regenerative energien, optionen zur entwicklung netzferner ruraler gebiete der tropen und subtropen

Arnd ZschockeStudent der Agrarwissenschaften Studienrichtung: Ressourcenmanagement

Regenerative Energien

Optionen zur Entwicklung netzferner ruraler Gebiete der Tropen und

Subtropen

Bachelorarbeit im wissenschaftlichen Studiengang Agrarwissenschaften an der Georg-August Universität Göttingen,

Fakultät für Agrarwissenschaften

angefertigt im: Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Agrartechnik 1. Prüfer: Prof. Dr. Wolfgang Lücke2. Prüfer: Dr. sc. agr. Andreas Block

Abgabetermin: 29.09.2006

http://www.gwdg.de/~uaat/

http://www.uni-goettingen.de/de/sh/33409.html

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung........................................................................................................................................1 2 Stand der Technik..........................................................................................................................2

2.1 Sonnenenergie...........................................................................................................................2 2.1.1 Solarthermie......................................................................................................................2 2.1.2 Solarkollektoren................................................................................................................2

2.1.2.1 Konzentrierende solarthermische Anlagen...............................................................3 2.1.2.2 Aufwindkraftwerke...................................................................................................4

2.1.3 Fotovoltaik........................................................................................................................4 2.2 Biomasse...................................................................................................................................6

2.2.1 Biogas................................................................................................................................7 2.3 Wasserkraft...............................................................................................................................8 2.4 Windenergie............................................................................................................................10

3 Anwendungsmöglichkeiten in ruralen Gebieten.......................................................................11 3.1 Biomasse.................................................................................................................................12

3.1.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................13 3.2 Biogas.....................................................................................................................................13

3.2.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................15 3.3 Solarthermie............................................................................................................................15

3.3.1 Warmwasserbereitung.....................................................................................................15 3.3.2 Solarkocher ....................................................................................................................16 3.3.3 Solartrockner ..................................................................................................................17 3.3.4 Solardistillen...................................................................................................................17 3.3.5 Solare Kühlung ..............................................................................................................17 3.3.6 Standortvorraussetzung...................................................................................................18

3.4 Fotovoltaik..............................................................................................................................18 3.4.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................20

3.5 Wasserkraft.............................................................................................................................20 3.5.1 Elektrischer Strom ..........................................................................................................21 3.5.2 Mechanische Energie .....................................................................................................22 3.5.3 Standortvorraussetzung...................................................................................................23

3.6 Windenergie............................................................................................................................23 3.6.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................24

4 Empfehlungen für verschiedene typische Standorte.................................................................25 4.1 Küstenwüsten..........................................................................................................................25

4.1.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................25 4.1.2 Energieoptionen..............................................................................................................25

4.2 Steppen und Savannen............................................................................................................26 4.2.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................26 4.2.2 Energieoptionen..............................................................................................................26

4.3 Bergland..................................................................................................................................27 4.3.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................27 4.3.2 Energieoptionen..............................................................................................................28

4.4 Hochlandwüsten......................................................................................................................29 4.4.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................29 4.4.2 Energieoptionen..............................................................................................................29

4.5 Tropische Bergwälder.............................................................................................................30 4.5.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................30 4.5.2 Energieoptionen..............................................................................................................30

4.6 Tropische Tieflandregenwälder..............................................................................................32 4.6.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................32 4.6.2 Energieoptionen..............................................................................................................32

4.7 Inseln und Küstenregionen.....................................................................................................33 4.7.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................33 4.7.2 Energieoptionen..............................................................................................................33

5 Diskussion......................................................................................................................................34 6 Zusammenfassung........................................................................................................................36Eidesstattliche Erklärung................................................................................................................37Literaturverzeichnis.............................................................................................................................Anhang...................................................................................................................................................

AbbildungsverzeichnisAbbildung 1: Schwerkraftanlage, Quelle: [ITDG, 2002b]...................................................................3Abbildung 2: Vakuum Röhrenkollektor, Quelle: [Solarserver.de, 2006a]...........................................3Abbildung 3: konzentrierende solarthermische Systeme, Quelle: [Solarpaces.org, 2006]..................4Abbildung 4: Funktionsprinzip Halbleitersolarzelle: einfallende Photonen erzeugen Elektronen und

Löcher, die im elektrischen Feld der Raumladungszone des p-n-Übergangs getrennt werden. Quelle: [Wikipedia: Solarzelle].................................................................................5

Abbildung 5: Max. theoretische Wirkungsgrade verschiedener Halbleitermaterialen in Solarzellen, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]..............................................................................................6

Abbildung 6: Strom und Spannung einer Si-Solarzelle bei verschiedenen Bestrahlungsintensitäten, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]..............................................................................................6

Abbildung 7: Verschiedene Wege der energetischen Nutzung von Biomasse, Quelle: [Turkenburg et al. 2000].............................................................................................7

Abbildung 8: Die vier Stufen des anaeroben Abbaus; Quelle:[FNR; 2005]........................................8Abbildung 9: Die unterschiedlichen Wasserturbinenbauarten; Quelle: [IEA 2003]............................9Abbildung 10: Kennlinienfeld für Wasserturbinen; Quelle: Wikipedia – Wasserturbine (14.08.2006)

.................................................................................................................................................9Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Einkommen und Anteil der Energie aus traditioneller

Biomasse am Gesamtenergieverbrauch; Quelle: [Karekezi et al. 2004]...............................12Abbildung 12: Energienutzung in einem normalen (nicht optimierten) Holzfeuerherd;

Quelle: [ Holdren et al., 2000]...............................................................................................12Abbildung 13: Verbesserte Kocher aus Lehm oder Metall;

Quelle: [UNHCR, 2002].......................................................................................................13Abbildung 14: die am weitesten verbreiteten Typen von Biogasreaktoren in Entwicklungsländern;

Quelle: [FAO, 1992]............................................................................................................13Abbildung 15: Schema des Aufbaus eines Polyethylen-Schlauch-Bioreaktors in ländlichen

Gebieten; Quelle: [SHI, 2004]..............................................................................................14Abbildung 16: Die 3 verschiedenen Grundmodelle von Solarkochern; Quelle: [GTZ, 1999] .........16Abbildung 17: Drei verschiedene Solartrockner; Quellen: [TOOL, 1990] [ITDG, ohne Jahr].........17Abbildung 18: Schemaskizze einer Solardistille für Wasser; Quelle:[TOOL, 1990]........................17Abbildung 19: Solarleuchte des Vereins afghanischer Ingenieure und Techniker in Deutschland e.V;

Quelle: http://www.afghan-vait.de/.......................................................................................19

Abbildung 20: Schema einer Mikrowasserkraftanlage; Quelle: [Maher, P. & Smith, N. ,2001] ...............................................................................21

Abbildung 21: Funktionsweise eines hydraulischen Widders; Quelle: http://www.lifewater.ca/ram_pump.htm (01.09.2006) ............................................22

Abbildung 22: mechanische und elektrische Windkraftanlagen zum Betrieb von Wasserpumpen; Quelle:[NREL, 2003]............................................................................................................24

Abbildung 23: Klimadiagram von Antofagasta, Quelle: [Klimadiagramme.de]...............................................................................................25

Abbildung 24: Klimadiagramm von Ouagadougou, Quelle: [Klimadiagramme.de]...............................................................................................26

Abbildung 25: Klimadiagramm von Mukteswar, Quelle: [Klimadiagramme.de]...............................................................................................27

Abbildung 26: Klimadiagramm von Oruro; Quelle: [wetter-und-klima.de]......................................29Abbildung 27: Klimadiagramm von Puyo; Quelle: [Klimadiagramme.de].......................................30Abbildung 28: Klimadiagramm von Leticia; Quelle: [Klimadiagramme.de]....................................32Abbildung 29: Klimadiagramm von Male; Quelle: [Klimadiagramme.de].......................................33

TabellenverzeichnisTabelle 1: Wirkungsgrade verschiedener Siliziumformen in Solarzellen;Quelle: [Solarserver.de, 2006]..............................................................................................................5Tabelle 2: Input und Output von 31 Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam; Quelle: [An, B. X. et al., 1997b].....................................................................................................................14

1 EinleitungDie Welt ist heute stärker als je zuvor polarisiert. In den reichen Ländern des Nordens leben die

meisten Menschen im Wohlstand. Sie genießen eine gute Ausbildung, ein effizientes Gesundheits-

system, moderne Kommunikations- und Straßennetze und nicht zuletzt preiswerte und überall ver-

fügbare Energie dank eines komplett ausgebauten Stromnetzes und ausreichendem Zugang zu fossi-

len Brennstoffen. In den armen Ländern des Südens dagegen kann nur eine kleine urbane Ober-

schicht einen solchen Lebensstil pflegen, während, vor allem in den ruralen Gebieten, die Armut re-

giert. Einer 1993 durchgeführten Studie zufolge leben 1,3 Milliarden Menschen in Entwicklungs-

ländern von weniger als 1 $ US pro Tag (das waren 30 % der Gesamtbevölkerung dieser Länder),

20 % haben keinen Zugang zum Gesundheitssystem, 30 % haben keinen Zugang zu sauberem

Trinkwasser und 61 % keinen Zugang zu hygienischen sanitären Einrichtungen. Die Alphabetisie-

rungsrate und die Lebenserwartung sind niedrig. 2 Milliarden Menschen kochen ihr Essen mit Bio-

masse als Energieträger und 1,7 Milliarden haben keinen Zugang zu elektrischem Strom

[Amulya K.N. Reddy et al., 2000]. Energie ist ein Schlüsselthema für die Entwicklung dieser Men-

schen, denn mit ausreichend preiswerter Energie könnte Trinkwasser gepumpt und gereinigt, Nah-

rungsmittel könnten verarbeitet und medizinische Versorgung könnte sichergestellt werden. Tele-

kommunikation und Transport ermöglichen eine stärkere Anbindung an Märkte und Energie treibt

Verarbeitungs- und Produktionsprozesse, die Einkommen generieren können an.

Meist ist jedoch die Erweiterung des zentralen nationalen Stromnetzes und die Elektrifizierung

von entlegenen Gebieten, Dörfern und Einzelhaushalten ökonomisch nicht sinnvoll und durch die

überschuldeten Staatshaushalte auch nicht finanzierbar. Auch die Versorgung mit fossilen Brenn-

stoffen kann aufgrund schlecht ausgebauter Straßennetze schwierig und sehr teuer sein. Also müs-

sen in ruralen Gebieten von Entwicklungsländern andere Wege eingeschlagen und es muß nach an-

deren Optionen für die Energieversorgung gesucht werden. Es müssen Energiequellen genutzt wer-

den, die vor Ort verfügbar sind. Dabei handelt es sich sehr oft um Biomasse. Allerdings wird diese

nur zum Kochen und Heizen verwendet, was in unbelüfteten Räumen oft aufgrund der bei unvoll-

ständiger Verbrennung entstehenden Gase zu Atemwegserkrankungen führt. Es geht also darum,

saubere, gesunde, effektive und preiswerte regenerative Energiequellen zu erschließen.

In dieser Arbeit will ich die Technik und die Möglichkeiten beschreiben, wie solche Energien

im oben skizzierten Kontext eingesetzt werden können. Ich möchte die Optionen aufzeigen, die für

die dezentrale Energieversorgung unter verschiedenen Klimabedingungen in den Tropen und Sub-

tropen bestehen.

1

2 Stand der Technik

2.1 SonnenenergieDie Sonne ist die wichtigste Energiequelle und der Ursprung der meisten vom Menschen auf

der Erde genutzten Energie. Die Strahlung der Sonne hat an der Grenze zur Atmosphäre eine Inten-

sität von ca. 1367 W/m² (Solarkonstante). Durch die Geometrie der Erde und ihre Rotation kommt

man auf eine durchschnittliche Bestrahlungsstärke von einem Viertel der Solarkonstanten bzw.

342 W/m². Die maximale Bestrahlungsstärke auf der Erdoberfläche wird bei unbewölktem Himmel

erreicht, wenn die Sonne senkrecht steht. Bei dieser Idealsituation geht aber trotzdem noch Energie

durch Streuung, Absorption und Reflexion in der Atmosphäre verloren, sodaß der Wert der Solar-

konstanten auf der Erdoberfläche nie erreicht wird. So liegt die max. Einstrahlung bei etwa

1000 W/m². Die Intensität der Einstrahlung auf der Erdoberfläche hängt von der Tages- und Jahres-

zeit, der geographischen Breite, der Höhe über dem Meeresspiegel und den Wetterbedinungen ab

[Quaschning, V. 1998]. Man unterscheidet zwischen direkter und diffuser Strahlung. Diffuse Strah-

lung ist die Strahlung, die in der Atmosphäre von Staubpartikeln, Nebel und anderen Phänomenen

gebrochen wird und so nicht direkt den Boden erreicht. Sie macht an sonnigen Tagen etwa 15 % –

20 % der Gesamtstrahlung aus und bei vollständig bedecktem Himmel 100 %

[ITDG, 2002a].

