Nachhaltige Energie ist Energie, die im Vergleich zu ihrem Angebot und mit überschaubaren Nebeneffekten, insbesondere Umweltauswirkungen, zu vernachlässigbaren Kosten verbraucht wird. Eine andere gemeinsame Definition von nachhaltiger Energie ist ein Energiesystem, das den Bedürfnissen der Gegenwart dient, ohne die Fähigkeit zukünftiger Generationen zu gefährden, ihren Energiebedarf zu decken. Nicht jede erneuerbare Energie ist nachhaltig. Während erneuerbare Energiequellen als Energiequellen definiert werden, die auf natürliche Weise nach menschlichen Maßstäben wieder aufgefüllt werden, darf nachhaltige Energie (die oft als „saubere“ Energie bezeichnet wird) das System, in dem sie übernommen wird, nicht gefährden. Das Organisationsprinzip für Nachhaltigkeit ist die nachhaltige Entwicklung, die die vier miteinander verbundenen Bereiche Ökologie, Ökonomie, Politik und Kultur umfasst. Nachhaltigkeitswissenschaft ist das Studium der nachhaltigen Entwicklung und der Umweltwissenschaften.

Technologien fördern nachhaltige Energie einschließlich erneuerbarer Energiequellen wie Wasserkraft, Solarenergie, Windenergie, Wellenkraft, Geothermie, Bioenergie, Gezeitenkraft und auch Technologien zur Verbesserung der Energieeffizienz. Die Kosten sind im Laufe der Jahre immens gesunken und sinken weiter. In zunehmendem Maße unterstützen wirksame staatliche Maßnahmen das Vertrauen der Anleger und diese Märkte expandieren. Bei der Energiewende von fossilen Brennstoffen zu ökologisch nachhaltigen Systemen werden beachtliche Fortschritte erzielt, und viele Studien unterstützen zu 100% erneuerbare Energien.

Definitionen
Energieeffizienz und erneuerbare Energien werden als die beiden Säulen der nachhaltigen Energie bezeichnet. Im breiteren Kontext der nachhaltigen Entwicklung gibt es drei Säulen: Ökologie, Wirtschaft und Gesellschaft. Einige Arten, auf die nachhaltige Energie definiert wurde, sind:

„Effektiv, die Bereitstellung von Energie, so dass es die Bedürfnisse der Gegenwart erfüllt, ohne die Fähigkeit künftiger Generationen zu beeinträchtigen, ihre eigenen Bedürfnisse zu erfüllen. … Nachhaltige Energie hat zwei Schlüsselkomponenten: erneuerbare Energien und Energieeffizienz.“ – Partnerschaft für erneuerbare Energien und Effizienz (britisch)

„Dynamische Harmonie zwischen gerechter Verfügbarkeit von energieintensiven Gütern und Dienstleistungen für alle Menschen und dem Erhalt der Erde für zukünftige Generationen.“ Und: „Die Lösung wird darin bestehen, nachhaltige Energiequellen und effizientere Mittel zur Umwandlung und Nutzung von Energie zu finden.“ – Sustainable Energy von JW Tester, et al., Von MIT Press.

„Jede Energieerzeugungs-, Effizienz- und Umweltschutzquelle, in der: Ressourcen verfügbar sind, um eine massive Skalierung zu ermöglichen, um langfristig ein bedeutender Teil der Energieerzeugung, vorzugsweise 100 Jahre, zu werden.“ – Invest, eine gemeinnützige grüne Technologieorganisation.

„Energie, die sich innerhalb eines menschlichen Lebens wieder auffüllt und keine langfristige Schädigung der Umwelt verursacht.“ – Jamaica Sustainable Development Network

Dies unterscheidet nachhaltige Energie von anderen Begriffen für erneuerbare Energien wie alternative Energie, indem es sich auf die Fähigkeit einer Energiequelle konzentriert, weiterhin Energie bereitzustellen. Nachhaltige Energie kann zu einer gewissen Umweltverschmutzung führen, solange sie nicht ausreicht, um die starke Nutzung der Quelle auf unbestimmte Zeit zu verbieten. Nachhaltige Energie unterscheidet sich auch von kohlenstoffarmer Energie, die nur in dem Sinne nachhaltig ist, dass sie nicht zum CO2 in der Atmosphäre beiträgt.

Grüne Energie ist Energie, die ohne wesentliche negative Auswirkungen auf die Umwelt gewonnen, erzeugt und / oder verbraucht werden kann. Der Planet hat eine natürliche Fähigkeit sich zu erholen, was bedeutet, dass Verschmutzung, die nicht über diese Fähigkeit hinausgeht, immer noch als grün bezeichnet werden kann.

