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Experiment mit Lenkdrachen: Fliegende Kraftwerke sollen Windenergie ernten

Von , Groningen

Es klingt wie die Idee eines Phantasten: Mit Lenkdrachen wollen Wissenschaftler die Windkraft revolutionieren. Die Fluggeräte arbeiteten effizienter, leiser und unauffälliger als Bodenturbinen, beteuern die Erfinder. In den Niederlanden ist bereits ein Prototyp in Betrieb.

Lenkdrachen-Konzept: Jagd auf die Kraft des Winds Fotos
Delft University of Technology

Im Wind steckt ein gigantisches Energiepotential, doch der größte Teil davon bleibt ungenutzt. Wubbo Ockels will das ändern. Er gilt in den Niederlanden als Vater einer Idee, die auf den ersten Blick bizarr erscheint: Ockels will Drachen steigen lassen, um Strom zu gewinnen - und den inzwischen allgegenwärtigen Windrädern schließlich Konkurrenz machen.

Wubbo Ockels, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und vor 26 Jahren der erste Niederländer im Weltall, hat die Technologie schon 1997 zum Patent angemeldet. Inzwischen entwickeln 13 Mitarbeiter und Studenten an der Technischen Universität Delft die Idee weiter. "KitePower" heißt das Prinzip, und seine Entwickler überschlagen sich fast mit ambitionierten Versprechen: Die Lenkdrachen seien billiger als Windräder und machten kaum Geräusche. Sie könnten zuverlässiger Energie liefern - und vor allem in größerer Menge als Windparks heute.

Seit kurzem gibt es in den Niederlanden einen Prototyp, der zeigen soll, dass das Höhenkraftwerk funktionieren kann. Die Idee basiert auf der Funktionsweise eines Jo-Jos: An einem langen Seil steigt der Lenkdrachen in die Luft. Dabei schraubt er sich in der Flugbahn einer liegenden Acht in die Höhe. Durch diese sogenannten Cross-Wind-Manöver, wie sie auch Kitesurfer anwenden, wird eine hohe Zugkraft erzeugt. Das Kabel wird beim Aufstieg durch die Flugbewegung immer wieder kürzer und der Drachen zurückgezogen. Die Drehbewegung beim Auf- und Abwickeln des Zugseils treibt einen Generator an. Er produziert Strom, der in einer Batterie zwischengespeichert wird.

Ist das Seil vollständig abgewickelt, wird der Flugwinkel so verändert, dass sich die Zugkraft wieder verringert ("Depower-Phase"). Der Drachen lässt sich so mit viel weniger Kraft wieder einholen. Unter dem Strich bleibt ein deutlicher Energiegewinn.

Wolken-Kraftwerke sollen günstiger sein als Windparks

Technische Grenzen gibt es dabei fast keine - glauben die Entwickler: Wie hoch der Drachen fliegen kann, hänge vor allem von den lokalen Luftraum-Begrenzungen ab, erklärt der deutsche Ingenieur Roland Schmehl, Leiter der Forschungsgruppe an der TU Delft. Auf dem Testgelände in der Nähe des Flughafens Amsterdam-Schiphol dürfe der Lenkdrachen höchstens 300 Meter hoch steigen. "In Friesland war dagegen eine Höhe von 500 Metern möglich", sagt Schmehl.

In diesen Höhen wird Energiegewinnung interessant: Dort sind die Windströme konstanter, und sie werden nicht durch Gebirge oder Gebäude gebremst. Energiedrachen könnten deshalb zuverlässig Strom produzieren, im Idealfall sogar in großen Mengen. Windturbinen am Boden sind heute maximal 200 Meter hoch, sie ernten nur einen Bruchteil der vorhandenen Energie.

Die weiteren Vorteile liegen für die Forscher in den Niederlanden auf der Hand. So seien die fliegenden Kraftwerke in Bau und Unterhalt deutlich günstiger als Windparks. Erste Studien gingen davon aus, dass ihr Strom ein bis vier Cent pro Kilowattstunde Strom kosten würde. Sollte das stimmen, wären die Drachen günstiger als Windräder. Deren Stromerzeugungskosten liegen nach Angaben des Bundesverbands Windenergie derzeit bei durchschnittlich 6,4 Cent pro Kilowattstunde, bei besten Windverhältnissen an der Küste bei 4,5 Cent.

