Tag und Nacht laufen die Kohlekraftwerke, um den Strombedarf der modernen Zivilisation zu decken. Die größten dieser Kraftwerke verbrauchen über 20.000 Tonnen Kohle am Tag und erzeugen 9000 Megawatt Leistung - genug, um 100 Millionen Glühlampen zum Leuchten zu bringen. Das Kernstück des Kraftwerks sind die Generatoren, 3 m lange Dynamos, die 400 Tonnen wiegen und 50 oder 60mal in der Sekunde rotieren.
Ein Kraftwerksgenerator unterscheidet sich nur in seiner Größe von einem Fahrraddynamo. In beiden Fällen erzeugt ein rotierender Magnet einen Strom in einer Kupferspule, dem Anker. Die starken Elektromagneten in einem industriellen Generator drehen sich mit 3000 - 15 000 Umdrehungen in der Minute und erzeugen einen Strom von 10 000 Ampere in dicken Kupferleitern.
Sind saubere Kohlekraftwerke möglich?
In den meisten konventionellen Kraftwerken wird Kohle verwendet, weil sie nicht nur ausreichend vorhanden - die Vorräte dürften noch 350 Jahre reichen -, sondern auch relativ billig ist. Die Verbrennung von Kohle belastet jedoch die Umwelt stark. Die meisten Kohlearten enthalten ungefähr 3 % Schwefel. Bei der Verbrennung entsteht daraus Schwefeldioxid (SO2), ein Gas, das in Verbindung mit dem Wasserdampf in der Atmosphäre sauren Regen bildet.
Ältere Kraftwerke können mit einer Einrichtung, die eine Mischung von Kalk und Wasser in die Abgase sprüht, ausgerüstet werden. Das meiste Schwefeldioxid reagiert mit Kalk zu Gips, der dann als Baumaterial verkauft wird. Dieses Verfahren ist sehr teuer und erzeugt unbrauchbaren Schlamm in großen Mengen. Ein großes Kraftwerk produziert im Jahr genug Schlamm, um eine Fläche von 1 km² mit einer Schicht von 30 cm Dicke zu bedecken.
Der Schwefel kann auch bei der Verbrennung beseitigt werden. Bei der Wirbelschichtfeuerung werden Kohle und Kalk zu einem feinen Puder zerstampft und dem Kessel zugeführt. Das Blasen von Druckluft durch diese brennende Mischung erzeugt eine brodelnde Masse, in der Schwefel eine harmlose Schlacke bildet. Die Dampfleitungen führen direkt durch die Verbrennungszone und nehmen dabei die Hitze wesentlich effektiver auf als in einem normalen Kessel.
Bei der Vergasung, einer weiteren Art der Kohlenutzung, werden Kohle und Wasser mit wenig Sauerstoff erhitzt und erzeugen sauber verbrennenden Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Kraftwerke, die diese Gasmischung verbrennen, schädigen die Umwelt weniger. Sie sind aber teuer und verbrauchen große Mengen Wasser.
Mehr Energie aus weniger Brennstoff
Es ist nicht möglich, ein Kraftwerk zu bauen, das 100% Wirkungsgrad hat. Die neueren Methoden der Kohleverbrennung reduzieren aber die Emissionen und nutzen gleichzeitig den Brennstoff besser aus: Kraftwerke mit einer Wirbelschichtfeuerung oder Kohlevergasung verwandeln etwa 42% der Wärmeenergie der brennenden Kohle in Strom. Dagegen setzen die meisten Kraftwerke alter Technik nur ca. 30% der im Brennstoff enthaltenen Energie in Strom um.
Erdgas verbrennende Kraftwerke mit kombiniertem Zyklus erreichen durch eine zweimalige Nutzung der Verbrennungswärme sogar eine Energieausbeute von 50%. Zuerst wird das Gas in einer Turbine verbrannt, die den ersten Generator antreibt. Mit den Abgasen lässt sich Dampf erzeugen, der weitere Turbinen durchströmt, die mit einem zweiten Generator verbunden sind.
Ähnlich arbeiten Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung. Sie erweisen sich dann als vorteilhaft, wenn sich das Kraftwerk in der Nähe einer Stadt befindet. Statt Dampf zu erzeugen, werden die Abgase zur Warmwasserversorgung umliegender Häuser und Fabriken genutzt. Systeme wie diese können einen Gesamtwirkungsgrad von 60% erreichen.