Ökostrom ist eine Untergruppe erneuerbarer Energie und stellt jene erneuerbaren Energieressourcen und Technologien dar, die den höchsten Umweltnutzen bieten. Die US Environmental Protection Agency definiert Ökostrom als Strom aus Solar-, Wind-, Geothermie-, Biogas-, Biomasse- und Kleinwasserkraftwerken. Kunden kaufen oft Ökostrom für vermiedene Umweltauswirkungen und Vorteile für die Reduzierung von Treibhausgasen.

Grüne Energie und Ökostrom
Grüne Energie beinhaltet natürliche energetische Prozesse, die mit geringer Umweltverschmutzung nutzbar gemacht werden können. Ökostrom ist Strom aus erneuerbaren Energiequellen.

Anaerobe Vergärung, Geothermie, Windkraft, Kleinwasserkraft, Solarenergie, Biomassekraft, Gezeitenkraft, Wellenkraft und einige Formen der Kernkraft (Atomabfälle, die durch Kerntransmutation „verbrannt“ werden können) B. einem Integral Fast Reactor, und gehören damit in die Kategorie „Green Energy“. Einige Definitionen können auch Strom aus der Verbrennung von Abfällen enthalten.

Einige Leute, einschließlich Greenpeace-Gründer und erstes Mitglied Patrick Moore, George Monbiot, Bill Gates und James Lovelock haben Atomkraft ausdrücklich als grüne Energie klassifiziert. Andere, einschließlich Phil Radford von Greenpeace, sind anderer Meinung und behaupten, dass die Probleme im Zusammenhang mit radioaktiven Abfällen und das Risiko von Atomunfällen (wie der Tschernobyl-Katastrophe) ein unannehmbares Risiko für die Umwelt und die Menschheit darstellen. Neuere Kernreaktorkonstruktionen sind jedoch in der Lage, das zu verwenden, was jetzt als „nuklearer Abfall“ gilt, bis es nicht mehr (oder dramatisch weniger) gefährlich ist, und weisen Konstruktionsmerkmale auf, die die Möglichkeit eines nuklearen Unfalls sehr minimieren. Diese Designs müssen noch kommerzialisiert werden. (Siehe: Geschmolzener Salzreaktor)

Einige haben argumentiert, dass grüne Energie zwar eine lobenswerte Anstrengung zur Lösung des weltweit steigenden Energieverbrauchs ist, dass sie jedoch von einem kulturellen Wandel begleitet sein muss, der den weltweiten Energiebedarf verringert.

In mehreren Ländern mit gemeinsamen Beförderungsvereinbarungen ermöglichen es die Regelungen für den Stromeinzelhandel den Verbrauchern, entweder von ihrem Versorger oder einem Ökostromanbieter Ökostrom (erneuerbaren Strom) zu beziehen.

Wenn Energie aus dem Stromnetz bezogen wird, wird die den Verbraucher erreichende Energie nicht unbedingt aus grünen Energiequellen erzeugt werden. Das lokale Energieversorgungsunternehmen, das Elektrizitätsunternehmen oder der staatliche Energiepool kauft ihren Strom von Stromerzeugern, die möglicherweise aus fossilen Brennstoffen, nuklearen oder erneuerbaren Energiequellen stammen. In vielen Ländern liefert Ökostrom derzeit nur eine sehr geringe Menge Strom und trägt in der Regel weniger als 2 bis 5% zum Gesamtpool bei. In einigen US-Bundesstaaten haben die lokalen Regierungen regionale Stromeinkaufsgemeinschaften gebildet, die sich aus Community Choice Aggregation und Solar Bonds zusammensetzen, um einen 51% igen Anteil erneuerbarer Energien oder mehr zu erzielen, wie in der Stadt San Francisco.

Durch die Teilnahme an einem grünen Energieprogramm kann sich ein Verbraucher auf die verwendeten Energiequellen auswirken und letztendlich dazu beitragen, die Nutzung grüner Energie zu fördern und auszuweiten. Sie geben auch den politischen Entscheidungsträgern eine Erklärung ab, dass sie bereit sind, einen Preisaufschlag zu zahlen, um erneuerbare Energien zu unterstützen. Grüne Energieverbraucher verpflichten die Energieversorgungsunternehmen entweder dazu, die Menge an Ökostrom, die sie aus dem Pool beziehen, zu erhöhen (also die Menge an nicht-grünem Strom, den sie kaufen) zu reduzieren oder die grüne Energie direkt über einen Ökostromanbieter zu finanzieren. Wenn nicht genügend grüne Energiequellen zur Verfügung stehen, muss der Energieversorger neue Energiequellen entwickeln oder einen Vertrag mit einem externen Energieversorger abschließen, um grüne Energie bereitzustellen, wodurch mehr gebaut wird. Es gibt jedoch keine Möglichkeit, dass der Verbraucher prüfen kann, ob der gekaufte Strom „grün“ ist oder nicht.