2.1.1 SolarthermieDer Begriff Solarthermie umfasst alle technischen Anlagen, die Sonnenstrahlung auffangen und

ihre Energie direkt in nutzbare Wärme umwandeln. Diese Wärme kann dann entweder direkt zur

Heizung von Räumen oder Wasser genutzt werden oder, wenn sie konzentriert wird, zur Bereitstel-

lung von Prozesswärme und elektrischem Strom. Die max. Kapazität bei allen Anlagen liegt bei

etwa 0,7 kW/m² [Philibert C. 2005]. Man unterscheidet zwischen zwei Gruppen: Solarkollektoren,

die die auf ihrer Absorberfläche einfallende Strahlung in Wärme umwandeln und abführen und Sys-

teme, die die Strahlung einer größeren Fläche mittels Spiegeln oder Linsen auf einen Absorber kon-

zentrieren und damit deutlich höhere Temperaturen erzielen. Dabei ist zu beachten, daß konzentrie-

rende Systeme nur direkte Strahlung nutzen können, während Solarkollektoren auch die diffuse

Strahlung in Wärme umwandeln können.

2.1.2 SolarkollektorenDas Prinzip der Solarkollektoren beruht darauf, daß dunkle Materialien Sonnenstrahlen absor-

bieren und in Wärme umwandeln. Diese Materialien nennt man Absorber. Da die Wärme jedoch

meistens nicht am gleichen Ort und zur gleichen Zeit genutzt werden soll, braucht man ein Medium,

2

um die absorbierte Wärme abzuführen und zu speichern. Dazu sind Fluide geeignet. In der Praxis

werden meist Wasser, Luft oder technische Flüssigkeiten (z.B. Wasser mit Frostschutz) genutzt.

Um Wärmeverluste zu verringern werden die Absorber meist durch eine transparente Abdeckung

von der Außenatmosphäre isoliert, was zu einem Treibhauseffekt im Inneren des Kollektors führt.

Die besten Wirkungsgrade erreicht man mit sog. Vakuum-Röhrenkollektoren bei denen Absorber

und Speicherflüssigkeitsrohre zusammen in einem Vakuumrohr aus Glas liegen.[Quaschning, V.

1998] (siehe Abbildung 2).Das durch den Kollektor erwärmte Wasser wird entweder in Wasserspei-

chern direkt gespeichert oder die Wärme wird über einen Wärmetauscher abgegeben. Wenn der

Speicher oberhalb des Kollektors angebracht ist zirkuliert die Flüssigkeit im Kollektor durch die Er-

wärmung von selbst und man spricht von einer Schwerkraftanlage (Siehe Abbildung 1). Falls der

Speicher unterhalb des Kollektors liegt, muss der Kreislauf durch Pumpen erzeugt werden.

2.1.2.1 Konzentrierende solarthermische AnlagenKonzentrierende solarthermische Anlagen erzielen hohe Temperaturen indem sie das direkt ein-

fallende Sonnenlicht bündeln. Die dabei entstehenden hohen Temperaturen können genutzt werden,

um Dampfturbinen oder Stirlingmotoren anzutreiben und auf diese Weise elektrischen Strom zu

produzieren. Die Bündelung der Sonnenstrahlung geschieht entweder durch große Felder von Spie-

geln (Heliostaten), die die einfallende Strahlung auf einen zentralen Punkt reflektieren oder durch

Parabolspiegel, die auch jeweils einen Brennpunkt fixieren. Eine weitere Möglichkeit stellen Para-

bolspiegelrinnen dar, die ein Absorberrohr fokussieren. All diese Anlagen sind technisch aufwen-

dig und dadurch auch teuer, weil die Spiegel oder Absorber der Sonne nachgeführt werden müssen.

Sie werden deshalb meistens als Großanlagen im Megawattbereich gebaut[Philibert C. 2005]. Ab-

bildung 3 zeigt die verschiedenen konzentrierenden Techniken.

3

Abbildung 1: Schwerkraftanlage, Quelle: [ITDG, 2002b]

Abbildung 2: Vakuum Röhrenkollektor, Quelle: [Solarserver.de, 2006a]

2.1.2.2 AufwindkraftwerkeAbschließend sollen noch die Aufwindkraftwerke kurz erläutert werden. Dabei handelt es sich

ebenfalls um große Anlagen zur Erzeugung von elektrischem Strom. Sie machen sich die Tatsache

zunutze, daß warme Luft aufsteigt. Ein große Fläche wird transparent überdacht und so entsteht dar-

unter eine Art Treibhaus, das an den Seiten offen ist. In der Mitte dieser Fläche steht ein hoher Ka-

min, durch den die erhitzte Luft nach oben entweicht und dabei eine Turbine antreibt

[Quaschning, V. 1998].

2.1.3 FotovoltaikDer Begriff Fotovoltaik beschreibt Techniken, bei denen Sonnenlicht direkt in elektrischen

Strom umgewandelt wird. Dies geschieht mittels Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien gefertigt

sind. Die Umwandlung erfolgt aufgrund des von Alexander Bequerel 1839 entdeckten Photoeffekts.

Der Photoeffekt beschreibt die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern in einem

Festkörper durch Lichteinstrahlung. In Solarzellen wird dieser Effekt nutzbar gemacht [Quasch-

ning, V. 1998]. Die Kristallgitter der Halbleitermaterialien werden hierzu zunächst mit Störstellen

aus unterschiedlichen chemischen Elementen, entweder positiv (n) mit Elementen der III. Haupt-

gruppe oder negativ (p) mit Elementen der V. Hauptgruppe, dotiert. Dann wird eine Schicht n-do-

tiertes Halbleitermaterial über eine Basisschicht p-dotiertes Halbleitermaterial gelegt. An der

Grenzschicht der beiden ist ein pn-Übergang, die sog. Raumladungszone, in der ein elektrisches

Feld entsteht. Fällt nun Licht auf die Schichten werden durch den Photoeffekt Ladungsträger freige-

setzt die zu dem elektrischen Feld der Raumladungszone wandern und von dort zu elektrischen Ver-

brauchern abgeführt werden können. Abbildung 4 veranschaulicht diesen Prozess und zeigt, daß der

4

Abbildung 3: konzentrierende solarthermische Systeme, Quelle: [Solarpaces.org, 2006]

nutzbare Lichtanteil umso größer ist, je dünner die n-dotierte Halbleiterschicht ist. [Quaschning, V.

1998]

In den meisten Solarzellen wird Silizium als Halbleitermaterial verwendet aber es gibt auch So-

larzellen aus anderen Halbleitern, die andere Spektralbereiche der Strahlung in Strom umwandeln

können. Um das Spektrum der nutzbaren Strahlung zu maximieren, werden in Tandem- oder Sta-

pelzellen Schichten verschiedener Halbleiter übereinander angeordnet. Das Silizium kann in in un-

terschiedlicher Form verwendet werden als monokristalines, polykristalines oder amorphes Silizi-

um, mit jeweils schlechterem Wirkungsgrad aber produktionstechnischen Erleichterungen bzw.

Kostenvorteilen (siehe Tabelle 1) Die gelieferte Spannung ist in allen Fällen recht konstant. Beim

Silizium beträgt sie 0,5 V. Mit der Beleuchtungsstärke steigt allerdings der Strom wie in Abbildung

6 für eine Siliziumsolarzelle dargestellt. Werden einzelne Zellen in Reihe geschaltet addieren sich

die Spannungen und man spricht von einem Solarmodul. Die Wirkungsgrade von Solarzellen haben

eine theoretische Obergrenze die man an Abbildung 5 ablesen kann. Die Linie gibt die zur Zeit

5

Abbildung 4: Funktionsprinzip Halbleitersolarzelle: einfallende Photonen erzeugen Elektronen und Löcher, die im elektrischen Feld der Raumladungszone des p-n-Übergangs getrennt werden. Quelle: [Wikipedia: Solarzelle]

Tabelle 1: Wirkungsgrade verschiedener Siliziumformen in Solarzellen;

Quelle: [Solarserver.de, 2006b].

praktisch erreichten Wirkungsgrade für die jeweiligen Halbleitermaterialien an. Am wirkungsvolls-

ten funktionieren Solarzellen, wenn sie der Sonne so nachgeführt werden, daß diese immer senk-

recht auf sie einstrahlt. Solche Nachführeinrichtungen schlagen sich allerdings in erhöhtem techni-

schem Aufwand und Investitionskosten nieder. [Quaschning, V. 1998]

2.2 BiomasseMit dem Begriff Biomasse werden Energieträger bezeichnet, die aus biologischen Prozessen

stammen und nicht fossil sind. Sie können sowohl im natürlichen Zustand als auch verarbeitet zur

thermischen oder elektrischen Bereitstellung von Energie genutzt werden. Hauptvertreter dieser

Gruppe sind Holz und Holzabfälle, landwirtschaftliche Abfallprodukte und desweiteren organische

Siedlungsabfälle u.ä. [IEA, 2006]. Aus Biomasse wird ein Großteil der weltweit verbrauchten Ener-

gie gewonnen (etwa 9 % – 13 % [Turkenburg et al. 2000]), wobei der größte Anteil auf ländliche

Gebiete von Entwicklungsländern entfällt, wo Biomasse noch der Hauptenergieträger für etwa

2,4 Mrd. Menschen (1/3 der Weltbevölkerung) ist [Karekezi et al. 2004]. Es gibt verschiedene

Wege, die Biomasse in Energie umzuwandeln. Der einfachste ist die Verbrennung im offenen Feuer

zur thermischen Nutzung. Die Hitze der Verbrennung kann auch genutzt werden, um Dampfdruck

zu erzeugen und mit diesem Turbinen zur Stromgewinnung anzutreiben. Bei hoher Hitze und wenig

Sauerstoffzufuhr erfolgt die sog. Pyrolyse, bei der die Biomasse je nach Temperatur und Luftzufuhr

in Brenngase zur Verwendung in Verbrennungsmotoren, flüssige Öle zur Verbrennung in Kraftwer-

ken und Motoren oder Holzkohle umgewandelt wird. Ein anderer Weg der Umsetzung erfolgt über

biochemische Prozesse. Organische Substanz mit hohem Flüssigkeitsanteil wird von Bakterien bzw.

Pilzen entweder in Biogas (Methan + CO2) oder Alkohol (Ethanol) umgewandelt. Die letzte Mög-

6

Abbildung 5: Max. theoretische Wirkungsgrade verschiedener Halbleitermaterialen in Solarzellen, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]

Abbildung 6: Strom und Spannung einer Si-Solarzelle bei verschiedenen Bestrahlungsintensitäten, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]

lichkeit der Nutzung ist die Nutzung von ausgepreßtem Pflanzenöl in Motoren, entweder pur oder

raffiniert als Dieselersatz[IEA 2003]. Abbildung 7 Zeigt eine Übersicht über die verschiedenen

Wege der energetischen Nutzung von Biomasse.

2.2.1 BiogasBiogas entsteht bei der anaeroben Vergärung von organischem Material. In einem 4 stufigen

Prozess werden Kohlehydrate, Fette, Eiweiße und komplexe organische Verbindungen von unter-

schiedlichen Bakteriengruppen zu CH4 und CO2 umgewandelt. Diese beiden Gase sind die Hauptbe-

standteile vom Biogas, das auch noch weitere Spurengase enthält, von denen insbesondere H2S und

Wasserdampf hervorzuheben sind. Die genaue Zusammensetzung hängt dabei stark von den jewei-

ligen Ausgangssubstraten und Prozessparametern wie Temperatur, pH-Wert, C/N-Verhältnis, Tro-

ckenmasseanteil und Verweildauer im Vermenter ab. Abhängig von der Prozesstemperatur unter-

scheidet man zwischen psychrophiler (bis 25°C), mesophiler (bei etwa 32°C – 42°C) und thermo-

philer (bei etwa 50°C – 57°C) Gärung, wobei jeweils verschiedene Bakteriengruppen für den Pro-

zess verantwortlich sind.[FNR; 2005]

7

Abbildung 7: Verschiedene Wege der energetischen Nutzung von Biomasse, Quelle: [Turkenburg et al. 2000]

Bei der thermophilen Gärung läuft der

Prozess am schnellsten ab. Liegt der Tro-

ckenmasseanteil über 15% spricht man von

einer festen Vergärung. Je dünnflüssiger

das Substrat, desto mehr Methan ist im

Biogas enthalten [Kaltschmitt & Hartmann;

2001]. Der optimale pH-Wert liegt im Gär-

behälter zwischen 6,8 und 7,5 das C/N-

Verhältnis zwischen 10 und 30 [FNR;

2005]. Abbildung 8 zeigt die vier verschie-

den Stufen des Biogasprozesses an denen

jeweils unterschiedliche Bakteriengruppen

beteiligt sind.