Beim Drachen-Prototyp in den Niederlanden habe die Herstellung der Bodenstation rund 60.000 Euro gekostet, so Schmehl. In der Serienproduktion könnte dieser Preis auf wenige tausend Euro sinken, sagt der Entwickler. Dazu kämen eine Kontrolleinheit zum Preis von 5000 Euro in der Serienproduktion und die nötigen Bauteile wie Drachen und Kabel für rund 1200 Euro.

"Die Flexibilität ist ein weiterer Pluspunkt", meint Schmehl. Die beste Flughöhe des Drachens könne einfach an die aktuellen Windbedingungen angeglichen werden. Das Konzept der mobilen Kraftwerke könne außerdem auch dort genutzt werden, wo wenig Platz zur Verfügung steht oder gerade Strom gebraucht wird. Die Drachen seien unauffällig, geräuschlos und schadeten der Umwelt nicht.

Theo de Lange vom unabhängigen Energie-Forschungszentrum der Niederlande (ECN) teilt den Optimismus der Entwickler nur zum Teil. Die Drachen könnten in Zukunft durchaus eine Rolle bei der Energieerzeugung spielen. Fraglich sei allerdings, in welchem Maße: "Das hängt davon ab, wie die technologische Entwicklung verläuft - und wie stark die Gesellschaft das Konzept der Energiedrachen annimmt."

Im jetzigen Entwicklungsstadium seien Antworten auf diese Fragen schwierig, meint de Lange. "Deshalb ist es wichtig, dass die Idee verfolgt und ausgetüftelt wird." Allerdings seien die Drachen im Unterhalt eher aufwendiger als Windräder. "Auch über die Risiken von Windturbinen ist heute mehr bekannt als über die von Drachen", warnt de Lange.

Bei Gewitter automatisch zurück zum Boden

Um eine echte Alternative zu Windrädern zu bieten, müssten die Drachen zudem einen weiteren entscheidenden Test bestehen: Sie müssen tagelang selbstständig in der Luft bleiben. Bisher mussten die Forscher den Prototyp immer aktiv steuern. Nun gibt es aber zumindest hier Fortschritte: An einer neuen Version des Lenkdrachens steckt eine Messeinheit, die GPS-Daten, Höhe, und Drehgeschwindigkeit des Drachens zur Bodenstation funkt. Dort werden sie von einem Computer verarbeitet, der sie mit der Windgeschwindigkeit abgleicht und die beste Flugbahn berechnet.

Eine Steuerungseinheit kümmert sich dann um die Umsetzung. Sie hängt etwa zehn Meter unter dem Drachen und arbeitet wie ein kleiner Roboter, der den Drachen durch Zug an den Leinen lenkt. Mit der Technologie könnte das Fluggerät im Prinzip auch automatisch eingeholt werden: Wenn schwere Stürme oder Gewitter aufziehen, würde es zunächst in eine Parkposition mit weniger Zugkräften gebracht. Verschlechtert sich das Wetter weiter, muss der Energiesammler zurück an den Boden.

Die eigentliche Schwierigkeit liegt darin, dass die Niederländer die Drachen gleich in ganzen Schwärmen fliegen lassen wollen. Mehrere Drachen nebeneinander oder gar übereinander sollen die Oberfläche des Gesamtsystems vergrößern. "Laddermill" hat Wubbo Ockels die Konstruktion genannt. Der Prototyp in Delft erreicht bei einer Oberfläche von 50 Quadratmetern eine Leistung von eher mageren 20 Kilowatt. Zum Vergleich: Schon kleine Windkraftanlagen bringen es auf Leistungen von mehreren hundert Kilowatt.

Für richtige Höhenwindkraftwerke müssten also auf jeden Fall mehrere Drachen zusammengeschaltet werden - oder man entscheidet sich für ein besonders großes Modell: "Mit einem Drachen von 500 Quadratmetern Größe würde man mit heutigen Materialien schon in den Megawatt-Bereich kommen", vermutet Schmehl.