In einigen Ländern, wie den Niederlanden, garantieren Elektrizitätsunternehmen den Kauf von Ökostrom in gleicher Höhe, wie sie von ihren Ökostromkunden genutzt werden. Die niederländische Regierung befreit Ökostrom von Umweltsteuern, was bedeutet, dass Ökostrom kaum teurer ist als anderer Strom.

Ein neueres Konzept zur Verbesserung unseres Stromnetzes besteht darin, Mikrowellen von Satelliten in der Erdumlaufbahn oder vom Mond aus zu senden, und zwar direkt, wann und wo Bedarf besteht. Die Energie würde aus Solarenergie gewonnen werden, die auf der Mondoberfläche eingefangen wird. In diesem System wären die Empfänger „breite, lichtdurchlässige zeltartige Strukturen, die Mikrowellen empfangen und in Elektrizität umwandeln“. Die NASA sagte 2000, dass die Technologie es wert sei, verfolgt zu werden, aber es ist noch zu früh, um zu sagen, ob die Technologie kosteneffektiv sein wird.

Der World Wide Fund for Nature und mehrere Ökostrom-Kennzeichnungsorganisationen haben den (inzwischen nicht mehr existierenden) Eugene Green Energy Standard geschaffen, nach dem die nationalen Ökostromzertifizierungssysteme akkreditiert werden können, um sicherzustellen, dass der Kauf grüner Energie zur Bereitstellung zusätzlicher neuer grüner Energie führt Ressourcen.

Innovative grüne Energietrends und -lösungen standen im Mittelpunkt der EXPO 2017 in Astana, Kasachstan. Die Specialized Expo 2017 stand unter dem Motto „Future Energy“ und brachte Vertreter von 115 Ländern und 22 internationalen Organisationen zusammen.

Lokale grüne Energiesysteme
Diejenigen, die mit dem Grid-Ansatz von Drittanbietern für grüne Energie über das Stromnetz nicht zufrieden sind, können ihr eigenes lokal basiertes erneuerbares Energiesystem installieren. Erneuerbare Energie elektrische Systeme von Solar zu Wind bis hin zu lokaler Wasserkraft in einigen Fällen, sind einige der vielen Arten von erneuerbaren Energiesystemen, die lokal verfügbar sind. Für diejenigen, die ihre Behausung mit erneuerbarer Energie heizen und kühlen wollen, bieten sich Erdwärmepumpen an, die die konstante Temperatur der Erde, die etwa 7 bis 15 Grad Celsius unter der Erde liegt und in größeren Tiefen dramatisch ansteigt, anbieten gegenüber konventionellen Erdgas- und Petroleum-betriebenen Wärmeansätzen. Auch an geographischen Standorten, wo die Erdkruste besonders dünn ist, oder in der Nähe von Vulkanen (wie in Island) besteht die Möglichkeit, aufgrund eines stärkeren Temperaturgefälles an diesen Standorten noch mehr Strom zu erzeugen, als dies an anderen Standorten möglich wäre Gebietsschemas.

Der Vorteil dieses Ansatzes in den Vereinigten Staaten besteht darin, dass viele Staaten Anreize bieten, die Kosten für die Installation eines Systems für erneuerbare Energien auszugleichen. In Kalifornien, Massachusetts und einigen anderen US-Bundesstaaten hat ein neuer Ansatz für die gemeinschaftliche Energieversorgung, Community Choice Aggregation genannt, Gemeinden die Möglichkeit geboten, einen wettbewerbsfähigen Stromversorger zu gewinnen und Kommunaleinnahmen zu nutzen, um die Entwicklung lokaler grüner Energieressourcen zu finanzieren. Einzelpersonen sind in der Regel versichert, dass die Elektrizität, die sie verwenden, tatsächlich von einer grünen Energiequelle produziert wird, die sie kontrollieren. Sobald das System bezahlt ist, wird der Besitzer eines Systems für erneuerbare Energien seinen eigenen Strom aus erneuerbaren Energien im Wesentlichen kostenlos produzieren und den Überschuss mit Gewinn an den örtlichen Versorger verkaufen.

Mit grüner Energie
Erneuerbare Energie muss nach ihrer Erzeugung in einem Medium für den Einsatz mit autonomen Geräten sowie Fahrzeugen gespeichert werden. Um auch in entlegenen Gebieten (dh in Gebieten, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind) Haushaltsstrom zu erzeugen, ist Energiespeicherung für die Nutzung erneuerbarer Energien erforderlich. Die im letzteren Fall verwendeten Systeme zur Energieerzeugung und -nutzung sind in der Regel eigenständige Stromversorgungssysteme.

Grüne Energie und Kennzeichnung nach Regionen

Europäische Union
Die Richtlinie 2004/8 / EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 11. Februar 2004 zur Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung auf der Grundlage eines Nutzwärmebedarfs im Energiebinnenmarkt enthält den Artikel 5 (Herkunftsnachweis für Strom aus hocheffizienter KWK) .