2.3 WasserkraftWasserkraft ist die derzeit bei weitem

am häufigsten genutzte Quelle erneuerbarer

Energie. Sie machte 2001 16,5% der welt-

weiten Stromerzeugung aus. Den Hauptan-

teil davon tragen die Großanlagen, aber

viele Kleinwasserkraftanlagen bis 10 MWel tragen auch etwa 1% zur Weltstromversorgung bei

[UNDP; 2004]. Die Kleinwasserkraft unterteilt man nach der Leistung noch in Klein(-10MWel), Mi-

ni- (-1 MWel), Micro- (-100 kWel) und Picoanlagen (-5 kWel) [ESHA; 2006]. Bei der Nutzung wird

die kinetische Energie des Wassers durch Turbinen in mechanische Energie und durch nachgeschal-

tete Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Die Wirkungsgrade liegen bei neuen Anlagen

bei über 90 %. Bei den kleinen und alten Anlagen sind sie mit 60 % bis 85 % meist geringer [IEA

2003]. Die kinetische Energie hängt hauptsächlich vom Höhenunterschied H [m] zwischen Zulauf

(Oberwasser) und Ablauf (Unterwasser) und dem Durchflußvolumen Q [m³/s] ab. Als Faustzahl

kann man die potenzielle elektrische Leistung Pel [kW] nach dieser Gleichung berechnen:

P = 7QH [IEA 2003] (1)Darin sind: P = el. Leistung in kW

Q = Durchflußvolumen in m³/sH = netto Höhenunterschied in m (kinetische Verluste in Rohrleitungen abgezogen)

8

Abbildung 8: Die vier Stufen des anaeroben Abbaus; Quelle:[FNR; 2005]

Man unterscheidet grundlegend zwischen 2 unterschiedlichen Anlagentypen: Anlagen mit

großem Höhenunterschied und Anlagen mit geringem Höhenunterschied und dafür großem Durch-

fluß. Je nach Höhe und Durchflußvolumen wählt man auch die Turbine aus, wobei bei Großanlagen

die Turbinen immer speziell für das Projekt gefertigt werden. Es haben sich im Laufe der Entwick-

lung 3 unterschiedliche Turbinentypen entwickelt: Francis-, Kaplan- und Peltonturbinen (vgl. Ab-

bildung 9). Es gibt auch noch andere Turbinen, die jedoch vom Funktionsprinzip her den oben ge-

nannten ähnlich sind. Man kann sie in zwei Klassen aufteilen: Überdruck- und Gleichdruckturbinen.

Francis- und Kaplanturbinen sind Überdruckturbinen. Überdruckturbinen arbeiten in einer ge-

schlossenen Druckkapsel und sind vollständig vom Wasser umgeben. Die Peltonturbine und das

Wasserrad sind Gleichdruckturbinen. Auf sie trift das Wasser bei Umgebungsdruck, wodurch Her-

stellung und Wartung deutlich erleichtert werden[ESHA; 2006]. An Abbildung 10 kann man erse-

hen, welcher Turbinentyp für welche Standorte am besten geeignet ist.

9

Abbildung 10: Kennlinienfeld für Wasserturbinen; Quelle: Wikipedia – Wasserturbine (14.08.2006)

Abbildung 9: Die unterschiedlichen Wasserturbinenbauarten; Quelle: [IEA 2003]

2.4 WindenergieWind entsteht durch Temperaturunterschiede und die daraus folgenden Druck- und Dichteunter-

schiede der Luft. Es gibt globale Windsysteme, die mit der unterschiedlichen Sonnenbestrahlung

und Aufwärmung der Luft-, Land- und Wassermassen der verschiedenen Breitengrade zu unter-

schiedlichen Jahreszeiten zusammenhängen und es gibt lokale Winde, wie z.B. See- und Landwin-

de, die auf tageszeitlichen Temperaturschwankungen beruhen. Die Energie des Windes ist die kine-

tische Energie der Luftmoleküle und hat für eine Kreisfläche folgende Formel:

[DWIA, 2003] (2)

Darin sind: E = Energie [J]

r = Radius der Kreisfläche [m]

p = Dichte der Luft [kg/m³]

v = Luftgeschwindigkeit [m/s]

t = Zeit [s]

Man kann der Gleichung entnehmen, daß die Energie im Quadrat des Radius und mit der dritten

Potenz der Windgeschwindigkeit steigt. Eine Windkraftanlage kann diese Energie durch ihre Rotor-

blätter in Drehenergie umwandeln, die dann über eine Welle einen Generator antreiben kann. Dabei

kann allerdings nicht die gesamte Windenergie genutzt werden. Entzöge man dem Wind die gesam-

te Energie, so käme er zum Stehen und könnte so keine Energie mehr nachliefern. Die maximal

nutzbare Windenergie wird mit den Betz'schen Leistungsbeiwert berechnet und beträgt 16/27 oder

59 % der Gesamtwindenergie. Anders ausgedrückt: Das Leistungsmaximum wird erreicht, wenn

der Wind durch die Anlage auf 1/3 seiner Ursprungsgeschwindigkeit abgebremst wird. Der techni-

sche Wirkungsgrad einer Windkraftanlage kann entweder als Quotient aus abgegebener Leistung

und Gesamtwindleistung oder Maximalleistung nach Betz angegeben werden [DWIA, 2003]. Win-

denergieanlagen haben meistens einen Mechanismus, der sie in den Wind dreht. In Deutschland ha-

ben neu installierte Windkraftanlagen eine Durchschnittsleistung von 1395 kW. Einige Anlagen lie-

gen im Multimegawattbereich mit Rotordurchmessern von über 80 m, bei einem durchschnittlichen

Preis pro kW installierte Leistung von 850 – 1700 $ US/kW.[IEA 2003]

10

3 Anwendungsmöglichkeiten in ruralen GebietenDa hier die Anwendungsmöglichkeiten in ruralen, netzfernen Gebieten der Tropen und Subtro-

pen behandelt werden, ist es klar, daß möglichst einfache und störungsunanfällige Technik zum

Einsatz kommen muss. Außerdem sollten die Kosten für Installation und Betrieb der Anlagen in ei-

nem Rahmen bleiben, den die örtliche Bevölkerung selbst finanzieren könnte. Energie spielt eine

wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Armut. Die Energie wird in unterschiedlichen Formen ge-

nutzt:

Elektrische Energie ermöglicht den Betrieb von Glühbirnen, die z.B. das Lesen von Büchern

auch in der Nacht ermöglichen. Es können Radios betrieben werden, die einen wichtigen Beitrag

zur Information der Bevölkerung aber auch zur Unterhaltung liefern. Funkgeräte stellen einen Kom-

munikationsweg zur Außenwelt dar. Kühlschränke halten Lebensmittel und auch wichtige Arzenei-

mittel frisch. Desweiteren liefert Strom eine Fülle von Möglichkeiten zur Erleichterung der tägli-

chen Arbeiten oder Ermöglichung der Produktion von Waren für den Markt und somit zur Schaf-

fung einer Existenzgrundlage.

Wärmeenergie wird hauptsächlich für das Zubereiten von Mahlzeiten und Raumwärme ge-

nutzt. Wärme kann auch zur Pasteurisierung von Wasser, Sterilisation von medizinischen Geräten

oder Erzeugung von Kälte genutzt werden. Für manche Verarbeitungsprozesse wird Prozesswärme

benötigt. Die Beschaffung von traditionellem Brennmaterial kann mehrere Stunden pro Tag in An-

spruch nehmen, Zeit die für andere Tätigkeiten verloren geht. Der Rauch von offenem Feuer ist ge-

sundheitsschädlich und es wird geschätzt, daß pro Jahr etwa 2,5 Mio Menschen an den Folgen von

Rauch von offenen Feuern sterben [Greenpeace; ohne Jahr]. Außerdem hat das Sammeln von Feu-

erholz teilweise schwerwiegende ökologische Folgen.

Kinetische Energie Energie kann in einer Vielzahl von Anwendungen vor allem durch Hand-

werker genutzt werden, so z.B. in Sägemühlen, Zuckerrohrpressen oder Öhlmühlen. Auch das Pum-

pen von Wasser ist eine wichtige Anwendung.

Die im Folgendem beschriebenen einfachen Techniken sind nach Art der Energiequelle geord-

net und können zum Teil unterschiedliche Energieformen liefern.

11

3.1 BiomasseBiomasse ist traditionell der

Hauptenergieträger in netzfernen

ruralen Gebieten der Tropen und

Subtropen. Meist in Form von

Feuerholz in offenen Feuern oder

einfachen Öfen verbrannt, dient

sie hauptsächlich dem Kochen von

Mahlzeiten und der Erzeugung

von Raumwärme. Dabei ist ein

wichtiger Faktor, daß diese Ener-

giequelle meist gratis zur Verfü-

gung steht und somit für die ar-

men Bevölkerungsschichten zu-

gänglich ist. Abbildung 11 zeigt den Zusammenhang zwischen Einkommen und dem Gebrauch von

traditioneller Biomasseenergie. Der Gebrauch von traditioneller Biomasse in einfachen Feuerstellen

ohne Kamin ist gesundheitsschädlich und häufig uneffektiv. Ein erster Ansatz ist die Einführung

verbesserter Öfen und Kocher, in denen der Brennstoff möglichst sauber und effizient verbrennt. Es

gibt eine Vielzahl von effizienten Öfen und Kochern, die alle einige wichtige Gemeinsamkeiten ha-

ben: der Brennstoff verbrennt heiß und sauber, die Brennkammer ist nach außen isoliert, die Luftzu-

fuhr ist geregelt, die Hitze geht direkt auf den Topf über und es gibt einen Kamin. Abbildung 12

verdeutlicht die Energieverluste und zeigt, daß das größte Optimierungspotenzial in der Isolierung

und direkten Wärmezuführung zum Topf liegt. Zu erwähnen ist auch die effizientere Herstellung

von Holzkohle und Holzkohlebriketts aus Holz bzw. leichterer grüner Biomassse und Abfällen. Die

Technik der Biomassevergasung ist relativ aufwendig und oft zu teuer für die rurale Bevölkerung,

weshalb sie hier nicht weiter ausgeführt wird.

12

Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Einkommen und Anteil der Energie aus traditioneller Biomasse am Gesamtenergieverbrauch; Quelle: [Karekezi et al. 2004]

Abbildung 12: Energienutzung in einem normalen (nicht optimierten) Holzfeuerherd; Quelle: [ Holdren et al., 2000]

indisches Modell

3.1.1 Standortvorraussetzung

Verbesserte Herde und Öfen können überall einge-

führt werden, wo mit Biomasse gekocht und geheizt

wird. Der Bedarf ist jedoch in den Gegenden am größten,

in denen Brennstoffmangel herrscht und die Bevölke-

rung auf den Kauf von Brennstoff angewiesen ist. Es

gibt viele sehr einfache Ausführungen von verbesserten

Kochern, wie z.B den aus Lehm in Afrika hergestellen

UPESI oder Mandaleo Kocher (Abbildung 13 links), der

nur etwa 1 $ US kostet und bis zu 50 % des Feuerholzes verglichen mit einem offenen Feuer ein-

spart, oder den aus Metall hergestellten Jiko Kocher (Abbildung 13 rechts) [UNHCR, 2002].

3.2 BiogasDer Prozess der anaeroben Vergärung kann gut im ländlichen Raum genutzt werden, da durch

Viehhaltung genügend verwendbares Substrat zur Verfügung steht. Das Biogas wird meist als

Brenngas zum Kochen verwendet. Der Gärrückstand ist ein guter Dünger.[Preston, T.R. & Rodrí-

guez, L., 2002] Es stehen verschiedene Systeme zur Auswahl, die am weitesten verbreiteten sind

13

Abbildung 14: die am weitesten verbreiteten Typen von Biogasreaktoren in Entwicklungsländern; Quelle: [FAO, 1992]

Abbildung 13: Verbesserte Kocher aus Lehm oder Metall; Quelle: [UNHCR, 2002]

chinesisches Modell

taiwanesisches Modell

der chinesische Biogasreaktor mit starrer Kuppel, der indische mit schwimmender Kuppel, und ein

aus Taiwan stammendes Design in Form eines länglichen Plastikschlauches. Abbildung 14 zeigt

Grafiken der verschiedenen Modelle. Der chinesische und indische Typ wurden durch Regierungs-

programme massiv gefördert und haben weite Verbreitung in den jeweiligen Ländern gefunden.