Inzwischen haben auch andere Wissenschaftler die Idee aufgegriffen, Wind in großen Höhen einzufangen. In den USA forscht eine Firma mit finanzieller Unterstützung der Google-Stiftung an ähnlichen Drachen. Ein Unternehmen im niederländischen Den Haag, das aus dem Projekt von Wubbo Ockels hervorgegangen ist, will 2013 ein Drachenkraftwerk mit einem Megawatt Leistung auf den Markt bringen.

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1. Saubere Energie
Ohli 30.05.2011
Zitat von sysopEs klingt wie die Idee eines Phantasten: Mit Lenkdrachen wollen Wissenschaftler die Windkraft revolutionieren. Die Fluggeräte arbeiteten effizienter, leiser und unauffälliger als Bodenturbinen, beteuern die Erfinder. In den Niederlanden ist bereits ein Prototyp in Betrieb. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,763535,00.html
Das ist genau die Art von Technologie an der noch mehr geforscht werden müsste. Danke für den Artikel.
2. Furztechnologie
jboese2, 30.05.2011
Zitat von sysopEs klingt wie die Idee eines Phantasten: Mit Lenkdrachen wollen Wissenschaftler die Windkraft revolutionieren. Die Fluggeräte arbeiteten effizienter, leiser und unauffälliger als Bodenturbinen, beteuern die Erfinder. In den Niederlanden ist bereits ein Prototyp in Betrieb. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,763535,00.html
JA, und demnächst sammeln wir das Methangas, was bei uns in Fürzen entweicht in Tanks und treiben damit kleine Kraftwerke an. Auf dem Level bewegt sich die ganze Dikussion derzeit etwa.
3. Wer hat es denn nun "erfunden" ...?
Heiner Prahm, 30.05.2011
http://www.prosieben.de/tv/galileo/zusatzinfos/zusatzinfos-15maerz-1.2490525/tab-bg-kitegen/ "Nach dem atomaren Notfall und die sich verschlechternde Situation in Japan werden die Rufe nach alternativer Energiegewinnung laut. Aus Italien kommt nun eine ganz besondere Idee der Energiegewinnung: mit einem kite, einer Art Segel, wollen zwei Italiener die Windenergie nutzen und so ganze Atomkraftwerke ersetzen." Wieder so eine Nachricht und so eine Recherche, wo man nur den Kopf schütteln kann, Patent hin oder her, Italiener machen genau das Gleiche !
4. Galileo
Jausepriester 30.05.2011
Zitat von Heiner Prahmhttp://www.prosieben.de/tv/galileo/zusatzinfos/zusatzinfos-15maerz-1.2490525/tab-bg-kitegen/ "Nach dem atomaren Notfall und die sich verschlechternde Situation in Japan werden die Rufe nach alternativer Energiegewinnung laut. Aus Italien kommt nun eine ganz besondere Idee der Energiegewinnung: mit einem kite, einer Art Segel, wollen zwei Italiener die Windenergie nutzen und so ganze Atomkraftwerke ersetzen." Wieder so eine Nachricht und so eine Recherche, wo man nur den Kopf schütteln kann, Patent hin oder her, Italiener machen genau das Gleiche !
Na wenns bei Galileo gesagt wurde muss es ja stimmen. Aber schicken Sie das doch mal zum Galileo Fake-Check oder direkt zu Galileo Mystery.
5.
kein Ideologe 30.05.2011
Zitat von jboese2JA, und demnächst sammeln wir das Methangas, was bei uns in Fürzen entweicht in Tanks und treiben damit kleine Kraftwerke an. Auf dem Level bewegt sich die ganze Dikussion derzeit etwa.
wieso? Es ist immerhin eine Idee. Was soll diese Anforderung, daß immer 100% des Problems gelöst werden müssen? Vielleicht wird daraus eine tolle Lösung für Inseln oder was auch immer. Dieses allwissende Naserümpfen ist schon anstrengend.
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Fotostrecke: Offshore Windpark Alpha Ventus

Windenergie
Im vergangenen Jahr gingen in Deutschland etwa 950 neue Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von fast zwei Gigawatt ans Netz. Das entspricht der Kapazität von zwei Atomkraftwerken. Weltweit ist Deutschland gleichauf mit China und hinter den USA die Nummer Zwei bei der Nutzung der Windenergie; dahinter folgen Spanien und Indien. Trotz Finanzkrise war 2009 ein hervorragendes Jahr für die globale Windbranche, denn die installierte Gesamtleistung stieg um fast ein Drittel auf 158 Gigawatt. Den größten Zubau verzeichneten China (plus 13 Gigawatt) und die USA (plus 10 Gigawatt).

