Frage & Antwort

Frage & Antwort, Nr. 443 Kann man Blitze zur Stromerzeugung nutzen?

imago64234888h.jpg

Der Mensch benötigt Strom, Blitze liefern ihn.

(Foto: imago/blickwinkel)

Besonders im Sommer kracht es über Deutschland. Die gigantischen Energiemengen in Gewitterwolken entladen sich teilweise in Blitzen. Kann diese Energie nicht nutzbar gemacht werden? Forscher versuchen es - doch es gibt viele Hürden.

Kann man die Energie von Blitzen zur Stromerzeugung nutzen? (Fragt Jan G. aus Köln-Poll)

Die gewaltige Kraft eines Blitzes sieht man mit eigenem Auge, wenn sein Lichtbogen eine ganze Stadt erleuchtet. In einem Gewitter steckt eine gigantische Menge an Energie, etwa so viel wie bei einer Atombombenexplosion frei wird. Ein einzelner Blitzeinschlag auf der Erde kann Bäume spalten und Menschen töten. Mehr als zwei Millionen Blitze zucken im Schnitt jährlich über Deutschlands Himmel. Ein gewaltiges Potenzial an Energie verpufft somit völlig ungenutzt.

Wie Blitze entstehen

Die Brutstätte von Blitzen sind Gewitter. Diese entstehen, wenn warm-feuchte Luftmassen aufsteigen. Dann kondensiert das Wasser in ihnen und türmt sich zum ambossförmigen Cumulonimbus auf, einer Gewitterwolke. In der Höhe gefrieren die Wassertropfen zu kleinen Eisstücken, die sich durch Aufwinde im oberen Teil der Wolke halten können. Bei der Trennung von den absinkenden, flüssigen und halbgefrorenen Wassertropfen kommt es zu Reibung: Wassertropfen entreißen den Eisstücken Elektronen. Dadurch lädt sich der obere Teil der Wolke positiv, der untere negativ auf - es entsteht ein elektrisches Feld. Beim Überschreiten der kritischen Feldstärke entladen sich die Spannungen schließlich. Blitze zucken innerhalb der Wolke oder von der Wolke zur Erde.

Da liegt es doch nahe - gerade in Zeiten der Abkehr vom Atomstrom -, die Energie der Blitze nutzbar zu machen. Die Kraft schon eines einzelnen Blitzes ist gewaltig: Die Stromstärke kann 100.000 Ampère betragen, die Spannung 10 Millionen Volt. Die Leistung eines Blitzes beträgt in diesem Fall 1000 Gigawatt, was in etwa der von 1000 Atomkraftwerken entspricht. Hört sich sensationell an. Doch es gibt mehrere Haken.

Ein Blitz dauert zum Beispiel unglaublich kurz an. Nicht umsonst ist auch von "blitzschnell" die Rede, wenn es um extrem kurze Zeiträume geht. Nur für etwa eine Millionstel Sekunde fließt tatsächlich Strom auf die Erde. Stellt man sich vor, dass man die erwähnten 1000 Atomkraftwerke nur für eine Millionstel Sekunde anschaltet, kommen dabei nur schlappe 277 Kilowattstunden raus. Das entspricht etwa der Energie von 31 Litern Benzin oder einem halbvollen Autotank.

Nur wenig Energie kommt am Boden an

Und noch etwas schmälert die Menge an Blitzkraft, die letztendlich auf der Erde ankommt: Einen Großteil seiner Leistung verpulvert der Blitz dabei, den mehrere 10.000 Grad heißen, gleißend hellen Entladungskanal zu bilden, der gut sichtbar den Himmel erleuchtet. Am Ende kommen gerade mal rund 16 Kilowattstunden Strom am Boden an. Das reicht aber immerhin, um mehr als 2000 Scheiben Brot zu toasten oder eine Stromsparlampe rund zwei Monate lang leuchten zu lassen.