Leider sind sie relativ aufwendig in der Konstruktion und dementsprechend teuer. Der chinesische

Typ ist häufig, da die Kuppel gemauert ist und beim indischen Typ macht die Kuppel aus Metall

oder Glasfaser fast die Hälfte der Kosten aus. [FAO, 1992]. Als preiswerteste und einfachste Alter-

native hat sich das taiwanesische Modell herausgestellt. Es wurde vereinfacht und an lokale Ver-

hältnisse angepasst. Heutzutage wird als Material für den Schlauch verbreitet Polyethylen eingesetzt

[An, B. X. et al., 1997a]. Die Kosten sind so niedrig, daß lokale Bauern in Vietnam und Kambo-

dscha ihre Anlagen selbst finanzieren können und der Aufbau ist so einfach, daß die Bauern sich

gegenseitig bei der Konstruktion und Wartung helfen können. In Vietnam sind die Materialkosten

pro m³ Fassungsvermögen bei etwa 7 $ US was für einen 5,4m³ Reaktor eine Materialpreis von

37,8 $ US ergibt. Die Schläuche haben meist einen Durchmesser von 80 cm – 125 cm (je nach auf

dem Markt verfügbarem Material) und eine Länge von 3 m – 10 m [An, B. X. et al., 1997a]. Die

Dimensionierung richtet sich nach der verfügbaren Substratmenge und der geplanten Aufenthalts-

zeit im Reaktor. Diese wiederum richtet sich nach der Temperatur und liegt bei durchschnittlich 30

Tagen. Die besten Gasausbeuten erzielt man bei einer Beschickung mit 2 kg TM / Tag. Dabei ist so-

viel Wasser zuzufügen, daß ein TM-Gehalt von 6 - 8 % zustande kommt. Eine Faustregel besagt,

14

Abbildung 15: Schema des Aufbaus eines Polyethylen-Schlauch-Bioreaktors in ländlichen Gebieten; Quelle: [SHI, 2004]

Tabelle 2: Input und Output von 31 Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam; Quelle: [An, B. X. et al., 1997b]

daß der Mist von 4 – 5 Schweinen aus, um eine vier- bis fünfköpfige Familie mit genug Gas zum

Kochen zu versorgen[An, B. X. und Preston, T. R., 1999]. Tabelle 2 zeigt typische Betriebsparame-

ter von Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam, wo sie einen weite Verbreitung gefun-

den haben. Ein weiterer Vorteil von Biogasreaktoren ist der Gärrückstand, der als Flüssigdünger

entweder in einen Teich geleitet werden kann, um Wasserpflanzen und Fische zu produzieren oder

auf Felder und Beete aufgebracht wird. Pathogene und Geruch werden im Prozess dezimiert. [Pre-

ston, T.R. & Rodríguez, L., 2002]. Abbildung 15 zeigt den einfachen Aufbau einer Biogasanlage

mit Plastikschlauchreaktor.


Die oben besprochenen preiswerten Plastik-Biogasreaktoren können überall eingesetzt werden,

wo Vieh gehalten wird und der Dung gesammelt werden kann. Auch Latrinen können an das Sys-

tem angeschlossen werden. Eine entscheidende Rolle spielt die Temperatur. Je kühler es ist desto

langsamer geht der Prozess vonstatten. In Höhenlagen mit starken Temperaturschwankungen zwi-

schen Tag und Nacht wird der Prozeß deutlich verlangsamt. Weiterhin muß genügend Wasser vor-

handen sein, um die entsprechende Menge an Flüssigkeit hinzuzufügen.

3.3 SolarthermieDie Solarthermie bietet viele Möglichkeiten mit geringem technischem und finanziellem Auf-

wand die Energiebedürfnisse der Menschen ruraler Gebiete in Entwicklungsländern zu befriedigen.

Wasser kann erhitzt aber auch gereinigt und entsalzt werden. Feldfrüchte können getrocknet und so

konserviert werden oder die Wärme läßt sich Kälte umwanden mit der man einen Kühlschrank be-

treiben kann.

3.3.1 Warmwasserbereitung

Warmwasserbereitung wurde in Kapitel 2.1.1.1. schon besprochen und die einfachste und preis-

werteste Alternative ist es, ein schwarz angestrichenes und mit Wasser gefülltes Fass oder einen

schwarzen Schlauch in die Sonne zu legen. Eine Schwerkraftanlage als Dachinstallation kann flie-

ßendes warmes Wasser ins Haus liefern. Allerdings braucht man dafür eine Pumpe oder eine Was-

serleitung mit Druck um das kalte Wasser in den Tank auf das Dach zu bringen. Oft sind solche

Voraussetzungen nicht gegeben, und warmes Wasser zum Duschen stellt schließlich auch nicht die

oberste Priorität dar. Viel wichtiger ist das Abkochen oder mindestens das Pasteurisieren (bei über

65° C) von mit Keimen belastetem Trinkwasser. Es können 3,1 % (1,7 Mio) der weltweiten Todes-

15

fälle pro Jahr auf unsauberes Trinkwasser zurückgeführt werden wobei 99,8 % davon auf Entwick-

lungsländer entfallen und 90 % der Betroffenen Kinder sind [WHO, 2002].

3.3.2 Solarkocher

Solarkocher können verwendet werden, um Wasser abzukochen oder zu pasteurisieren, und na-

türlich zum Zubereiten warmer Speisen. Es gibt sehr viele unterschiedliche Modelle aber im Grunde

kann man sie alle in 3 Kategorien unterteilen: Boxkocher, Konzentrationskocher und Kollektorko-

cher. Abbildung 16 zeigt schematisch den Aufbau der drei Typen und erklärt kurz ihre Funktions-

weise. Dabei ist zu beachten, daß Konzentratorkocher nur mit direkter Sonnenbestrahlung funktio-

nieren, während Box- und Kollektorkocher auch diffuse Strahlung noch in Wärme umwandeln kön-

nen, und diese auch besser speichern, als der zu allen Seiten der Konvektion ausgesetzte Konzentra-

torkocher. Gute Solarkocher können Temperaturen von bis zu 198° C erreichen, Wasser in 6 Minu-

ten von 40° C auf 96° C erhitzen und bis zu 65 l Wasser am Tag kochen

[GTZ, 1999]. Ein weiterer Vorteil ist, daß sie nicht beaufsichtigt werden müssen, da die Temperatu-

ren nicht ausreichen, um Gerichte anbrennen zu lassen. Die meisten Modelle sind durch lokale

Handwerker und mit lokalen Materialien preiswert herstellbar, wobei es auch zwischen ihnen große

Preis- und Qualitätsunterschiede. Nachteilig sind die oft langen und unvorhersehbaren Kochzeiten

und die Einschränkung der Nutzungmöglichkeit auf den Tag. Es gibt es zuweilen kulturelle Barrie-

ren, Kochgewohnheiten an diese Einschränkungen anzupassen. Daher erfolgt die Nutzung von So-

larkochern zumeist in Ergänzung mit anderen Energiequellen[GTZ, 1999].

16

Abbildung 16: Die 3 verschiedenen Grundmodelle von Solarkochern; Quelle: [GTZ, 1999]

3.3.3 Solartrockner

Solartrockner können eingesetzt werden um Erntegut zu trocknen und so zu konservieren. Die

einfachste Form der Solartrocknung ist das Ausbreiten des Erntegutes auf einer Asphaltstrasse oder

das Aufhängen an Gestellen. Diese Methoden haben aber den Nachteil, daß das Erntegut nicht vor

Schädlingen oder erneuter Feuchtigkeitsaufnahme geschützt ist. Solartrockner im engeren Sinne

kann man in direkte und indirekte einteilen. Bei der direkten Trocknung trifft das Sonnenlicht direkt

das Trocknungsgut (vgl. die linke und mittlere Skizze aus Abbildung 17) während bei der indirek-

ten Trocknung nur die aufgeheizte Luft zum Trocknen genutzt wird (vgl. rechte Skizze aus Abbil-

dung 17). Um den Trocknungseffekt zu verbessern und die Trocknung zu beschleunigen können

Ventilatoren eingesetzt werden, um den Luftstrom zu erhöhen. Allerdings wird für den Ventilator-

betrieb auch elektrischer Strom gebraucht.

3.3.4 Solardistillen

Solardistillen können salziges oder brackiges Wasser destillieren und somit trinkbar machen.

Der Aufbau ist einfach und anhand von Abbildung 18 leicht zu erklären. Die Sonnenstrahlung A

trifft durch das transparente Dach D auf das Wasser B und erwärmt es im flachen, schwarz angestri-

chenen Bassin. Das Wasser verdampft und

kondensiert am Dach D. Von dort läuft es in

die umlaufende Auffangrinne C und kann am

Ausfluß gesammelt werden. Beim Bau ist

darauf zu achten, das ganze System mög-

lichst dicht zu konstruieren, damit kein Was-

serdampf nach außen entweichen kann und

so verloren geht.

3.3.5 Solare Kühlung

Solare Kühlung ist ein interessante Möglichkeit Wärme in Kälte umzuwandeln. Durch Kühlung

werden Nahrungsmittel und Medikamente vorm Verderb geschützt. Das hat insbesondere Vorteile

17

Abbildung 17: Drei verschiedene Solartrockner; Quellen: [TOOL, 1990] [ITDG, ohne Jahr]

Abbildung 18: Schemaskizze einer Solardistille für Wasser; Quelle:[TOOL, 1990]

für Landwirte, die ihr Gemüse und Obst nicht auf einmal verkaufen können. Eine sehr einfache und

elegante Lösung für solare Kühlung wurde in Nigeria von Mohammed Bah Abba erfunden. Ein

Tonkrug wird in einen anderen gestellt und zwischen den beiden befindet sich eine Schicht mit

feuchtem Sand. Das Wasser verdunstet an der Außenwand des äußeren Topfes und erzeugt Ver-

dunstungskälte im Inneren. So lassen sich z.B. Tomaten statt zwei Tage drei Wochen lang frisch

halten. [Greenpeace, 2001] Andere Systeme arbeiten als Absorptions- oder Adsorptionskältema-

schinen mit Kühlmitteln in geschlossenen Kreisläufen. In einer Absorptionskältemaschine wird ein

Kältemittel unter Wärmezugabe aus einem Lösungsmittel ausgetrieben und im Kondensor wieder

kondensiert. Danach verdampft es im Verdampfer unter Aufnahme von Wärme aus dem zu kühlen-

den System und löst sich wieder im Lösungsmittel. In einem solchen System kann die Wärme bei

herkömmlichen Campingkühlschränken oder Hotelminibars von einer Gasflamme, elektrisch er-

zeugter Wärme oder anderen Verbrennungsporzessen kommen aber natürlich auch aus einem Solar-

kollektor. Am häufigsten ist die Verwendung von Lithiumbromid als Lösungsmittel und Wasser als

Kühlmittel für Kühlung bis max. 3° C und Wasser als Lösungsmittel mit Ammoniak als Kühlmittel

für tiefere Temperaturen. Eine Adsorptionskältemaschine arbeitet mit einem Feststoff als Adsor-

bens des Kühlmittels. Nachdem das Adsorbens mit dem Kühlmittel gesättigt ist, wird es durch Wär-

mezufuhr wieder ausgetrieben. Am häufigsten wird Silicagel oder Zeolith als Adsorbens verwendet.

Beide Systeme haben den Vorteil daß sie wenige bewegliche Teile haben und so relativ wartungs-

frei und stabil laufen.


Die Möglichkeit der solarthermischen Nutzung der Sonnenenergie ist im Gebiet der Tropen und

Subtropen prinzipiell überall möglich und effektiv. Problematisch ist es selbstverständlich, wenn

eine Wolkendecke oder ein Baumkronendach den Ort beschattet.

3.4 FotovoltaikEine Fotovoltaikanlage besteht meistens aus dem Solarmodul, einer Batterie mit Laderegler und

(wenn nicht nur Gleichstromgeräte genutzt werden sollen) einem Wechselrichter für 220 V oder

110 V Wechselstrom. Der wichtigste Vorteil von Fotovoltaikanlagen ist die Möglichkeit, den aus

der Sonnenenergie gewonnenen Strom in Akkumulatoren zu speichern und dadurch auch dann nut-

zen zu können, wenn die Sonne nicht scheint. Manche Anwendungen können auch ohne Batterie

betrieben werden, wenn sie nur am Tag laufen müssen. Ein Beispiel dafür sind Wasserpumpen, die

am Tag das Wasser in einen Tank pumpen, von dem aus es jederzeit weitergeleitet werden kann.