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Vor-/Nachteile der Energieträger
Die Energiewirtschaft befindet sich im Umbruch - SPIEGEL ONLINE zeigt die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Energieträger.
Erdöl
Plus: Erdöl ist der Schmierstoff industrieller Volkswirtschaften. In Deutschland deckt Öl rund 35 Prozent des Energiebedarfs - so viel wie kein anderer Rohstoff. Im Verkehrssektor gibt es momentan kaum Alternativen zu Öl: Das bestehende Tankstellennetz ist auf Benzin und Diesel ausgerichtet, die heute gängigen Motoren fahren fast nur mit diesen beiden Treibstoffen.

Minus: Der Ölpreis ist in den vergangenen Jahren rasant gestiegen - und mit ihm der Spritpreis. Autofahrer mussten zeitweise mehr als 1,50 Euro für Benzin zahlen. Die deutsche Volkswirtschaft verliert dadurch Milliardenbeträge, denn das Land ist fast völlig von Importen abhängig. Weltweit liegen die meisten Ölvorkommen in politisch heiklen Regionen wie dem Nahen Osten, Russland, Venezuela oder Nigeria. Versorgungskrisen kann man daher nicht ausschließen. Darüber hinaus ist Erdöl ein endlicher Rohstoff: Die bekannten Vorkommen gehen langsam zur Neige. Große neue Felder wurden in den vergangenen Jahren kaum entdeckt - und wenn, dann nur in schwierig zu erschließenden Gebieten wie der Arktis. Hinzu kommt die CO2-Problematik: Wenn Öl verbrannt wird, entsteht das Klimagas Kohlendioxid .
Erdgas
Plus: Erdgas ist der klimafreundlichste fossile Energieträger - bei der Verbrennung entsteht weniger CO2 als bei Kohle oder Öl. Außerdem halten die Vorräte noch eine Weile: Die Reichweite der Gasvorkommen wird auf rund 60 Jahre geschätzt, bei Öl sind es nur 40 Jahre. Verfeinerte Fördertechniken machen zudem den Zugriff auf große neue Gas-Reservoirs möglich. Ein weiterer Vorteil: Gas kann einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung leisten. Denn Gaskraftwerke lassen sich schnell hoch- und runterfahren - diese Flexibilität hilft, die Schwankungen beim Windstrom auszugleichen.

Minus: Weltweit verfügen nur wenige Länder über Gasvorkommen. Entsprechend groß sind die Abhängigkeiten - Deutschland bezieht rund 40 Prozent seines Erdgases aus Russland. Problematisch ist außerdem die noch immer weit verbreitete Bindung an den Ölpreis: Je teurer Erdöl wird, desto teurer wird auch Gas. Stromkonzerne klagen bereits, dass sich Gaskraftwerke kaum mehr rentieren. Private Haushalte kennen dasselbe Problem beim Heizen - Gas ist kaum günstiger als Öl. Auch beim Autofahren stellt Erdgas keine Alternative dar: Der aktuelle Preisvorteil gegenüber Benzin und Diesel liegt nur an der steuerlichen Begünstigung.
Kohle
Plus: Kohle gibt es fast überall auf der Welt - einseitige Importabhängigkeiten wie beim Gas sind deshalb nicht zu befürchten. Auch Deutschland verfügt über nennenswerte Ressourcen: Braunkohle lässt sich ohne Subventionen fördern, für Steinkohle ist dies bei weiter steigenden Preisen zumindest denkbar. Außerdem reichen die Vorräte so lange wie bei keinem anderen fossilen Energieträger: Schätzungen gehen von rund 200 Jahren aus. Kohle eignet sich vor allem zur Stromerzeugung in der Grundlast - rund 50 Prozent des deutschen Stroms stammen aus Kohlekraftwerken .

