Strom für die Zukunft
May 15, 2023
Mit 36 Milliarden Tonnen stieg der weltweite energiebedingte CO2-Ausstoß im Jahr 2022 auf den höchsten Stand aller Zeiten an. Quellen der Emissionen sind vor allem Fahrzeuge, Industrie, Infrastruktur und Versorgungsunternehmen. Dass sich die Welt in die falsche Richtung bewegt, wenn es darum geht, den größten Verursacher des Klimawandels zu beseitigen, bedeutet eine Warnung. Die Auswirkungen sind tiefgreifend. Einer Schätzung zufolge könnte der Klimawandel die Weltwirtschaft bis 2050 rund 23 Billionen Dollar kosten. Darüber hinaus könnte er schließlich für mehr als 3 Millionen Todesfälle pro Jahr verantwortlich sein, wenn er nicht bekämpft wird. Dies geht aus Daten hervor, die im vergangenen Jahr auf dem Weltklimagipfel (COP 27) in Ägypten präsentiert wurden.
Doch es ist noch nicht zu spät. Experten zufolge liegt die größte Hoffnung der Menschheit im Kampf gegen den Klimawandel in der Elektrifizierung. Der Wechsel von einer Wirtschaft, die von fossilen Brennstoffen angetrieben wird, zu einer Wirtschaft, die hauptsächlich aus erneuerbaren Energien erzeugten Strom nutzt, könnte den Nationen dabei helfen, die in Vereinbarungen wie dem Pariser Abkommen und dem europäischen Green Deal festgelegten Ziele zu erreichen oder sogar zu übertreffen. „Elektrifizierung bedeutet, einen größeren Teil unseres Energiebedarfs durch Strom zu decken“, erklärt Terry Collier, Leiter der Abteilung für Forschung und Entwicklung in der Electrical Markets Division von 3M in einer Video-Veranstaltung der Washington Post Live im März 2023.
Bereits jetzt wird ein größerer Teil des Geschäfts- und Konsumentenbereichs mit Strom versorgt, und dieser kommt zunehmend aus alternativen, erneuerbaren Energieträgern wie Wind und Sonne. Für den weiteren Fortschritt sind jedoch Innovationen unerlässlich, die bestimmte technische Herausforderungen lösen und die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien billiger, einfacher, sauberer und sicherer machen können. Die gute Nachricht ist, dass sowohl die Erzeugung und Speicherung als auch die Verteilung und Nutzung von sauberem Strom durch die Technologien und Innovationen von 3M gefördert werden.
Generationswechsel
Die Elektrifizierung würde die Umwelt nicht verbessern, wenn der Großteil des Stroms durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle und Erdöl erzeugt wird. Unglücklicherweise stammen derzeit etwa zwei Drittel des weltweit erzeugten Stroms aus solchen Quellen. Die Infrastrukturen für die Erzeugung und Speicherung von sauberem Strom, wie Solaranlagen und Windparks, müssen verbessert werden, wenn fossile Brennstoffe schrittweise abgeschafft werden sollen.
Hier bietet 3M eine Reihe hilfreicher Neuerungen, darunter:
- • 3M™ Wind Blade Protection Tape (Erosionsschutz für Windräder): Windräder sind rund um die Uhr den Wettereinflüssen ausgesetzt. Die Spitze eines Rotorblatts dreht sich üblicherweise mit Geschwindigkeiten von weit über 160 km/h und kann im Laufe der Zeit durch Regen und andere Umweltfaktoren beschädigt werden. 3M bietet ein Klebeband an, das an der Vorderkante der Turbinenschaufel eine Schutzschicht bildet, die dazu beiträgt, die Lebensdauer dieser so wichtigen Quelle für erneuerbare Energien zu verlängern und ihre Stromproduktion erhöhen.
- • 3M Solar Tapes (Klebebänder für Solarmodule): 3M hat verschiedene kosteneffiziente Lösungen für die unterschiedlichsten Erfordernisse bei der Installation von Solaranlagen entwickelt (Klebebänder zum Befestigen, Schützen und Abdecken/Maskieren). Auch zum Bündeln und Verlegen der elektrischen Leitungen von Solarmodulen hat 3M spezielle Klebebänder im Sortiment.
- • 3M Solar Coatings (Beschichtungen für Solarmodule): 3M bietet Beschichtungen an, darunter auch Lösungen auf Wasserbasis, die dazu beitragen, die Durchlässigkeit des Frontglases zu erhöhen. Dadurch gelangt mehr Licht zu den Solarzellen, was die Effizienz der Solarmodule erhöht.
