Ohne Kupfer keine Energiewende: bei der größten ökonomischen und technologischen Herausforderung nach Ende des zweiten Weltkriegs spielt Kupfer eine große Rolle. Denn bei der Energieerzeugung, -verteilung und -speicherung sind Bauteile aus Kupfer gefragt. Für manche dieser Bereiche bieten sich zudem innovative Lösungen mit Kupferwerkstoffen an. Laufende Forschungen eröffnen ebenso wie traditionelle Anwendungen interessante Ansätze und regen dazu an, nicht nur über die Wirtschaftlichkeit verschiedener Technologien neu nachzudenken sondern auch über Fragen der Umweltverträglichkeit. Und bedeutet Energieeffizienz auch immer Materialeffizienz?
Ein entscheidender Schlüssel der Energiewende ist die Steigerung der Energieeffizienz der regenerativen Systeme. Dabei geht es immer um die gesamte Energieumwandlungskette – von der hocheffizienten Stromerzeugung über Transport und Verteilung bis zur effizienten Nutzung. Doch Energie sparende Techniken sind gegenwärtig nicht nur teurer, sondern erfordern in aller Regel auch mehr oder bessere Werkstoffe. Deswegen kann von der Erzeugung dieser Stoffe eine höhere Umweltbelastung ausgehen als von jenen, die in der „herkömmlichen“ Technik zum Einsatz kommen. Dies muss bei der Ökobilanz berücksichtigt, also gegen die eingesparte Energie aufgerechnet werden. Wie sieht das bei Kupfer als elektrischem Leiterwerkstoff aus?
Bei Kupfer überwiegen die Vorteile bei Weitem. In der Energietechnik dient Kupfer als Funktionswerkstoff und wird hier überwiegend als elektrischer Leiter eingesetzt. Anders als bei vielen Bauteilen, wo Ressourceneffizienz mit einer Reduzierung der eingesetzten Materialmenge gleichgesetzt wird – etwa um Gewicht zu sparen – sieht der Begriff Effizienz bei Kupfer ganz anders aus. Denn in der Elektrotechnik steigt der Wirkungsgrad, also die Effektivität von Kupfer, umso mehr, je mehr man davon einsetzt.
Wichtige Funktion in der Energieerzeugung
Ein gutes Beispiel sind hier die im Rahmen der Energiewende propagierten erneuerbaren Energien. Betrachtet man etwa ein Windrad, das im Übrigen rund 25 Tonnen Kupfer enthält, so braucht dieses bezogen auf die installierte Leistung achtmal so viel Kupfer wie der Generator eines Großkraftwerks. Für Motoren und Generatoren gilt die Faustformel: je kleiner die Einheit, desto mehr Material pro Kilowatt. Beim Umbau der Energiewirtschaft muss aber dezentralisiert werden, also wird z.B. oft eine Maschine von 100 Megawatt (also 100.000 Kilowatt) durch jeweils 10.000 Maschinen zu je 10 Kilowatt ersetzt werden. Da zudem keine regenerative Energiequelle dauerhaft zur Verfügung steht, müssen entsprechend mehr Einheiten errichtet werden.
„Installierte Leistung ist nur die eine Seite der Medaille - ‚geerntete Energiemenge‘ die andere“, so Dr. Anton Klassert, Geschäftsführer des Deutschen Kupferinstituts. “Da ein Großkraftwerk 8.000 Stunden pro Jahr läuft, ein Windrad aber z.B. aufgrund der Abhängigkeit vom Wind nur 2.000 Stunden pro Jahr, bedeutet dies, dass man etwa 30 Mal so viel Kupfer für den regenerativen Teil der künftigen Energieversorgung braucht wie bisher mit herkömmlichen Technologien – ein Aspekt, der bei der Diskussion um regenerative Energien oftmals nicht beachtet wird. Die gute Nachricht ist dabei: Das hierfür benötigte Kupfer steht in ausreichender Menge zur Verfügung. Die zur Gewinnung dessen notwendigen Bergwerke und Hütten werden bereits errichtet.“ Ein Vorteil, den man nicht außer Acht lassen sollte, denn Kupfer ist gerade im Bereich der Solartechnik und der Windkraft ein entscheidendes Element.
Kupfer bietet Alternativen
Der dringend erforderliche Ausbau des Stromnetzes und der Speicherkapazitäten kommt nur schleppend voran. Insbesondere die Verteilung des Stroms durch Überlandleitungen bringt Akzeptanzprobleme mit sich. Die geplante Errichtung vieler Kilometer langer neuer Überlandleitungen insbesondere in Naturschutz- und Ballungsgebieten führt zunehmend zu Protesten in der Bevölkerung. Aus ökologischen und Landschaftsschutzaspekten bietet es sich an, bei der Verteilung des Stroms in solchen „kritischen“ Bereichen neue Wege zu gehen.
