukunft
In der Stadt von Morgen wird es keine festen Wege mehr für Autos, Radfahrer und Fußgänger geben. Alle Verkehrsteilnehmer werden sich künftig flexibel einen Weg durch die Stadt suchen – das glauben zumindest Forscher, die sich mit Städten der Zukunft befassen. Illustration: Javier Martinez Zarracina
In den künftigen Megacities muss es gelingen auf gleichem Raum mehr Menschen zu transportieren. Indische Städte wie Delhi und Gurgaon planen Roboter-Taxis einzuführen. Die computergesteuerten Kabinen für vier bis sechs Personen warten an Haltestellen auf ihre Fahrgäste. Per Lasertechnik werden die Kabinen durch die Stadt gelotst, die Haltestellen können dann je nach Bedarf angesteuert werden – getrennt vom restlichen Verkehr. Illustration: Javier Martinez Zarracina
In Jakarta bringt ein Zug namens Aeromovel die Fahrgäste ohne Lärm und Abgase ans Ziel – angetrieben von Druckluft. Die Erfindung neuer Transportmittel, die ohne Kraftstoff auskommen wird in Zukunft immer wichtiger werden.  Illustration: Javier Martinez Zarracina
In Medellin befördern seit 2004 Seilbahnen Passagiere umweltfreundlich durch die Stadt. Die ersten europäischen Städte ziehen nun nach. Seilbahnen sollen künftig auch in London und Hamburg sowohl CO2 als auch Platz sparen. Illustration: Javier Martinez Zarracina
In São Paulo kommen auf rund 19 Millionen Einwohner etwa sieben Millionen Autos. Städte wie Istanbul, Bogotá oder Santiago de Chile ersetzen Autospuren durch Schnellbuslinien. Auf diesen Bus Rapid Transits rollen Riesenbusse im Minutentakt an allen Staus vorbei. 900 000 Istanbuler nutzen solche Busse bereits Tag für Tag. Weitere 80 Städte wollen nachziehen. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Nicht nur Menschen müssen zukünftig Platz- und Ressourcen sparend durch die Stadt transportiert werden. Gerade der Schwerlastverkehr mit Lastwagen gehört zu den größten Luftverschmutzern. In Bochum setzt das Unternehmen CargoCap daher auf computergesteuerte Kapseln, die Paletten durch Rohe unter der Erde ans Ziel bringen. Eine oberirdische Teststrecke gibt es in Bochum bereits. Die Kosten für dieses System: geringer als der Bau einer Autobahn. Laut CargoCap kostet eine Röhre mit zwei Fahrsträngen pro Kilometer 6,4 Millionen Euro, ein Kilometer Autobahn in Deutschland das Vielfache. Illustration: Javier Martinez Zarracina
In Zukunft werden auch platzsparende Autos gefragt sein. Eine Antwort darauf könnte das Hiriko-Citycar geben. Den Elektrozweisitzer entwickelten Forscher am amerikanischen Massachusetts Institute of Technology. Das Auto lässt sich zum Parken einfach zusammenklappen und benötigt nur ein Drittel der Standfläche eines Smarts. Im Jahr 2013 sollen 20 Modelle auf den Markt kommen, so die Unternehmensberatung Frost & Sullivan. Auch andere Ideen sorgen für Aufsehen… Illustration: Javier Martinez Zarracina

Aber nicht nur die Sonne, auch alle anderen erneuerbaren Energiequellen wie Wasser, Wind und Erdwärme lassen sich mitten in der Stadt nutzen.

Bottrop, seit Kurzem Modellstadt für urbane Klimaschutztechnologien im Ruhrgebiet, will in den nächsten Jahren effiziente Kleinwindräder testen, die sich auf Hausdächern und an Balkonbrüstungen montieren lassen. Mit ein paar Kilowatt Leistung versorgen die Miniturbinen zwar nur einzelne Haushalte und sind laut der Bremerhavener Marktforschung wind:research wegen der derzeit noch hohen Anschaffungskosten von 3000 bis 5000 Euro je Kilowatt Leistung nur an windreichen Standorten wirtschaftlich.

Dennoch erwarten die Experten, dass solche Anlangen in Städten an Bedeutung gewinnen. Der britische Branchenverband RenewableUK rechnet damit, dass auf der Insel bis 2020 Miniwindräder mit einer Gesamtleistung von 1,3 Gigawatt installiert sein werden – so viel wie ein großes Atomkraftwerk. Und das New Yorker Kleinwindanlagen-Startup Urban Green Energy hat seit Neuestem sogar eine Windturbine namens Sanya Skypump im Angebot, die auf Parkplätzen ein Elektroauto in vier bis acht Stunden laden soll .

