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Kraftvoll, aber keine Kraftwerke

Kraftvoll, aber keine Kraftwerke

Warum sich Gewitter nicht zur Stromgewinnung eignen

Gewitter zählen zu den spektakulären und furchteinflößenden Naturschauspielen, die Jahr für Jahr mehr als 400.000 Blitze auf Felder, Berge, Wälder und Städte in Deutschland niedergehen lassen. Erdblitze gleichen hier die unterschiedlichen elektrischen Ladungen zwischen Atmosphäre und Oberfläche aus. Offensichtlich jede Menge Strom – kann man daraus nicht etwas machen? Dabei ist das Naturschauspiel Gewitter zur Stromgewinnung ungeeignet. Selbst in der Theorie wird einfach zu wenig Leistung pro Blitz transportiert.

So spektakulär, kraftvoll und gefährlich die Stromschläge auch sind, als Energiequelle sind Blitze kaum geeignet. Das ergibt eine aktuelle Berechnung des Energieanbieters E.ON. Ganz abgesehen von den technischen Hürden: Könnte man einen Blitz einfangen und seine elektrische Energie in einer Batterie speichern, hätte man nur rund 16 Kilowattstunden gewonnen. Damit könnte man (je nach Gerät) ungefähr 12 Stunden lang Haare föhnen. Somit würden die Erdblitze eines ganzen Jahres rund 6,9 Millionen Kilowattstunden Strom liefern. Das entspricht zwar immerhin dem Jahresverbrauch von rund 2400 Haushalten. Mit den anderen regenerativen Energiequellen können Gewitter aber nicht mithalten. So ist die vergleichsweise sanfte Kraft der Sonne schon wesentlich ergiebiger. Dazu Uwe Kolks, Geschäftsführer der E.ON Energie Deutschland: „Drei mittelgroße Freiflächen-Photovoltaikanlage mit einer Leistung von je 2 Megawatt bringen schon knapp 7 Millionen Kilowattstunden im Jahr ein.“ Rechnet man den Gesamtertrag der mehr als 1,5 Millionen PV-Anlagen auf bundesdeutschen Dächern zusammen, beträgt die Stromausbeute jährlich mehr als 38 Milliarden Kilowattstunden.

Foto: GettyImages/Scott Stringham
Foto: GettyImages/Scott Stringham

Dieses Ergebnis erstaunt. Schließlich sind die physikalischen Eigenschaften von Blitzen enorm, sie erreichen Stromstärken von über 100.000 Ampere und Spannungen von mehr als 10 Millionen Volt. Da liegt der Gedanke eigentlich nahe, dieses Wetterphänomen als natürliches Kraftwerk zu nutzen.

Zeit ist der Schlüssel

Aus zwei Gründen ist die theoretische Stromausbeute eines Blitzes so gering: Zum einen ist das Spektakel zu schnell vorbei. Für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar, dauert der Blitzeinschlag nur wenige tausendstel Sekunden. Zu kurz, um in nennenswertem Umfang nutzbare Energie zu übertragen. Zum anderen gibt der Blitz den Großteil seiner Energie im Moment seines Entstehens an die Umgebung ab. Die meiste Ladung erhitzt die Luftmoleküle direkt am Blitzkanal, was der Mensch als das typische Blitz-Leuchten wahrnimmt. Dadurch dehnt sich die Luft schlagartig aus und fällt nach der Entladung wieder in sich zusammen, was den markanten Donnerschlag verursacht. In dem Moment sind die insgesamt rund 280 Kilowattstunden, die ein starker Blitz bei der Entladung in sich trägt, bereits verpufft.

Wenn in einem Blitz so wenig Energie steckt, wieso ist dann das Zerstörungspotenzial so groß? Bei einem Blitz wird die komplette Energie innerhalb weniger Millisekunden freigesetzt, kurzzeitig eine sehr hohe Leistung. Dadurch ergeben sich räumlich stark begrenzt sehr hohe Temperaturen. Bei einem Blitzeinschlag in einem Baum verdampft das Wasser im Stromweg explosionsartig, das umgebende Holz gibt dem Dampfdruck nach und zerspleißt.

Benjamin Franklin

Erste Versuche schon im 18. Jahrhundert

Der Gedanke, elektrische Energie aus Gewittern zu gewinnen, ist nicht neu. Bereits im Jahr 1752 hat der amerikanische Erfinder Benjamin Franklin Gewitter untersucht, zum Beispiel mit einer langen Eisenstange, die gegen die Erde isoliert war. Durch die hohe elektrische Feldstärke gegenüber der Erde entstanden Funken mit mehreren Zentimetern Länge. Damit war klar, dass die Blitze eines Gewitters elektrische Phänomene sind. Benjamin Franklin ließ daraufhin einen Drachen mit einer elektrisch leitenden Schnur steigen, womit er noch längere Funken bekam. Diese eher spielerische Nutzung der Gewitterenergie fand ein jähes Ende, als bei einem dieser Experimente ein Blitz in den Drachen einschlug und einen Mitstreiter tötete.

1 Berechnungsgrundlagen sind Untersuchungsergebnisse der Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. sowie der Siemens Blitzatlas 2016.