Dies ist vor allem für die Beleuchtung von Bedeutung. In tropischen Ländern wird es relativ früh

18

(etwa 19:00) dunkel und die Menschen ohne Netzanschluß sind auf Kerzen, Öl- und Kerosin- oder

Gaslampen angewiesen. Der Treibstoff für diese ist jedoch teuer und speziell Öl- und Kerosinlam-

pen brennen nicht so hell und emittieren Ruß und schädliche Gase. Elektrische Energie ist für die

Beleuchtung am besten geeignet. Eine weitere wichtige Verwendung von Strom findet sich beim

Betrieb von Radios, Funkgeräten und auch Fernsehgeräten. Natürlich kann man auch jedes andere

elektrische Gerät mit Strom aus einer Fotovoltaikanlage betreiben, braucht dann aber gegebenen-

falls ein größeres Modul, um die Leistung bereitzustellen. Hier ist allerdings der Preis der begren-

zende Faktor. Nach einer eigenen Marktrecherche kosten Solarmodule zur Zeit etwa 4 $ US/W. Es

gibt viele Entwicklungsprojekte in deren Rahmen Solarmodule in Entwicklungsländer geliefert

werden aber meist ist die Technik fremdfinanziert und somit zwar eine Verbesserung für die be-

schenkten Gemeinden oder Familien aber keine Option für die Gesamtheit der vom Energiemangel

betroffenen Bevölkerung. Obwohl eine Fotovoltaikanlage keine laufenden Kosten verursacht und

deshalb langfristig der Preis je Energieeiheit billiger ist als bei den traditionellen und konventionel-

len Alternativen, schrecken die meisten Verbraucher in den Entwicklungsländern vor den hohen In-

vestitionskosten zurück. Ein interessantes Projekt wird vom Verein afghanischer Ingenieure und

Techniker in Deutschland e.V. betrieben. Der Verein entwickelte eine Solarlampe im Gehäuse einer

traditionellen Öllampe

(vgl. Abbildung 19). Zwei 6 V Akkus

im Fuß der Lampe werden von einem

4,5 W, 6 W oder 9 W Solarmodul am Tag

aufgeladen und bringen die 12 V (5 W,

7 W oder 9 W) Energiesparlampe in der

Nacht zum Leuchten. Es ist ein Stecker für

ein Radio eingebaut, das gleichzeitig be-

trieben werden kann. Die Lampe wird in

Afghanistan zusammengebaut und der La-

deregler auch von Einheimischen zusam-

mengelötet und nur das Modul und die Energiesparlampe werden importiert. Das ganze Set kostet

60 €. Zuerst wurde die Lampe subventioniert in den Markt eingeführt mit einer Garantie und einem

Rückgaberecht. Seit sich die Technik als zuverlässig herausgestellt hat findet die Lampe in der

Hauptstadt auch zum Herstellungspreis Abnehmer und wird nur noch auf dem Land durch den Ver-

ein zu 50% subventioniert an Familien verkauft. Diese Lampe amortisiert sich beim Ersatz von

Lampenöl schon nach etwa 1 Jahr und spart auch die Kosten für den Batteriebetrieb von Radios ein

19

Abbildung 19: Solarleuchte des Vereins afghanischer Ingenieure und Techniker in Deutschland e.V; Quelle: http://www.afghan-vait.de/

[Solarenergie für Afrika, 2004].Größere Anlagen werden hauptsächlich für die Versorgung von Ge-

meindezentren oder Krankenstationen benutzt, da die Investition für einzelne Familien zu hoch ist.

3.4.1 StandortvorraussetzungDie einzige Standortvorraussetzung ist ein unbeschatteter Stellplatz für das Solarmodul. In tro-

pischen Entwicklungsländern liegt die durchschnittliche tägliche Sonneneinstrahlungen zwischen 4

und 5,5 kWh/m² [GTZ, 2002] Wenn man einen Wirkungsgrad von 13 % für Solarzellen aus poly-

kristallinem Silizium annimmt, dann kann man 0,52 – 0,75 kWh pro m² Solarzellenfläche an Ener-

gie am Tag gewinnen. Ein 1 m² Modul mit 130 W würde also ausreichen um 9 – 13 Energiespar-

lampen (Marke Steca: 12 V, 11 W, 900 mA, 550 lm) für 5 Stunden am Tag mit Energie zu versor-

gen oder sogar mittels eines Wechselrichters größere Geräte zu betreiben. Der Preis dafür läge bei

4 $ US/W aber schon bei 520 $ US dazu kommen noch die Batterien, Laderegler, Kabel und natür-

lich die Lampen. Wenn man großzügig rechnet kommt man auf einen Betrag von etwa 1000 $ US.

Nach der Anfangsinvestition fallen allerdings außer dem Tausch von Batterien keine weiteren Kos-

ten an und die Lebensdauer von einer Fotovoltaikanlage wird auf 20 Jahren kalkuliert. In dieser Zeit

würden 3796 – 5475 kWh Energie produziert. Im Mittel würde also eine kWh 0,22 $ kosten.

3.5 WasserkraftDa es hier um den Einsatz in kleinem Maßstab in ruralen Gebieten geht, werde ich mich auf Mi-

cro- (-100 kWel) und Picoanlagen (-5 kWel) zur Generation von Strom und auf die direkte mechani-

sche Nutzung der Wasserkraft konzentrieren. Die Wasserkraft hat den Vorteil, daß sie relativ kon-

stant zur Verfügung steht und somit einen konstante Leistung abgeben kann. Es können mit lokal

hergestellter Technik und entsprechendem Höhenunterschied und Wassermassenstrom große Leis-

tungen erzeugt werden, mit denen kleine Dörfer elektrifiziert und Kleinindustrie mit Energie ver-

sorgt werden kann. Direkte mechanische Arbeit kann von der Turbinenwelle oder von der Achse

des Wasserrades über ein Getriebe oder Transmissionsriemen an Mühlen, Sägewerke Pumpen und

ähnliche Abnehmer weitergeleitet werden.

20

3.5.1 Elektrischer Strom

Strom kann erzeugt werden, indem ein Generator an die Turbine bzw. das Wasserrad ange-

schlossen wird. Es gibt es eine sehr große Vielfalt von Anlagen und sie müssen immer an die Was-

serverhältnisse vor Ort angepasst sein. Die meisten Microhydroanlagen arbeiten mit Gleichdruck-

turbinen, da diese bei Außendruck arbeiten und deshalb keine aufwendigen Druckkapseln brauchen.

Die Technik ist einfache in lokalen Werkstätten herzustellen, und in der Regel einfach zu warten.

Außerdem sind diese Turbinen weniger anfällig für Verschleiß durch Sand und andere Wasserver-

unreinigungen [ESHA; 2006]. Eine elektrische Microhydroanlage setzt sich meist aus den folgen-

den Komponenten zusammen (vgl. Abbildung 20):

– Eventuell ein Wehr oder ein Damm

– Kanal oder Becken, der das Wasser vom Fluss ab-zweigt

– Becken in dem Sediment gefiltert wird

– Fallrohr das das Wasser der Turbine zuführt.

– Turbine

– Übersetzung

– Generator

– Elektronischer Leistungs-regler mit Ballast

– Leitungen

– elektrische Verbraucher

Es können Wechselstrom- und Gleichstromgeneratoren angetrieben werden. Wechselstrom hat

den Vorteil, daß er ohne große Verluste durch Kabel über größere Distanzen zu den Verbrauchern

geleitet werden kann, während Gleichstrom den Vorteil hat, daß er sich in Batterien speichern lässt.

Ein System mit Batterien hat den Vorteil, daß man kurzzeitig viel größere Spitzenleistungen abneh-

men kann als durch den Generator erzeugt werden können. Einen Leistungsregler mit zuschaltbarer

Ballastleitunng braucht man, weil die verbrauchte Leistung möglichst konstant gehalten werden

muss, damit sich die erzeugte Spannung und Phasenfrequenz nicht bei steigender Belastung ändern.

Turbinen können fertig gekauft oder mit einigem Aufwand von erfahrenen Handwerkern selbst her-

gestellt werden. Es können auch handelsübliche Pumpen als Turbine/Generator betrieben werden

[NRCan, 2004]. Als Generatoren verwendet man Synchrongeneratoren, Assynchrongeneratoren,

21

Abbildung 20: Schema einer Mikrowasserkraftanlage; Quelle: [Maher, P. & Smith, N. ,2001]

Assynchron-Drehstrommotoren (als Generator), KFZ-Lichtmaschine für 12 V Gleichstrom oder an-

dere selbstgebaute Generatoren [Maher, P. & Smith, N. ,2001]. Generell ist die Nutzung von Was-

serkraft mit einer hohen Anfangsinvestition von durchschnittlich 956 $ US / kW mech und

3085 $ US / kW elekt verbunden.[Department for International Development, UK, 2000]. Allerdings

wurden viele erfolgreiche Projekte durchgeführt die sich als ökonomisch sinnvoll erwiesen haben

indem sie den Bewohnern der elektrifizierten Dörfer neue Einkommensquellen erschlossen haben.

Die lokale Organisation SIBAT half 1994 die 32 Haushalte des Dorfes Ngibat auf den Philippinen

an eine 5 kW Anlage anzuschließen. Jetzt hat jede Familie 40 W, um abends bei elektrischem Licht

länger ihren Tätigkeiten nachgehen zu können. Ausserdem erleichtert die kommunale Reismühle

Frauen und Kindern die Arbeit des täglichen Reismahlens und lokale Handwerker haben Energie

für Schmiedearbeiten, eine Bohrmaschine und den Betrieb anderer elektrischer Werkzeuge. Eine

Zuckerrohrpresse wird direkt angetrieben und bietet jetzt eine neue Haupteinkommensquelle für 26

Haushalte. Jede Familie bezahlt 0,45 $ US/Monat für Reperaturen und Wartung der Anlage. Dieser

Tarif ist etwa 15 – 20 mal geringer als der Preis für Netzstrom. [Malanes, M. , ohne Jahr]

3.5.2 Mechanische Energie

Die mechanische Energie des Wassers kann

auch anders als über Wasserräder oder Turbinen

genutzt werden. Besonders interessant ist dabei die

Möglichkeit mithilfe der einem Fluß oder Bach ei-

genen Strömungsenergie einen Teil des Wassers

um ein vielfaches höher zu pumpen, als das ur-

sprüngliche Niveau des Fließgewässers. Dazu kann

man entweder eine Turbine mit einer Pumpe kop-

peln oder einen sog. hydraulischen Widder oder

Staudruck-Wasserheber nutzen. Das Funktionsprin-

zip des hydraulischen Widders basiert auf der Stoß-

energie, die eine plötzlich in einem Rohr gestoppte Wassermenge auf ein Ventil ausübt. Der Aufbau

ist sehr einfach mit nur zwei beweglichen Ventilen, dem Auslaßventil und dem Druckventil. Abbil-

dung 21 veranschaulicht den Aufbau und die Funktionsweise. Mit dieser Formel kann man die Leis-

tung eines hydraulischen Widders bestimmen:

22

Abbildung 21: Funktionsweise eines hydraulischen Widders; Quelle: http://www.lifewater.ca/ram_pump.htm (01.09.2006)

D=(S H E)/L [US AID, 1982] (3)

Darin sind:

D = gepumpte Menge Wasser in 24 Stunden [l]

S = Zugeführte Wassermenge [l/s]

H = Höhenunterschied zwischen Zulauf und Pumpe [m]

E = Wirkungsgrad der Pumpe (für kommerzielle Modelle 0.66, für selbstgebaute 0.33 )

L = Höhenunterschied des gepumpten Wassers

3.5.3 StandortvorraussetzungWasserkraft ist fast überall nutzbar, wo Wasser fließt. Allerdings sollte für eine größere Anlage,

die kontinuierlich Strom erzeugen soll, auch der Wasserfluss im Jahresverlauf kontinuierlich sein.

Schwankungen im Wasserpegel kann man je nach Aufwand mit einem Damm oder Wehr ausglei-

chen. Ein solches Bauwerk kann aber sehr teuer werden und ist in ruralen Gegenden von Entwick-

lungsländern oft keine Option für die Menschen. Ein grober Richtwert für eine ökonomisch sinn-

volle Nutzung ist eine Mindestfallhöhe von 1 m oder ein Mindestwasserfluss von 0,6 l/s [NRCan,

2004]. Dabei sollte der jeweils andere Wert deutlich höher als sein Minimum liegen.