Minus: Kein Energieträger ist so klimaschädlich wie Kohle. Bei der Verbrennung entsteht rund doppelt so viel CO2 wie bei Gas. Problematisch könnte dies vor allem dann werden, wenn man bestehende Atomkraftwerke durch neue Kohlekraftwerke ersetzt - oder wenn Elektroautos künftig in großem Stil Kohlestrom tanken. Bedenklich sind außerdem die Arbeitsbedingungen, unter denen Kohle gefördert wird : Zu den größten Produzenten zählen China, Russland und Südafrika - Länder, in denen immer wieder Bergleute ums Leben kommen.
Atomenergie
Plus: Kernkraftwerke produzieren - wenn sie einmal gebaut sind - günstigen Strom. Der Rohstoff Uran wird nur in geringen Mengen verbraucht, so dass die laufenden Betriebskosten gering sind. Atomstrom kann in der Grundlast eingesetzt werden, also unabhängig von kurzfristigen Wetterschwankungen. In Frankreich wird Atomstrom auch zum Heizen verwendet, langfristig könnten so auch Elektroautos betrieben werden. Bei der Kernenergie wird kaum CO2 freigesetzt. Sie ist damit klimafreundlicher als Kohle oder Gas.

Minus: Der größte Nachteil der Atomenergie ist das Risiko eines GAUs. Selbst wenn man dafür eine geringe Wahrscheinlichkeit unterstellt - der Schaden wäre enorm. Die Katastrophe in Tschernobyl war nur ein Vorgeschmack dessen, was im dicht besiedelten Mitteleuropa passieren würde: Tausende Opfer, auf ewig verseuchte Landstriche, Vermögensverluste in zigfacher Milliardenhöhe. Hinzu kommt die ungelöste Frage der Endlagerung : Obwohl die Kernenergie seit rund 50 Jahren genutzt wird, gibt es bis heute keine dauerhafte Deponie für die verstrahlten Abfälle. Ob es überhaupt ein sicheres Endlager geben kann, ist umstritten: Der Atommüll strahlt zum Teil mehr als 100.000 Jahre lang - was in dieser Zeit alles passiert, kann niemand vorhersagen. In jüngster Zeit wird ein weiteres Problem immer häufiger diskutiert: Was geschieht, wenn Terroristen einen Anschlag auf ein Kernkraftwerk verüben? Oder wenn sie in den Besitz von spaltbarem Material gelangen? Sicherheitsexperten haben auf diese Fragen keine abschließende Antwort.
Wasser
Plus: Die Wasserkraft ist sehr umweltfreundlich - mit geringem Eingriff in die Natur lässt sich günstig Energie gewinnen. Rund fünf Prozent des deutschen Stroms stammen aus Wasserkraftwerken. Außerdem lässt sich in Stauseen sehr gut Energie speichern: Bei einem Überangebot an Strom wird Wasser nach oben gepumpt. Bei Bedarf wird es dann abgelassen, um die Turbinen anzutreiben.

Minus: In Deutschland ist das Potential der Wasserkraft so gut wie ausgeschöpft. Fast jeder Fluss hat ein Kraftwerk, ebenso fast jeder See. Im Ausland wiederum ist die Wasserkraft zum Teil in Verruf geraten: Riesenprojekte wie der Jangtse-Staudamm in China zerstören die Natur in großem Stil.
Wind
Plus: Von allen erneuerbaren Energien ist die Windkraft in den vergangenen Jahren am stärksten gewachsen. Mittlerweile beziehen die Deutschen deutlich mehr Strom aus Windrädern als aus Wasserkraftwerken. Auch in Zukunft hat die Branche großes Wachstumspotential - vor allem offshore, also in Windparks auf dem Meer . Ein weiterer Vorteil: Die Windkraft ist verhältnismäßig günstig. Die Betreiber der Anlagen bekommen über das Erneuerbare-Energien-Gesetz nur wenig mehr Förderung als der Preis für konventionellen Strom an der Energiebörse hoch ist. Zum Vergleich: Solarstrom wird weit höher vergütet.