Anlagen für erneuerbare Energien, in denen Innovationen wie die oben genannten eingesetzt werden, sind nicht nur nachhaltiger, sondern bieten auch Energiesicherheit, insbesondere in für Stromunterbrechungen anfälligen Umgebungen. „In vielen Bereichen ist es zunehmend schwerer, an herkömmliche Brennstoffe heranzukommen“, so Collier. „In der Lage zu sein, [Strom] aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen, ist eine gute Möglichkeit, bezahlbaren Strom zu liefern.“
Verteilungslösungen
70 Prozent des US-Stromnetzes, einschließlich Leitungen und Transformatoren, sind älter als 25 Jahre. Es wurde in einer Zeit gebaut, als wir sehr unterschiedliche Energiebedarfe hatten und der Strom hauptsächlich vom Versorgungsbetrieb zu den Endverbrauchern floss. „Wir haben ein veraltetes Stromübertragungsnetz, das für den Stromfluss in nur eine Richtung ausgelegt war“, erklärt Collier.
Diese Systeme müssen aufgerüstet werden, damit Träger von erneuerbaren Energien Strom in das Netz einspeisen können. Diese Einspeisung kann von kommerziellen Wind- oder Solarparks oder von individuellen Stromkunden stammen, die ein eigenes System für erneuerbare Energien installiert haben. Auch aus erneuerbarer Energie, die in Batterien gespeichert ist, kann Strom ins Netz fließen. „Bei der dezentralen Stromverteilung kann der Strom in beide Richtungen transportiert werden, sodass das Netz auf eine völlig neue Art und Weise funktioniert“, führt Collier fort.
Dezentrale Kleinstkraftwerke benötigen intelligente Stromnetze, die Sensoren, eine Kommunikationseinheit und die Möglichkeit der Datenanalyse beinhalten, um bidirektionale Flüsse zu ermöglichen, die andernfalls Kurzschlüsse und andere Ausfälle verursachen könnten. „All das zusammen genommen kann tatsächlich unsere Energienutzung optimieren und unsere Abfälle reduzieren“, betont Collier. 3M hat eine Reihe von Innovationen entwickelt, damit Stromnetze den heutigen Herausforderungen standhalten, darunter:
- • 3M™ Sensored Cable Accessories (Kabelgarnituren mit Mess-Sensorik): Diese ermöglichen die Messung wichtiger Parameter (Spannung, Strom, Phasenwinkel) in unterirdischen Mittelspannungskabelnetzen, die als Brücke zwischen Kraftwerken und Endverbrauchern dienen. Diese Lösungen sollen eine höhere Messgenauigkeit für Strom und Spannung bieten, indem die entsprechenden Versorgungsnetze durch fortschrittliche Technik nachgerüstet werden. „Wir möchten unsere Kunden wirklich vor ungeplanten Stromausfällen bewahren“, versichert Collier.
- • 3M™ Aluminum Conductor Composite Reinforced (Hochspannungsleiter auf Basis einer Aluminium-Matrix-Verbundtechnik): Ein weiteres Problem für das Stromnetzt sind die durch den Klimawandel vermehrt auftretenden Stürme. „Wir haben gesehen, dass es immer häufiger zu Stromausfällen kommt“, stellt Collier fest. Um die Belastbarkeit zu erhöhen, müssen die Versorgungsunternehmen für Redundanz sorgen. Normalerweise beinhaltet dies CO2 erzeugende Aktivitäten wie das Hinzufügen von Leitungen, Masten und Fundamentsockeln. Die ACCR-Freileitungen von 3M bieten die doppelte Strombelastbarkeit einer typischen Stahlleitung. Das bedeutet, dass Versorgungsunternehmen vorhandene Leitungen einfach durch ACCR-Leitungen ersetzen können, um die Belastbarkeit und Kapazität zu erhöhen.
Das intelligente Stromnetz, auch Smart Grid genannt, „revolutioniert die Art und Weise, wie wir Strom erzeugen, verteilen und nutzen“, sagt Collier.
Den Fortschritt vorantreiben
Ein Bereich, in dem die Elektrifizierung größte Auswirkungen haben kann, ist der Verkehr, der etwa ein Viertel der weltweiten CO2-Emissionen ausmacht. Davon entfallen 41 Prozent auf Pkw und 22 Prozent auf Lkw. Elektrofahrzeuge bieten eine Möglichkeit, diese Emissionen zu verringern. „Bei Elektrofahrzeugen gibt es im Vergleich zu Verbrennern keinen Auspuff, da im Betrieb keine Emissionen ausgestoßen werden“, betont Collier.
Erfreulicherweise wächst der Anteil von Elektrofahrzeugen (EV) auf dem Automobilmarkt exponentiell und es wird erwartet, dass EVs bis 2035 etwa 59 Prozent des weltweiten Umsatzes ausmachen. Dazu müssen jedoch Kapazität und Zuverlässigkeit kontinuierlich steigen. 3M bringt sich hier mit einer Reihe von Produkten ein, die wichtige EV-Komponenten verbessern können. Hierzu gehören:
- • 3M Klebstoffe: 3M produziert Klebstoffe, die in einem lösungsmittelfreien Verfahren hergestellt werden und für die schwierige Aufgabe ausgelegt sind, EV-Batterien sicher mit den umgebenden Komponenten zu verbinden, die aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen. Dies verbessert die Batterieleistung und reduziert gleichzeitig das Risiko von Bränden, Lecks und anderen Gefahren.