3.6 WindenergieWindturbinen können in Größen von einigen Zentimetern Rotordurchmesser und wenigen Watt

elektrischer Leistung bis hin zu Multimegawattanlagen mit über 80 m Rotordurchmesser gebaut

werden. Die Dimension des Projektes richtet sich nach dem geplanten Einsatzbereich, den finanziel-

len Möglichkeiten und den lokalen Windverhältnissen. Windturbinen haben den Vorteil in kleinen

Ausführungen relativ einfach aus Holz gefertigt werden zu können. Als Generator kann eine alte

KFZ-Lichtmaschine oder Motoren dienen. Generatoren können sogar komplett selbst gebaut und

gewickelt werden. Der große Nachteil bei Windenergie ist die Unzuverlässigkeit der Stromerzeu-

gung. In den Industrieländern sind die großen Anlagen direkt ans Netzt angeschlossen und liefern

nur Strom ab, wenn die Windverhältnisse stimmen. In Gegenden, wo die Windenergie nicht am

Netzt betrieben wird und keine zweite zuschaltbare Energiequelle wie z.B. ein Dieselgenerator exis-

tiert, ist deshalb eine Ausführung mit Batterien, Laderegler und eventuell Wechselrichter die einzig

sinnvolle Installation, wenn man konstante Stromabnehmer installieren will. Natürlich kann man

bei bestimmten, nicht notwendigerweise kontinuierlichen Prozessen, auch ohne Batterien auskom-

men, wenn z.B. Wasser in ein Reservoir gepumpt werden soll. Bei dieser Anwendung kann man

auch ganz auf den Generator verzichten und direkt die mechanische Energie der Windturbine über

ein Getriebe an eine Pumpe weiterleiten. Bei diesem mechanischen Einsatz muß das Windrad aller-

23

dings direkt über der Brunnenbohrung oder zumindest in unmittelbarer Nähe stehen. Wenn man

Wechselstrom mit hohen Spannungen produziert, kann man die Energie über größere Distanzen zur

Pumpe leiten. Das ist zum Beispiel in hügeligem oder bergigem Gelände von Vorteil, da gewöhn-

lich höhere Windgeschwindigkeiten auf den exponierten Erhebungen vorherrschen, das Wasser

aber meistens im Tal oder der Senke gepumpt wird. Abbildung 22 zeigt ein mechanisches und ein

elektrisches System. Dabei fällt auf, daß bei dem mechanischem System der Rotor viel mehr Blätter

hat. Daraus folgt eine langsamere Drehgeschwindigkeit und eine schlechterer Wirkungsgrad aber

ein höheres Anfangsdrehmoment, das beim mechanischen Betrieb wichtig ist.

3.6.1 StandortvorraussetzungDie wichtigste Standortvorraussetzung ist eine möglichst gleichmäßige Windgeschwindigkeit

und die Möglichkeit die Windturbine außerhalb vom Windschatten und -wirbeln hoher Bäume, Ber-

ge oder ähnlicher Objekte aufzustellen. Je nach Windverhältnissen installiert man unterschiedliche

Turbinen. In der Mongolei sind z.B. etwa 130.000 Kleinwindturbinen (meist 50 – 200 W) in No-

mandenfamilien im Betrieb und versorgen so etwa 500.000 Menschen mit Licht und Telekommuni-

kation. [Goldemberg, J. et al., 2000]

24

Abbildung 22: mechanische und elektrische Windkraftanlagen zum Betrieb von Wasserpumpen; Quelle:[NREL, 2003]

4 Empfehlungen für verschiedene typische StandorteIm Folgendem möchte ich sieben typische Standorte bzw. Klimaregionen in den Tropen und

Subtropen näher charakterisieren. Ausgehend von den Standortcharakeristiken werde ich die am

besten geeigneten Techniken aus Kapitel 3 für die Bedürfnisfelder Trinkwasser, Kochen, Beleuch-

tung, Telekommunikation, Kühlung und Kleinhandwerk bzw. -industrie empfehlen. Zur Charakteri-

sierung der Standorte werden exemplarisch die Klimadaten von Orten herangezogen, die sich in der

jeweiligen Klimaregion befinden. Die beigefügten Klimadiagramme geben einen schnellen Über-

blick über die Grundklimadaten, wobei das Buchstabenkürzel über dem Diagramm die Zuordnung

zu einer Klimaregion nach Köppen ermöglicht (siehe Anhang für eine Weltkarte der Klimaregionen

nach Köppen und der zugehörigen Legende).

4.1 Küstenwüsten

4.1.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Antofagasta

in Chile wählen. Sie liegt auf 23° 39 ´Süd und 70° 24´ West am

pazifischen Ozean. Die jährliche Niederschalgsmenge liegt bei

nur 2 mm und die durchschnittliche Temperatur bei 16,3° C.

Der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht beträgt

etwa 6° C und der Regen fällt im Zeitraum zwischen Juni und

August (siehe Abbildung 23). Die tägliche Sonneneinstrahlung

liegt bei etwa 7 Stunden und der Wind weht mit 4 m/s. [stadtkli-

ma.de]

4.1.2 EnergieoptionenTrinkwasser ist wegen der geringen Niederschläge ein großes Problem. Es kann jedoch in

Küstennähe Meerwasserentsalzung mit der in Kapitel 3.6. behandelten Solardistille oder ähnlichen

thermischen Solaranlagen relativ preiswert durchgeführt werden. Falls Grundwasser in erreichbaren

Tiefen vorhanden ist, kann ein mechanisches Windrad eine mechanische Pumpe oder eine Windtur-

bine direkt eine Wechselstrompumpe betreiben

Kochen mit herkömmlicher Biomasse ist problematisch wegen der spärlichen Vegetation.

Durch die starke Sonneneinstrahlung ist der Standort jedoch prädestiniert für Solarkocher (Kapitel

3.3.2.). Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß diese Kocher nicht den kompletten Energiebedarf

fürs Kochen decken können [GTZ, 1999]. Deshalb ist neben dem Einsatz der Solarkocher auch die

25

Abbildung 23: Klimadiagram von Antofagasta, Quelle: [Klimadiagramme.de]

Verwendung von optimierten Biomassekochern (Kap. 3.1.) zu empfehlen. Bei kleinen Biogasanla-

gen könnte das Problem auftreten, daß nicht genügend Wasser zum Beimischen vorhanden ist.

Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können am sinnvollsten mit Batterien betrieben

werden, die von einer Fotovoltaikanlage aufgeladen werden (Kap. 3.4.). Alternativ oder in Kombi-

nation damit können Windturbinen zum Aufladen der Batterien eingesetzt werden (Kap. 3.6.).

Kühlen kann man mit Sorptionskühlschränken, die solarthermisch angetrieben werden. Der Be-

trieb von elektrischen Kühlschränken erfordert eine viel größere und teurere Fotovoltaikanlage bzw.

leistungsstarke Windturbinen. Der direkte Betrieb von Wechselstromeismaschinen an Windanlagen

wird von [NREL, 1998] beschrieben. Für Haushalte können schon einfache Lösungen, wie be-

schriebene Tonkrug-Methode eine Verlängerung der Lagerdauer für Nahrungsmittel erzielen.

Kleinhandwerk und -industrie können mit thermischen Solaranlagen z.B. Meersalz gewinnen

und Fisch trocknen. Windturbinen können direkt Wechselstrom-Kompressions-Eismaschinen be-

treiben und so die Lagerung und den Transport von Fisch ermöglichen.[NREL, 1998].

4.2 Steppen und Savannen

4.2.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Ouagadou-

gou in Burkina Faso wählen. Sie liegt 12° 22 ´Süd und 1° 31

´ West auf einer Höhe von 309 m in der Sahelzone. Im Mittel

liegt die jährliche Niederschalgsmenge bei 786 mm und die

Temperatur bei 28,3° C. Es liegt eine ausgeprägte Regenzeit

von Mai bis Oktober vor und als Folge ist die Region saisonal

in den restlichen Monaten sehr trocken (siehe Abbildung 24).

Der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht beträgt

etwa 11° C.

4.2.2 EnergieoptionenTrinkwasser muß oft von entfernten Wasserstellen geholt werden. Der Betrieb von Pumpen

durch Windkraft entweder direkt mechanisch oder direkt mit Wechselstrom (Kap. 3.6.) in Verbin-

dung mit einem Wasserturm und einem Leitungsnetz ist sicherlich eine teure Option aber zur Ver-

sorgung ganzer Dörfer geeignet. Die saisonalen Niederschläge können durch Regenrinnen an Dä-

chern und Wassergräben an Hängen gezielt in unterirdische Tanks gelenkt und dort gespeichert

werden. Das Wasser kann in thermischen Solaranlagen bei 65° C pasteurisiert werden.

26

Abbildung 24: Klimadiagramm von Ouagadougou, Quelle: [Klimadiagramme.de]

Kochen mit Biomasse ist problematisch, da nur ein begrenztes Angebot an Feuerholz besteht.

Es sollten effiziente Kocher verwendet werden, die mit trockenem Dung, Gras und Abfallprodukten

betrieben werden können. Soweit möglich sollten Solarkocher eingesetzt werden. Falls Vieh gehal-

ten wird und das Sammeln von Dung nicht zu aufwendig ist können Biogasanlagen betrieben wer-

den (Kap. 3.2.) Eine Schulküche im Südsudan wird erfolgreich teilweise mit Biogas betrieben.[Ku-

ria Njoroge, D., 2002]. Ein Problem könnte dabei die ausreichende Beimischung von Wasser sein.

Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte müssen mit Strom betrieben werden und erfor-

dern daher eine kontinuierliche Stromquelle. Batterien können den Strom liefern. Sie werden von

einer Fotovoltaikanlage oder einer Windkraftanlage geladen. Die Dimensionierung des Systems

hängt immer von dem geplanten Verbrauch und den finanziellen Mitteln ab. Es können auch Gas-

lampen mit Biogas betrieben werden, was aber eine ausreichend große Biogasanlage voraussetzt.

Kühlen ist mit einfachen Methoden wie dem Krug-im-Krug-System durch die Verdunstungs-

kälte von Wasser zu erreichen. Für tiefere Temperaturen und die Herstellung von Eis sind thermisch

betriebene Sorptionskühlsysteme geeignet (Kap. 3.3.5.). Diese können entweder solarthermisch

oder mit einer Biogasflamme betrieben werden. Elektrisch betriebene Kühlsysteme setzen das Vor-

handensein von genug elektrischer Energie voraus.

Kleinhandwerk und -industrie können z.B. die mechanische Energie von Windrädern zum

Mahlen von Getreide und anderen agrarischen Verarbeitungsprozessen nutzen. Allerdings kann die-

se nicht kontinuierlich genutzt werden und hängt von den örtlichen Windverhältnissen ab.

4.3 Bergland

4.3.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Muktes-

war in Indien wählen. Sie liegt 29° 29 ´Nord und

79° 39 ´Ost auf 2311 m am Fuße des Himalaya. Im Mittel

liegt die jährliche Niederschalgsmenge bei 1301 mm und

die Temperatur bei 13,3° C. Es ist reichlich Niederschlag

vorhanden und es gibt eine Regenzeit in den Sommermona-

ten.(siehe Abbildung 25) Tag/Nacht-Temperaturunterschie-

de liegen bei etwa 10° C.

4.3.2 EnergieoptionenTrinkwasser ist in den meisten Bergregionen reichlich vorhanden aber oft ist der Wasserlauf

vom Dorf entfernt im Tal und das Wasser muss zum Dorf hinaufgepumpt werden. Für diesen

27

Abbildung 25: Klimadiagramm von Mukteswar, Quelle: [Klimadiagramme.de]

Zweck sind hydraulisch betriebene Pumpen geeignet (Kap. 3.5.2.). Ein erfolgreiches Projekt in Chi-

le installierte eine durch Wasserkraft angetriebene Pumpe, die 15.000 l pro Tag auf eine Höhe von

200 m pumpt, indem sie eine Höhendifferenz von10 m im Wasserlauf in Pumpenenergie umwan-

delt [Pizarro, R. & Arancibia, G., 2005]. Das Wasser kann solarthermisch pasteurisiert werden.

Kochen und Heizen mit traditioneller Biomasse sollte mit effizienten Öfen passieren. Wenn

Tiere gehalten werden, können Biogasanlagen zur Bereitstellung von Gas zum Kochen genutzt wer-

den (Kap. 3.2.). Solarkocher stellen, je nach lokaler Beschattungssituation, eine gute Ergänzung der

traditionellen Energieträger zum Kochen dar.

Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte sind auf elektrischen Strom angewiesen. Wenn

die Voraussetzungen gegeben sind kann eine Wasserkraftanlage einen kleines Dorfnetz mit Wech-

selstrom versorgen (Kap. 3.5.1.). Fotovoltaikanlagen können Batterien aufladen (Kap. 3.4.), sind

aber teuer und bei häufiger Bewölkung nicht effektiv. Windturbinen können an exponierten Stellen

aufgestellt werden und über Kabel Wechselstrom ins Dorf liefern, der in Gleichstrom umtransfor-

miert, Batterien aufladen kann.

Kühlen ist bei ausreichender elektrischer Energie mit Kompressorkühlschränken möglich. Al-

lerdings ist meist nicht so genug Energie vorhanden. Eine andere Option ist der direkte Betrieb ei-

nes Kompressorkühlschrankes über die mechanische Energie einer Wasserturbine. Der Betrieb von

Sorptionskühlschränken mit solarthermischer Energie oder Energie aus einer Biogasflamme ist

ebenfalls möglich.