Energie aus Biomüll

Selbst aus Algen lässt sich Energie gewinnen. Zukünftig könnten sie Mais, aus dem derzeit Biodiesel gewonnen wird, bei der Herstellung ersetzen. Quelle: dpa

Auch Biomasse lässt sich in Städten zur Energieerzeugung nutzen. Allein in Berlin kommen jährlich 400.000 Tonnen Biomüll zusammen. Die Abfallbetriebe bauen nun eine Fermentierungsanlage, die daraus Biogas erzeugen soll, um die 150 gasbetriebenen Fahrzeuge der Stadtreinigung anzutreiben. Weil sich Biogas in das Gasleitungsnetz mischen lässt, kann es auch in hocheffizienten Blockheizkraftwerken verfeuert werden, die in den Kellern von Gebäuden Wärme und Strom für ganze Wohnblöcke erzeugen.

Sogar Algen – in städtischen Seen bisher eher ein Ärgernis – können zu einem Treibstoff der Stadt werden. Erste Konzepte sehen vor, sie in speziellen Tanks auf Dächern oder Grünstreifen anzubauen. Anschließend können die Miniorganismen mit neuen chemischen Methoden in Öl oder Gas umgewandelt werden. Der Vorteil: Pro Hektar ergeben Algen bis zu zehn Mal mehr Treibstoff als Mais, der derzeit weltweit zu Biodiesel verarbeitet wird.

Wissenschaftler der Uni Bielefeld züchten Algen, die aus Sonnenlicht und Wasser Wasserstoff produzieren. Die Erträge sind zwar noch sehr gering, doch hoffen die Forscher, in einigen Jahren im industriellen Maßstab umweltfreundlichen Treibstoff für Brennstoffzellenautos zu gewinnen.

Die besten Städte für Radfahrer
Tausende Fahrradfahrer überqueren die Köhlbrandbrücke im Hafen in Hamburg Quelle: dpa
Screenshot der Homepage von Dublin Quelle: Screenshot
Screenshot der Homepage Montréal Tourisme Quelle: Screenshot
Eine Fahrradverleihstation in Paris Quelle: dpa
Eine Spaziergängerin und ein Radfahrer überqueren die Isar in München Quelle: dpa
Fahrradroboter "Murata Boy" in Chiba bei Tokio Quelle: dapd
Ein Radfahrer fährt in Berlin an einer Regenpfütze vorbei, in der sich das Brandenburger Tor spiegelt. Quelle: dpa

Schneller könnte die Wasserkraft in die urbanen Zentren zurückkehren. Das österreichische Startup Aqua Libre hat schwimmende Bojen mit eingebauten Turbinen entwickelt, die mithilfe der Flussströmung Strom erzeugen. Die Strom-Boje, die 2013 in Serienfertigung gehen soll, erzeugt als Prototyp in der Donau 30 Kilowatt Leistung. Laut Aqua Libre könnten die Bojen allein in den österreichischen Flüssen insgesamt zwei Terawattstunden Strom erzeugen – was in etwa zwei großen Kohlemeilern entspricht.

Wärme aus dem Abflussrohr

Energie wird in Städten der Zukunft aber nicht nur erzeugt – sondern auch wiederverwertet. So hat das Schweizer Unternehmen Rabtherm ein Kanalrohr entwickelt, das die Wärme des Schmutzwassers auf einen Wasserkreislauf in einer zweiten Rohrleitung überträgt. Ein Wärmetauscher speist die Energie in eine nahegelegene Gebäudeheizung. Bis zu 70 Prozent des Heizöls sollen Gebäude damit sparen.

Das Dortmunder Startup LaTherm verschickt Wärme sogar auf Rädern – in einem Container, der mit einem Wärmespeichermaterial gefüllt ist. In einer Dortmunder Deponiegasanlage sammeln die Erfinder Abwärme ein, die bisher ungenutzt durch den Schornstein ging, und speisen sie später in die Heizungsanlage eines Schwimmbads ein. Zwei bis vier Fuhren am Tag reichen für angenehme Planschtemperatur – und sparen dabei nach Abzug des Dieselverbrauchs beim Transport 90 Prozent Energie.

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