Allerdings gibt es eine weitere Hürde: Nicht jeden Tag gibt es ein Gewitter. Und Blitze schlagen mal hier, mal dort ein. Es müssten sehr viele Masten aus Metall aufgestellt werden, um die Chance zu erhöhen, dass einer von ihnen von einem Blitz getroffen wird - was die Sache sehr teuer macht. Und in Süddeutschland - einer blitzreichen Region - kommen auf einen Quadratkilometer Fläche etwa neun Einschläge pro Jahr. Auf den Quadratmeter gerechnet ergibt das einen Ertrag von gerade mal 2,5 Wattstunden jährlich. Zum Vergleich: Die Sonne liefert auf dieselbe Fläche rund 1000 Kilowattstunden Energie pro Jahr - das ist fast 400.000 Mal so viel.

Klar, man könnte die Blitz-Auffanggeräte an Orten aufstellen, an denen überdurchschnittlich viele Blitze einschlagen. Am besten eignen sich dafür die Ränder von gebirgigen Regionen. In den Sendemast auf dem Gaisberg bei Salzburg etwa wurden im Schnitt mehr als 50 Einschläge pro Jahr registriert. Sollte es irgendwie gelingen, die gesamten 277 Kilowattstunden dieser Blitze zu speichern, wäre der Ertrag jedoch ernüchternd: Bei den Durchschnittspreisen von etwa 32 Euro pro Megawattstunde (im Jahr 2015 an der Strombörse EEX in Leipzig) ergäbe sich ein Jahresertrag von gerade mal 443 Euro für dieses Blitzkraftwerk.

Aussichtsreiche Tests mit Lasern

Technisch ist eine Speicherung der Blitzenergie zudem schwierig. Ein Mast etwa, der den Blitz "ernten" soll, würde - selbst wenn er aus gut leitendem Material wie Kupfer besteht - bei den sehr hohen Strömen des Blitzes hohe induktive Widerstände erzeugen. Dadurch würde sich der Energieertrag weiter reduzieren. Außerdem entstünden starke Magnetfelder, welche eine Gefahr für die Umgebung darstellen würden. Gelänge es dennoch, den Strom eines Blitzes auf einem Kondensator zu speichern, müsste ein kostenaufwendiger Umrichter betrieben werden, um den Strom ins Netz einspeisen zu können.

Dennoch gab es in der Vergangenheit immer wieder Überlegungen, die Energie der Blitze nutzbar zu machen. Etwa mit in Gewitter geschossenen Raketen, die an langen Kabeln den Strom zur Erde ableiten. Oder gigantischen Türmen, die aus dem extrem leitfähigen Zukunfts-Werkstoff Graphen gefertigt werden sollen. Aufgestellt in den blitzreichen Tropen, sollen sie Blitze anziehen, um mittels des gewonnenen Stroms den Energiespeicher Wasserstoff aus Wasser herzustellen. Vor etwa zehn Jahren versuchte die US-Ökoenergie-Firma Alternate Energy Holdings, mit einem Turm in Texas Blitze einzufangen, um deren Energie zu speichern - und scheiterte.

Im Jahr 2008 probierten europäische Forscher auf eine andere Weise, gezielt Blitze zu erzeugen: mit Lasern. Künstliche Blitze herzustellen gelang ihnen zwar nicht, wohl aber wurde eine erhöhte elektrische Aktivität in den Wolken gemessen. Noch vielversprechender sind jüngsten Versuche von Forschern vom INRS in Kanada: Ihnen gelang es im vergangenen Jahr, mittels eines Lasers den Weg von kleinen Blitzen vorherzubestimmen. Vielleicht ein Ansatz, um in Zukunft Blitze gezielt aus Wolken zu locken und den Ort, an dem sie einschlagen, vorherbestimmen zu können. So könnte am Ende die Nutzung von Blitzenergie vielleicht doch noch rentabel werden - aber das ist noch Zukunftsmusik.

Übrigens: Bereits seit Jahrhunderten träumt der Mensch davon, Blitze einzufangen. Der Erste, dem dies gelang, war Francois Dalibard - auf einen Vorschlag des US-Genies Benjamin Franklin hin. Er verwendete dafür im Jahr 1752 einen 12 Meter hohen Mast aus Metall. Als Erdung soll der Franzose Weinflaschen verwendet haben.

Quelle: n-tv.de

Mehr zum Thema