Kleinhandwerk und -industrie stehen viele Möglichkeiten zur Verfügung, wenn eine Wasser-

kraftanlage installiert ist. Die mechanische Energie kann direkt zum Sägen, Mahlen, und für viele

andere maschinelle Prozesse genutzt werden. Ein interessantes Beispiel kommt aus Nepal, wo eine

35 kW Anlage eine 2,5 km lange Lastenseilbahn betreibt, die Lasten bis 150 kg in 15min in ein

Dorf befördert. Das erspart einen 6 stündigen Fußmarsch um die Güter ins Dorf zu transpotieren

und verbindet das Dorf besser mit dem Markt. Die Seilbahn läuft nur am Tag und in der Nacht wird

der erzeugte Strom in den 583 Haushalten zur Beleuchtung verwendet. Außerdem wird am Tag ein

Sägewerk und eine Mühle betrieben. [Department for International Development, UK, 2000].

4.4 Hochlandwüsten

4.4.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Oruro

in Bolivien wählen. Sie liegt 17° 46 ´Süd und

67° 29 West auf 3706 m in den Anden. Im Mittel liegt

28

Abbildung 26: Klimadiagramm von Oruro; Quelle: [wetter-und-klima.de]

die jährliche Niederschalgsmenge bei nur 372 mm und die Temperatur bei 10,7° C. Allerdings sind

die Temperaturschwankungen extrem und während am Tag die starke Strahlung der Sonne die Luft

auf über 20° C erwärmt, kommt es in den klaren Nächten zu Frösten, die teilweise unter -10° C rei-

chen. Der Niederschlag fällt in den Sommermonaten von Dezember bis März, wenn auch die höchs-

ten Temperaturen erreicht werden. (siehe Abbildung 26).

4.4.2 EnergieoptionenTrinkwasser muss aus Flüssen oder Seen gewonnen werden. Ist genügend Wind vorhanden,

kann das Wasser mit der mechanischen Energie oder dem direktem Wechselstrom aus einer Wind-

turbine gepumpt werden. Quer an Hängen angelegte Wassergräben können Erosion auf dem spär-

lich bewachsenen Böden verhindern und das Regenwasser in unterirdische Zisternen leiten. Zur Si-

cherheit kann das Wasser solarthermisch pasteurisiert werden.

Kochen kann ein Problem sein, da oft nicht genügend Feuerholz zur Verfügung steht. Deshalb

ist die Anwendung effizienter Biomasse- oder Holzkohlekocher zur besseren Ausnutzung der spär-

lichen Ressourcen besonders wichtig. Für Raumwärme genutzte Öfen sollten wegen der gesund-

heitsschädlichen Gase auf jeden Fall einen Kammin besitzen. Eine gute Ergänzung stellen Solarko-

cher dar, von denen sich vor allem Boxkocher gut zur lokalen Herstellung eignen. In Bolivien ein-

geführte Boxkocher verhelfen den Benutzern zu einer Einsparung von 40,1 % (Trockenzeit) und

35,5 % (Regenzeit) ihrer Brennstoffkosten [Szulczewski, M., 2006]. Biogasanlagen sind wegen den

extremen Temperaturschwankungen und vor allem bei Nachtfrösten nicht zu empfehlen.

Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können gut mit Strom aus aus Batterien betrie-

ben werden, die mit einer Fotovoltaikanlage oder einer Windturbine aufgeladen werden. Dabei ist

hervorzuheben, daß die solare Einstrahlung in großen Höhen stärker ist, da weniger Strahlung in der

dünneren Atmosphäre absorbiert wird. Das macht den Einsatz von Solarmodulen in diesen Gegen-

den, die auch wenig bewölkt sind, sehr effektiv. Windenergie ist aufgrund des geringeren Luft-

drucks und der daraus folgenden geringeren Dichte der Luft bei gleichen Windgeschwindigkeiten

weniger effektiv als im Tiefland. Falls ein geeigneter Fluß oder Bachlauf vorhanden ist kann natür-

lich auch Wasserkraft entweder zur Versorgung eines kleinen Dorfnetzes mit Wechselstrom oder

zum Aufladen der Batterien mit Gleichstrom genutzt werden.

Kühlen ist in diesem Klima wegen der kalten Nächte nicht schwierig. Über die Nacht können

die zu kühlenden Produkte in einer Kiste abkühlen und am Tag wird sie in den Schatten oder in ein

Loch in der Erde gestellt und eventuell noch mit Dämmmaterial nach außen hin isoliert. Ein solarer

Boxkocher lässt sich so wie eine Kühlbox benutzen. Andere Optionen sind der Betrieb von Sorpti-

29

onskühlschränken mit solarthermischen Anlagen oder Kompressionskühlschränken direkt mit der

mechanischen Energie aus Wasserturbinen.

Kleinhandwerk und -industrie kann von der Wasserkraft profitieren mit der verschiedene Ma-

schinen betrieben werden können. Sonst profitierten Handwerker und Kunsthandwerker vor allem

durch das elektrische Licht, das ihnen ermöglicht auch nach Einbruch der Dunkelheit noch produk-

tiv tätig zu sein. Frauen können dann z.B. abends noch stricken oder weben. Die Landwirtschaft

kann indirekt Solarenergie nutzen. So ist von der Preinkaischen Tiwanaku Kultur bekannt, daß sie

um ihre Felder Wassergräben angelegt haben, die unter anderem dazu dienten, die am Tag einge-

strahlte Sonnenenergie zu speichern und in den kalten Nächten wieder abzugeben. Dieses System

erzeugte ein Mikoklima, in dem die Pflanzen besser wachsen konnten. Heute kann man zu diesem

Zweck z.B. Gewächshäuser bauen.

4.5 Tropische Bergwälder

4.5.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Puyo in

Ecuador wählen. Sie liegt 1° 29 ´Süd und 78° 0´ West auf

950 m zwischen den Anden und dem Amazonastiefland. Im

Mittel liegt die jährliche Niederschlagsmenge bei 4477 mm

und die Temperatur bei 20,8° C. Es liegen kaum jahreszeitli-

che Schwankungen vor und man kann in Abbildung 27 nur

einen kleinen Anstieg der konstant hohen Niederschläge im

März und April erkennen.

4.5.2 EnergieoptionenTrinkwasser ist in diesem ständig feuchten Klima kein Problem und kann meist über Wasser-

leitungen aus höher gelegenen Wasserläufen ins Dorf geleitet werden. In ein solches System könnte

man auch einen einfachen Sandfilter einbauen. Falls das Wasser nur weiter unten im Tal fließt, muß

es gepumpt werden, was am besten durch hydraulisch angetriebene Pumpen (Kap. 3.5.2.) gelöst

werden kann. Wellblechdächer eigenen sich gut, um Regenrinnen mit Wasserfässern zu installieren

und so das Regenwasser zu sammeln

Kochen ist mit der ausreichend vorhandenen Biomasse vor Ort kein so großes Problem. Aller-

dings ist das verwendete Brennmaterial meistens nicht trocken genug und so geht Energie für die

Verdampfung der Feuchtigkeit verloren und das Feuer brennt nicht so heiß, was zu schädlichen

Verbrennungsgasen führt. Es sollten effiziente Kocher (in Innenräumen mit Kaminen ausgestattet),

30

Abbildung 27: Klimadiagramm von Puyo; Quelle: [Klimadiagramme.de]

verwendet werden. Eine gute Möglichkeit ist die Verwendung von Biogas zum Kochen. Die Tem-

peraturen sind günstig für den Prozess der anaeroben Vergärung und es kann mit einer sauberen

Flamme gekocht werden. Philippinische Bauern sehen die Vorzüge von Biogas in der Ersparnis

von Arbeit und Kosten für andere Brennstoffe, sauberen Kochtöpfen, bequemerem Kochen und der

Unterdrückung von Fäkalgeruch und Fliegen durch den Biogasreaktor [Moog, F.A. et al. 1997]. So-

larkocher eigenen sich eventuell nicht so gut wegen der häufigen Bewölkung. Allerdings kommt es

auf den Standort und die Jahreszeit an. Falls etwa zwei Stunden ununterbrochener direkter Sonnen-

einstrahlung gegeben sind, können auch Solarkocher benutzt werden.

Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können bei dem vorhandenen Wasserangebot

mit Strom aus einer Kleinwasserkraftanlage (Kap. 3.5.1.) sichergestellt werden. Dabei kommt es

auf die Größe des Projektes an, ob nur Batterien mit Gleichstrom aufgeladen werden können oder

das Dorf mit einem kleinen Wechselstromnetz ausgestattet werden kann. Je nach Anzahl der gehal-

tenen Haustiere ist eventuell auch genug Biogas vorhanden, um Gaslampen zu betreiben.

Kühlen kann man bis auf Temperaturen von etwa 10° C mit einfachen Verdunstungsmethoden,

wie der Krug-in-Krug-Methode. Falls tiefere Temperaturen benötigt werden, kann ein Kompressi-

onskühlschrank mit der direkten mechanischen Energie einer Wasserkraftanlage oder über die elek-

trische Energie, falls diese ausreichend zur Verfügung steht, betrieben werden. Sorptionskühl-

schränke kann man mit Biogas oder solarthermisch betreiben. Wenn beides nicht ausreichend zur

Verfügung steht, kann man sie auch mit Biomasse heizen.

Kleinhandwerk und -industrie stehen viele Möglichkeiten offen, sofern eine Wasserkraftanla-

ge installiert ist, die ausreichend mechanische Energie zum Betreiben von z.B. einer Zuckerrohr-

presse oder eines Sägewerkes liefert. Wenn genügend Strom produziert wird können auch elektri-

sche Werkzeuge eingesetzt werden. Natürlich profitiert das Handwerk auch von der Beleuchtung

bei Nacht.

4.6 Tropische Tieflandregenwälder

4.6.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Leticia in

Kolumbien wählen. Sie liegt 4° 28 ´Nord und

69° 56´ West auf 84 m im Amazonastiefland im Dreilände-

reck von Brasilien, Peru und Kolumbien. Im Mittel liegt die

jährliche Niederschlagsmenge bei 3298 mm und die Tem-

peratur bei 25,8° C. In Abbildung 28 kann man erkennen,

31 Abbildung 28: Klimadiagramm von Leticia; Quelle: [Klimadiagramme.de]

daß die Temperatur über das Jahr konstant bleibt und die Niederschläge von Mai bis August ein we-

nig abnehmen.

4.6.2 EnergieoptionenTrinkwasser ist reichlich vorhanden, aber es es ist oft nicht sauber. Um eine gute Qualität zu

erhalten, kann es gefiltert und/oder solarthermisch pasteurisiert werden. Eine weitere Möglichkeit

sauberes Wasser zu erhalten, ist die Nutzung von Regenwasser, das entweder von Dächern oder

speziell dafür aufgespannten Plastikplanen gesammelt wird. Man kann bei sehr verschmutztem

Wasser auch die Solardistille (Kap. 3.3.4.) benutzten.

Kochen ist durch das große Angebot an Biomasse traditionell auf offenem Feuer üblich. Aller-

dings muß das Holz geschlagen und getrocknet werden. Die Rauchgase einer unvollständugen Ver-

brennung sind giftig. Deshalb sollte zur Einsparung von Feuerholz und zur Verbesserung der Ge-

sundheit ein optimierter Ofen (Kap. 3.1.) benutzt werden. Eine komfortablere Lösung böte eine

Biogasanlage (Kap. 3.5.), falls Haustiere gehalten werden. Das Klima ist ideal für den Prozess der

anaeroben Vergärung. Solarkocher könnten auch Verwendung finden, würden aber sehr wahr-

scheinlich aufgrund ausreichend vorhandenem Angebot an Gratisbrennstoff von der Bevölkerung

nicht angenommen werden.

Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte werden mit Strom aus Batterien betrieben, die

von einer Fotovoltaikanlage aufgeladen werden können. Kleinwasserkraftanlagen sind nur möglich,

wenn der Fluß nicht zu breit ist und vor allem keine großen Jahreszeitlichen Pegelsschwankungen

aufweist. In dieser Region gibt es keine großen Höhenunterschiede und das Wasser fließt langsam

in großen Flüssen, was den Einsatz von Kleinwasserkraft nur beschränkt in wenigen Fällen sinnvoll

macht. Zur Beleuchtung können auch Bioagslampen genutzt werden, sofern genügen Biogas produ-

ziert wird. Falls sehr viel Biogas produziert wird, kann auch ein kleiner Motor damit betrieben wer-

den, wobei auf jeden Fall das H2S aus dem Biogas gefiltert werden muss. Falls sehr viel Biomasse

zur Verfügung steht, z.B. durch ein Sägewerk, kann diese im Pyrolyseprozess vergast werden und

das Gas kann fossile Brennstoffe beim Betrieb von Motoren ersetzen oder ergänzen [Teixeira Coel-

ho, S. et al., 2005]

Kühlen kann man entweder mit den einfachen passiven Verdunstungsmethoden, wie der Krug-

in-Krug-Methode oder,. wenn Eis erzeugt werden soll, mit Sorptionskühlschränken, die mit Biogas,

solarthermisch oder mit Biomasse betrieben werden. Falls ein Generator mit Pyrolysegasen betrie-

ben wird, kann ein Kompressionskühlschrank entweder mit dem generierten Strom betrieben wer-

den oder direkt am Motor laufen.