„Während bei den Hoch- und Mittelspannungs-Freileitungen der Werkstoff Aluminium heute der Standard ist, kommt im Bereich von erdverlegten Kabeln Kupfer zum Einsatz“, führt Klassert dazu aus. Aluminium hat zwar nur zwei Drittel der Leitfähigkeit von Kupfer, ist allerdings um ein Mehrfaches leichter. „Gerade in landschaftlichen und umweltrelevanten Problembereichen wären erdverlegte Kupferkabel die Lösung der Wahl“, regt der Kupferexperte weiter an. „Unter Recyclingaspekten hat dabei sowieso Kupfer die Nase vorn, denn anders als Aluminium lässt sich Kupfer wieder immer auf die höchste Qualitätsstufe recyceln.“
Möglicher Beitrag zu offenen Fragen der Energiespeicherung
Völlig neue Wege eröffnet Kupfer mit hoher Wahrscheinlichkeit in Zukunft auch bei der Lösung der Speicherfrage, denn ein wunder Punkt der Energiewende ist immer noch, dass keine leistungsfähigen Speichermöglichkeiten für die in schwankenden Mengen produzierte Energie zur Verfügung stehen. Die Kupferindustrie hat verschiedene Forschungsprojekte zu diesem Thema in Vorbereitung, wo u.a. dünne Kupferbänder als Komponenten für preiswerte Speicher beispielsweise in Batterien genutzt werden können. Eine Tatsache, die auch die Batterien für Elektroautos enorm verbilligen kann, so dass sich damit die Wirtschaftlichkeit dieser Fahrzeuge erhöhen würde.
Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e.V.
Eingebettet in ein internationales Netzwerk der Copper Alliance verbindet das Deutsche Kupferinstitut Forschung und Anwendung und schafft Zugang zu diesem Wissen. Als Innovationsmotor unterstützt das Kupferinstitut Marktentwicklungsprojekte, bietet Lösungen und fundierte Informationen.
Das Deutsche Kupferinstitut hilft seinen Mitgliedsunternehmen, das Produkt Kupfer im Markt zu positionieren und neue Technologien zu entwickeln, bietet Verwendern von Kupferwerkstoffen Unterstützung in allen fachlichen Fragen von der Materialauswahl bis hin zur Gesetzgebung, initiiert als Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Industrie Forschungsarbeiten, Seminare und Workshops zu Themen rund um Kupfer, informiert im Rahmen seiner Kommunikations- und Marketingaktivitäten zielgruppengerecht über aktuelle Entwicklungen und Neuigkeiten aus der Welt des Kupfers.
Die Copper Alliance umfasst neben der International Copper Association Regionalbüros in Brüssel, New York, Santiago und Shanghai. In Deutschland wird die Copper Alliance durch das Deutsche Kupferinstitut vertreten.
Ein entscheidender Schlüssel der Energiewende ist die Steigerung der Energieeffizienz der regenerativen Systeme. Dabei geht es immer um die gesamte Energieumwandlungskette – von der hocheffizienten Stromerzeugung über Transport und Verteilung bis zur effizienten Nutzung. Doch Energie sparende Techniken sind gegenwärtig nicht nur teurer, sondern erfordern in aller Regel auch mehr oder bessere Werkstoffe. Deswegen kann von der Erzeugung dieser Stoffe eine höhere Umweltbelastung ausgehen als von jenen, die in der „herkömmlichen“ Technik zum Einsatz kommen. Dies muss bei der Ökobilanz berücksichtigt, also gegen die eingesparte Energie aufgerechnet werden. Wie sieht das bei Kupfer als elektrischem Leiterwerkstoff aus?
Bei Kupfer überwiegen die Vorteile bei Weitem. In der Energietechnik dient Kupfer als Funktionswerkstoff und wird hier überwiegend als elektrischer Leiter eingesetzt. Anders als bei vielen Bauteilen, wo Ressourceneffizienz mit einer Reduzierung der eingesetzten Materialmenge gleichgesetzt wird – etwa um Gewicht zu sparen – sieht der Begriff Effizienz bei Kupfer ganz anders aus. Denn in der Elektrotechnik steigt der Wirkungsgrad, also die Effektivität von Kupfer, umso mehr, je mehr man davon einsetzt.
Wichtige Funktion in der Energieerzeugung
Ein gutes Beispiel sind hier die im Rahmen der Energiewende propagierten erneuerbaren Energien. Betrachtet man etwa ein Windrad, das im Übrigen rund 25 Tonnen Kupfer enthält, so braucht dieses bezogen auf die installierte Leistung achtmal so viel Kupfer wie der Generator eines Großkraftwerks. Für Motoren und Generatoren gilt die Faustformel: je kleiner die Einheit, desto mehr Material pro Kilowatt. Beim Umbau der Energiewirtschaft muss aber dezentralisiert werden, also wird z.B. oft eine Maschine von 100 Megawatt (also 100.000 Kilowatt) durch jeweils 10.000 Maschinen zu je 10 Kilowatt ersetzt werden. Da zudem keine regenerative Energiequelle dauerhaft zur Verfügung steht, müssen entsprechend mehr Einheiten errichtet werden.