Minus: Kritiker halten Windräder für eine Verschandelung der Landschaft. Außerdem weht der Wind sehr unzuverlässig: Bei einer starken Brise wird das deutsche Stromnetz überlastet, bei Flaute muss Strom aus dem Ausland hinzugekauft werden. Praktikable Speicher für Windenergie gibt es bisher nicht. Ein weiterer Nachteil: Starker Wind bläst vor allem in Norddeutschland, die großen Verbrauchszentren liegen aber im Süden und Westen. Um den Strom abzutransportieren, sind zahlreiche neue Leitungen nötig .
Sonne
Plus: Die Sonne ist nach menschlichen Maßstäben eine ewige Energiequelle , und sie scheint für jeden umsonst. Hätten alle Dächer Deutschlands eine Solaranlage, könnte so ein großer Teil des hiesigen Strombedarfs gedeckt werden - klimaschonend und unabhängig von Importen. Darüber hinaus lässt sich das Sonnenlicht auch zur Warmwasserbereitung nutzen: Mit Solarkollektoren kann man herkömmliche Heizungen ergänzen und so die Energiekosten drücken.

Minus: Die Sonne hat den gleichen Nachteil wie der Wind - ihre Energie lässt sich nicht zu jeder Uhrzeit nutzen. Das größte Problem ist jedoch der Preis: Solarstrom kostet viel mehr als konventioneller Strom. Und trotz milliardenschwerer Subventionen leistet Sonnenenergie bislang nur einen geringen Beitrag zur deutschen Stromversorgung: Schätzungen schwanken zwischen einem um zwei Prozent. Damit die Photovoltaik in Mitteleuropa wettbewerbsfähig wird, müsste es eine technische Revolution geben - oder die Preise für konventionelle Energie müssten dramatisch steigen.
Biomasse
Plus: Holz, Stroh, Mais - beim Verbrennen dieser Stoffe wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie die Pflanzen vorher der Atmosphäre entzogen haben. Biomasse lässt sich in vielen Bereichen einsetzen: zum Heizen (beispielsweise mit Holzpellets), zum Autofahren (mit Biodiesel oder Bioethanol ) oder zur Stromerzeugung (mit Biogas). Der große Vorteil: Biomasse ist gespeicherte Energie. Man kann also frei entscheiden, wann man sie nutzen möchte - anders als bei Wind- oder Solarkraft. Ein weiterer Pluspunkt: Energiepflanzen, die in Deutschland wachsen, reduzieren die Abhängigkeit von Importen.

Minus: In jüngster Zeit gerät die Bioenergie massiv in die Kritik. Denn die Pflanzen benötigen enorme Anbauflächen - und treten damit in direkte Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Gerade bei Biotreibstoffen wird das zum Problem: Lässt es sich moralisch rechtfertigen, dass die Reichen Mais tanken - während die Armen hungern? Hinzu kommt ein gigantisches Mengenproblem: Wollte Deutschland seinen gesamten Benzin- und Dieselbedarf mit Biokraftstoffen decken, wäre dafür eine Fläche nötig, die größer ist als die gesamte Bundesrepublik. Das Gleiche gilt fürs Heizen: Sollten alle Bundesbürger auf Holzpellets umsteigen, würde der deutsche Wald dafür nicht reichen - erneut wären Energie-Importe nötig.
Erdwärme
Plus: Die Wärme im Erdinneren steht rund um die Uhr zur Verfügung. Sie lässt sich sowohl zum Heizen als auch zur Stromerzeugung nutzen. Gäbe es keine Probleme mit der Bohrtechnik, könnte die Geothermie den gesamten deutschen Energiebedarf decken.

Minus: In Deutschland muss man Hunderte oder gar Tausende Meter tief bohren, um ein ausreichendes Temperaturniveau zu erreichen. Die Kosten der Geothermie sind deshalb sehr hoch. Mancherorts gibt es außerdem Probleme mit dem Grundwasser. Andere Länder sind hier aus geologischen Gründen in einer besseren Position: Island zum Beispiel deckt seinen Energiebedarf zum Großteil mit der Wärme aus dem Erdinneren.
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