32

Kleinhandwerk und -industrie können sich entwickeln, wenn genügend elektrische Energie

vorhanden ist, um Wechselstromwerkzeuge zu benutzen. Falls Ein Motor mit Pyrolysegasen betrie-

ben wird, kann dieser auch direkt industrielle Prozesse antreiben.

4.7 Inseln und Küstenregionen

4.7.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Male auf

den Malediven wählen. Sie liegt 4° 10 ´Nord und

73° 30´ Ost im Indischen Ozean. Im Jahresmittel liegt die

jährliche Niederschalgsmenge bei 1949 mm und die Tem-

peratur bei 28° C. In Abbildung 29 ist eine Trockenzeit von

Januar bis März deutlich erkennbar. Die Temperatur ist

über das ganze Jahr fast konstant.

4.7.2 EnergieoptionenTrinkwasser kann ein Problem sein. Wenn das der Fall ist, sollte möglichst viel Regenwasser

aufgefangen werden. Falls das nicht ausreicht können Solardistillen (Kap. 3.3.4.) eingesetzt werden.

Auf einer kleinen Insel nahe Mauritius wurden erfolgreich Solardistillen eingeführt, die 3-7 l Trink-

wasser pro 20 l Meerwasser und Tag produzieren. Das erspart den Frauen vor Ort in regenarmen

Zeiten einen 3 – 5 Stunden Fußmarsch zu einer Quelle [UNDP, 2003] Falls ein Brunnen vorhanden

ist kann mit einer Windturbine das Wasser gepumpt werden, da in Küstenregionen meistens günsti-

ge Voraussetzungen für die Installation von Windenergie herrschen.

Kochen ist meist kein großes Problem mit der vorhandenen Biomasse. Allerdings sollten effizi-

ente Kocher eingesetzt werden um den Verbrauch an Biomasse und die damit verbundene Arbeit zu

senken. Es kann auch sehr gut mit Solarkochern gekocht werden. Biogas ist auch eine Option, so-

fern Tiere gehalten werden.

Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können mit Batterien betrieben werden, die

durch eine Windturbine aufgeladen werden. An Küsten sind die Voraussetzungen für Windenergie-

nutzung meist gut. Die Installation von Fotovoltaikanlagen zum Laden der Batterien ist auch mög-

lich. Falls viele Tiere gehalten werden, und eine entsprechende Biogasanlage installiert ist, kann das

Biogas auch zur Beleuchtung genutzt werden.

Kühlen ist entweder mit einfachen Methoden, wie der Krug-in-Krug Verdunstungstechnik oder

für tiefere Temperaturen mit Sorptionskühlschränken möglich. Die Sorptionskühlschränke können

entweder solarthermisch mit Biogas oder mit Biomasse betrieben werden. Falls eine ausreichend

33

Abbildung 29: Klimadiagramm von Male; Quelle: [Klimadiagramme.de]

große Windturbine installiert ist, kann auch ein Kompressionskühlschrank direkt mit der mechani-

schen Energie oder mit dem generierten Wechselstrom betrieben werden um Eis zu produzieren.

Kleinhandwerk und -industrie können vom Strom einer Windenergieanlage profitieren. Falls

genügend Biogas vorhanden ist, kann dieses in einem Motor genutzt werden. Das gleiche gilt für

ein reichliches Angebot an Biomasse, die in einer Pyrolyseanlage vergast und in einem Motor ge-

nutzt werden kann. Das elektrische Licht ermöglicht es desweiteren auch dem Kleinhandwerk in

den Abendstunden noch zu produzieren.

5 DiskussionDas Thema der Arbeit ist sehr weitläufig und klare Grenzen sind schwer zu ziehen. Ich wollte

vor allem eine Übersicht über einfache und preiswerte Techniken liefern, die mit minimalem Ein-

satz eine große Verbesserung der Lebensqualität für die Menschen vor Ort bringen. Deshalb habe

ich manche Techniken, wie die Pyrolyse von Biomasse oder auch die Herstellung von Pflanzenöl-

treibstoffen und Ethanol nicht tiefer erörtert. Ich bin auch nicht auf andere erneuerbare Energien,

wie Geothermie oder Gezeitenkraftwerke näher eingegangen, da diese nur an speziellen Orten oder

mit hohem technischem Aufwand genutzt werden können. Deshalb sind sie für meine allgemeine

Betrachtung zu vernachlässigen. Bei der Beschreibung der Techniken bin ich auch nur so weit ins

Detail gegangen, wie für den Leser sinnvoll ist, um die Funktionsweise zu verstehen. Ich habe nicht

versucht Rechnungen zur Dimensionierung und konkreten Planung von Anlagen zu integrieren, da

dies den Rahmen der Arbeit bei weitem gesprengt hätte. Solche Rechnungen sind aber extrem wich-

tig, so z.B. die Messung und Berechnung der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit, die Dimen-

sionierung der Turbine und des Generators bei Wasserkraftanlagen, die Kapazität von Biogasanla-

gen und die solare Einstrahlung. Ich konnte demzufolge im Kapitel 4 nur sehr allgemeine Empfeh-

lungen aussprechen, da es fast immer auch in gleichen Klimaregionen von Ort zu Ort unterschiedli-

che Parameter zu berücksichtigen gibt. Es ist auch schwierig den Einsatz von bestimmten Energien

an bestimmte Mindestwerte zu koppeln. Das macht in Industrieländern Sinn, wo andere Wirtschaft-

lichkeitsbedingungen, Energieverbrauchs- und Versorgungsmuster herrschen. In Entwicklungslän-

dern bringen aber oft schon sehr kleine Mengen von Energie (speziell elektrische) einen großen

Fortschritt, wenn man vielleicht mit einem kleinen selbstgebauten Windrad eine Batterie aufladen

kann und diese dann sparsam zum Betrieb einer Lampe benutzt, braucht man dafür nicht unbedingt

die gleichen Windverhältnisse, die auch ein großes Windrad in Deutschland zum wirtschaftlichen

Betrieb braucht. Gleiches gilt für die Dimensionen von Wasserkraft- oder Biogasanlagen. Fotovol-

taikanlagen stellen die einzige Hochtechnologie unter den beschriebenen Techniken dar. Sie können

nicht lokal in ruralen Gebieten hergestellt oder repariert werden. Allerdings sind sie einfach zu in-

34

stallieren, haben eine Betriebsdauer von über 20 Jahren und funktionieren zuverlässig ohne War-

tungsarbeiten. Bei der Wahl der 7 Klimaregionen habe ich mich vor allem auf die Topographie,

Küstennähe, Niederschlagsmenge und Temperatur als Parameter für möglichst unterschiedliche

Standorte in den Tropen und Subtropen konzentriert. Im Anhang habe ich eine Karte der Weltkli-

maregionen nach Köppen, die in deutlich mehr Klimazonen unterteilt ist, eingefügt. Im Anhang fin-

den sich auch Übersichtskarten der Globalen Sonneneinstrahlung und der Windgeschwindigkeiten,

die einen sehr groben Anhaltspunkt für die Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Techniken ge-

ben. Die meisten der besprochenen Technologien, wie z.B. Solarenergie, fast überall in den Tropen

nutzbar sind. Der Einsatz hängt stark von den lokalen Gegebenheiten aber auch und vor allem vor

allem von der Finanzierbarkeit ab und davon, ob eine technische Unterstützung des jeweiligen Pro-

jektes gewährleistet wird. Nicht zuletzt gibt es auch häufig kulturelle Probleme bei der Adaptation

neuer Techniken, vor allem, was so zentrale Bereiche wie dem Zubereiten der Nahrung betrifft.

Deshalb ist oft eine begleitende Aufklärungs- und Beratungskampagne nötig. Wenn eine Dorfge-

meinschaft gemeinsam mit Wasser oder Strom durch ein kleines Dorfnetzt versorgt werden soll,

müssen zuerst die Verantwortlichkeiten für den Betrieb und die Wartung und eventuell ein Tarifsys-

tem gemeinsam mit den Bewohnern erarbeitet werden. All diese Gesichtspunkte sind sehr wichtig

für die erfolgreiche Umsetzung eines Energieprojektes in ruralen Gebieten der Tropen und Subtro-

pen, und ihrerseits Thema verschiedenster ausführlicher wissenschaftlicher Arbeiten. Die Technik

ist nur ein, wenn auch zentraler, Baustein in einem solchen Projekt und ich hoffe mit dieser Arbeit

einen Überblick über die Möglichkeiten ihres Einsatzes gegeben zu haben.

6 ZusammenfassungIn der Arbeit konnte gezeigt werden, daß genügend regenerative Energie zur Verfügung steht,

um den Energiebedarf der Menschen in ruralen Gebieten der Tropen und Subtropen zu decken und

ihnen so Möglichkeiten für eine bessere Entwicklung und ein gesünderes Leben zu eröffnen. Ver-

besserte Biomassekocher reduzieren die Rauchbelastung und damit das Risiko von Atemwegser-

krankungen. Solarthermisch pasteurisiertes oder destilliertes Wasser reduziert Durchfallerkrankun-

gen und damit einen eine großen Faktor der Kindersterblichkeit. Solarthermisch betriebene Trock-

ner oder auch Kühlsysteme konservieren Lebensmittel und tragen so zu einer besseren Nahrungs-

versorgung und zu besseren Vermarktungsmöglichkeiten bei. Licht durch elektrischen Strom aus

Windkraft, Wasserkraft oder Fotovoltaikanlagen ermöglicht Schülern das Lesen auch nach Sonnen-

untergang und Handwerkern das Arbeiten. Mit Strom betriebene Radios, Funkgeräte, Fernseher und

eventuell Funktelefone ermöglichen einen Kontakt zur Außenwelt und damit zu Krankenhäusern,

Märkten, politischen Informationen etc. Durch Wasserkraft angetriebene Mühlen, Sägewerke und

35

ähnliches ermöglichen die Verarbeitung von Rohstoffen vor Ort was eine Wertsteigerung der Pro-

dukte bewirkt und mehr ökonomische Ressourcen und Arbeitsplätze ins Dorf bringt. Durch Wind

oder Wasserkraft gepumptes Wasser reduziert den Zeitaufwand fürs Wasserholen und macht diese

Zeit für andere Tätigkeiten verfügbar. Das gleiche gilt für den reduzierten Zeitbedarf fürs Feuer-

holzsuchen bei der Verwendung von Biogas oder Solarkochern (nicht zu vergessen die ökologi-

schen Folgen bei zu starker Nutzung der vorhandenen Biomasse). Die Verwendung einer Biogasan-

lage reduziert auch die Keim- und Geruchsbelastung durch Fäkalien und stellt zudem einen effekti-

ven Flüssigdünger zur Verfügung. All diese Techniken können die Lebensqualität der Menschen er-

heblich verbessern. Das breite Spektrum der verschiedenen Techniken und ihre Anpassungsfähig-

keit an lokale Gegebenheiten ermöglichen ihren Einsatz fast überall. Wo Wasser fließt können Mi-

krowasserkraftanlagen gebaut werden. Wo Wind weht pumpen Windräder Wasser oder generieren

Strom. Wo Tiere gehalten werden ist der Betrieb von Biogasanlagen möglich, und fast überall in

den Tropen und Subtropen kann die Solarenergie thermisch und/oder durch Fotovoltaikanlagen ge-

nutzt werden. Jede der Techniken ist geeignet in verschiedenen Größen und Kapazitäten installiert

zu werden. Mit Ausnahme der Fotovoltaikanlagen sind sie lokal herzustellen und generieren so

neue Arbeitsplätze und wirtschaftliches Wachstum, wenn sie erfolgreich etabliert werden können.

Es kann als Ergebnis festgehalten werden, daß der dezentrale Einsatz regenerativer Energien eine

zentrale Rolle bei der Entwicklung netzferner ruraler Gebiete der Tropen und Subtropen spielen

kann, wenn die politischen, wirtschaftlichen und pädagogischen Rahmenbedingungen für eine

Markteinführung und Verbreitung der Technologie stimmen.

Eidesstattliche ErklärungHiermit versichere ich, die vorliegende Arbeit selbständig verfaßt zu haben und keine anderen

als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt zu haben.

Göttingen den 29.09.2006

Unterschrift:

Arnd Zschocke

36

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Anhang

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durchschnittliche Windgeschwindigkeiten in m/s gemessen von 1976-1995 von NCEP/NCAR; Quelle: http://www.windatlas.dk/World/Index.htm

Quelle: Thomas B. Johansson et al., 2004: The Potentials of Renewable Energy - Thematic Background Paper, International Conference for Renewable Energies, Bonn 2004

regenerative energien, optionen zur entwicklung netzferner ruraler gebiete der tropen und subtropen

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