„Installierte Leistung ist nur die eine Seite der Medaille - ‚geerntete Energiemenge‘ die andere“, so Dr. Anton Klassert, Geschäftsführer des Deutschen Kupferinstituts. “Da ein Großkraftwerk 8.000 Stunden pro Jahr läuft, ein Windrad aber z.B. aufgrund der Abhängigkeit vom Wind nur 2.000 Stunden pro Jahr, bedeutet dies, dass man etwa 30 Mal so viel Kupfer für den regenerativen Teil der künftigen Energieversorgung braucht wie bisher mit herkömmlichen Technologien – ein Aspekt, der bei der Diskussion um regenerative Energien oftmals nicht beachtet wird. Die gute Nachricht ist dabei: Das hierfür benötigte Kupfer steht in ausreichender Menge zur Verfügung. Die zur Gewinnung dessen notwendigen Bergwerke und Hütten werden bereits errichtet.“ Ein Vorteil, den man nicht außer Acht lassen sollte, denn Kupfer ist gerade im Bereich der Solartechnik und der Windkraft ein entscheidendes Element.
Kupfer bietet Alternativen
Der dringend erforderliche Ausbau des Stromnetzes und der Speicherkapazitäten kommt nur schleppend voran. Insbesondere die Verteilung des Stroms durch Überlandleitungen bringt Akzeptanzprobleme mit sich. Die geplante Errichtung vieler Kilometer langer neuer Überlandleitungen insbesondere in Naturschutz- und Ballungsgebieten führt zunehmend zu Protesten in der Bevölkerung. Aus ökologischen und Landschaftsschutzaspekten bietet es sich an, bei der Verteilung des Stroms in solchen „kritischen“ Bereichen neue Wege zu gehen.
„Während bei den Hoch- und Mittelspannungs-Freileitungen der Werkstoff Aluminium heute der Standard ist, kommt im Bereich von erdverlegten Kabeln Kupfer zum Einsatz“, führt Klassert dazu aus. Aluminium hat zwar nur zwei Drittel der Leitfähigkeit von Kupfer, ist allerdings um ein Mehrfaches leichter. „Gerade in landschaftlichen und umweltrelevanten Problembereichen wären erdverlegte Kupferkabel die Lösung der Wahl“, regt der Kupferexperte weiter an. „Unter Recyclingaspekten hat dabei sowieso Kupfer die Nase vorn, denn anders als Aluminium lässt sich Kupfer wieder immer auf die höchste Qualitätsstufe recyceln.“
Möglicher Beitrag zu offenen Fragen der Energiespeicherung
Völlig neue Wege eröffnet Kupfer mit hoher Wahrscheinlichkeit in Zukunft auch bei der Lösung der Speicherfrage, denn ein wunder Punkt der Energiewende ist immer noch, dass keine leistungsfähigen Speichermöglichkeiten für die in schwankenden Mengen produzierte Energie zur Verfügung stehen. Die Kupferindustrie hat verschiedene Forschungsprojekte zu diesem Thema in Vorbereitung, wo u.a. dünne Kupferbänder als Komponenten für preiswerte Speicher beispielsweise in Batterien genutzt werden können. Eine Tatsache, die auch die Batterien für Elektroautos enorm verbilligen kann, so dass sich damit die Wirtschaftlichkeit dieser Fahrzeuge erhöhen würde.
Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e.V.
Eingebettet in ein internationales Netzwerk der Copper Alliance verbindet das Deutsche Kupferinstitut Forschung und Anwendung und schafft Zugang zu diesem Wissen. Als Innovationsmotor unterstützt das Kupferinstitut Marktentwicklungsprojekte, bietet Lösungen und fundierte Informationen.
Das Deutsche Kupferinstitut hilft seinen Mitgliedsunternehmen, das Produkt Kupfer im Markt zu positionieren und neue Technologien zu entwickeln, bietet Verwendern von Kupferwerkstoffen Unterstützung in allen fachlichen Fragen von der Materialauswahl bis hin zur Gesetzgebung, initiiert als Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Industrie Forschungsarbeiten, Seminare und Workshops zu Themen rund um Kupfer, informiert im Rahmen seiner Kommunikations- und Marketingaktivitäten zielgruppengerecht über aktuelle Entwicklungen und Neuigkeiten aus der Welt des Kupfers.
Die Copper Alliance umfasst neben der International Copper Association Regionalbüros in Brüssel, New York, Santiago und Shanghai. In Deutschland wird die Copper Alliance durch das Deutsche Kupferinstitut vertreten.