- • 3M™ Glass Bubbles (Glashohlkugeln): Einige EV-Hersteller bauen ihre Fahrzeuge mit Verbundwerkstoffen, die teilweise aus 3M Glass Bubbles bestehen. Diese hohlen, aber extrem resistenten Mikrokügelchen können das Gewicht von Batteriegehäusen um bis zu 45 Prozent reduzieren. Die Gewichtsreduzierung hilft, die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen.
- • 3M™ Boron Nitride Cooling Fillers (Bornitrid-Kühlfüllstoffe): Diese können zur elektrischen Isolierung und Wärmeableitung von EV-Batterien, Motoren und Elektronikkomponenten verwendet werden.
3M beliefert die EV-Industrie auch mit Isoliermaterial, Klebebändern und Klebstoffen zur Optimierung der Elektromotoren. „Da geschieht so viel Unglaubliches in der Weiterentwicklung der Technologie [...] für Elektrofahrzeuge“, hebt Collier hervor.
„Es geht vor allem um das Festlegen von Richtlinien und die wirksame Unterstützung der Integration der Erneuerbaren in das Netz. Das können wir auf der ganzen Welt beobachten.“
Energievoll in die Zukunft
3Ms Innovationen für die Unterstützung der erneuerbaren Energien betreffen Dutzende von Branchen, aber sie entspringen alle einer einzigen Quelle: der Mission des Unternehmens, die Wissenschaft zu nutzen, um das Leben des Einzelnen zu verbessern. Für den weiteren Fortschritt müssen nach Ansicht von 3M alle Bereiche der Gesellschaft – Unternehmen, Verbraucher und Regierungen – den Wandel zur Elektrifizierung begrüßen. „Während dieses Übergangs müssen wir einen umfassenderen Ansatz verfolgen“, sagt Collier. Das Unternehmen unterstützt die öffentlichen Maßnahmen, die Unternehmen ermutigen sollen, alternative Energiequellen einzusetzen. „Bei staatlichen Anstrengungen geht es vor allem um das Festlegen von Richtlinien und die wirksame Unterstützung der Integration von erneuerbaren Energien in das Versorgungsnetz“, ergänzt Collier. „Wie dies geschieht, können wir auf der ganzen Welt beobachten.“
Auch die Verbraucher spielen eine Rolle. „Jeder Einzelne muss sich der Bedeutung der Nachhaltigkeit bewusst sein und sich fragen: Welche Anschaffungen sind dafür geeignet, mein Heim so energiesparend wie möglich zu gestalten?‘, sei es bei der Auswahl des richtigen Haushaltsgeräts oder auch bei der Entscheidung, wann und wie ich meinen Strom nutze“, sagt Collier.
Energievoll in die Zukunft
3Ms Innovationen für die Unterstützung der erneuerbaren Energien betreffen Dutzende von Branchen, aber sie entspringen alle einer einzigen Quelle: der Mission des Unternehmens, die Wissenschaft zu nutzen, um das Leben des Einzelnen zu verbessern. Für den weiteren Fortschritt müssen nach Ansicht von 3M alle Bereiche der Gesellschaft – Unternehmen, Verbraucher und Regierungen – den Wandel zur Elektrifizierung begrüßen. „Während dieses Übergangs müssen wir einen umfassenderen Ansatz verfolgen“, sagt Collier. Das Unternehmen unterstützt die öffentlichen Maßnahmen, die Unternehmen ermutigen sollen, alternative Energiequellen einzusetzen. „Bei staatlichen Anstrengungen geht es vor allem um das Festlegen von Richtlinien und die wirksame Unterstützung der Integration von erneuerbaren Energien in das Versorgungsnetz“, ergänzt Collier. „Wie dies geschieht, können wir auf der ganzen Welt beobachten.“
„Es geht vor allem um das Festlegen von Richtlinien und die wirksame Unterstützung der Integration der Erneuerbaren in das Netz. Das können wir auf der ganzen Welt beobachten.“
Auch die Verbraucher spielen eine Rolle. „Jeder Einzelne muss sich der Bedeutung der Nachhaltigkeit bewusst sein und sich fragen: Welche Anschaffungen sind dafür geeignet, mein Heim so energiesparend wie möglich zu gestalten?‘, sei es bei der Auswahl des richtigen Haushaltsgeräts oder auch bei der Entscheidung, wann und wie ich meinen Strom nutze“, sagt Collier.