Europäische Umwelt-NRO haben ein Umweltzeichen für Ökostrom eingeführt. Das Umweltzeichen heißt EKOenergie. Sie legt Kriterien für Nachhaltigkeit, Zusätzlichkeit, Verbraucherinformation und -verfolgung fest. Nur ein Teil des Stroms aus erneuerbaren Energien erfüllt die EKOenergie-Kriterien.

Im Februar 2010 wurde im Vereinigten Königreich ein Green Energy Supply Certification Scheme ins Leben gerufen. Dieses implementiert Richtlinien des Energy Regulator, Ofgem, und legt Anforderungen an Transparenz, die Abstimmung von Verkäufen mit erneuerbaren Energiequellen und Zusätzlichkeit fest.

Vereinigte Staaten
Das US Department of Energy (DOE), die Environmental Protection Agency (EPA) und das Centre for Resource Solutions (CRS) erkennen den freiwilligen Bezug von Strom aus erneuerbaren Energiequellen (auch als Ökostrom oder Ökostrom bezeichnet) als Ökostrom an.

Der Kauf von erneuerbaren Energien, wie er in NREL-Daten aufgezeigt wird, ist der gängigste Weg durch den Kauf von Renewable Energy Certificates (RECs). Laut einer Umfrage des Natural Marketing Institute (NMI) wollen 55 Prozent der amerikanischen Verbraucher, dass Unternehmen ihre Nutzung erneuerbarer Energien erhöhen.

DOE wählte sechs Unternehmen für seine 2007 Green Power Supplier Awards, darunter Constellation NewEnergy; 3Degrees; Sterling Planet; SunEdison; Pacific Power und Rocky Mountain Power; und Silicon Valley Power. Die kombinierte Ökostromleistung dieser sechs Gewinner entspricht mehr als 5 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr, was ausreicht, um fast 465.000 durchschnittliche US-Haushalte mit Strom zu versorgen. Im Jahr 2014 hat Arcadia Power RECS für Haushalte und Unternehmen in allen 50 Bundesstaaten verfügbar gemacht, so dass Verbraucher „100% Ökostrom“ gemäß der Green Power Partnership der EPA nutzen können.

Die Green Power Partnership der US Environmental Protection Agency (USEPA) ist ein freiwilliges Programm, das die organisatorische Beschaffung von Strom aus erneuerbaren Energien durch fachliche Beratung, technische Unterstützung, Werkzeuge und Ressourcen unterstützt. Dies kann Organisationen dabei helfen, die Transaktionskosten für den Kauf erneuerbarer Energien zu senken, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren und ihre Führung an wichtige Interessengruppen zu kommunizieren.

Überall in den USA haben mehr als die Hälfte aller US-amerikanischen Stromkunden die Möglichkeit, eine Art Ökostrom von einem Stromanbieter zu beziehen. Etwa ein Viertel der Versorgungsunternehmen in den USA bieten ihren Kunden umweltfreundliche Stromerzeugungsprogramme an, und die freiwilligen Einzelhandelsumsätze mit erneuerbarer Energie in den Vereinigten Staaten beliefen sich im Jahr 2006 auf mehr als 12 Milliarden Kilowattstunden, was einer Steigerung von 40% gegenüber dem Vorjahr entspricht.

In den Vereinigten Staaten ist eines der Hauptprobleme beim Kauf von grüner Energie durch das Stromnetz die derzeitige zentralisierte Infrastruktur, die den Strom des Verbrauchers liefert. Diese Infrastruktur hat zu immer häufigeren Brown-Outs und Blackouts, hohen CO2-Emissionen, höheren Energiekosten und Problemen mit der Stromqualität geführt. Weitere 450 Milliarden Dollar werden investiert, um dieses junge System in den nächsten 20 Jahren zu erweitern, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden. Darüber hinaus wird dieses zentralisierte System durch die Einbeziehung erneuerbarer Energien wie Wind-, Solar- und Geothermie weiter überfordert. Nachwachsende Rohstoffe befinden sich aufgrund des Platzbedarfs oft in entlegenen Gebieten mit geringerem Energiebedarf. Die derzeitige Infrastruktur würde den Transport dieser Energie in Gebiete mit hoher Nachfrage, z. B. in urbanen Zentren, sehr ineffizient und in einigen Fällen unmöglich machen. Darüber hinaus können trotz der Menge an erzeugter erneuerbarer Energie oder der Wirtschaftlichkeit solcher Technologien nur rund 20 Prozent in das Netz integriert werden. Um ein nachhaltigeres Energieprofil zu erreichen, müssen die Vereinigten Staaten auf die Umsetzung von Änderungen am Stromnetz hinarbeiten, die einer gemischten Kraftstoffwirtschaft Rechnung tragen.

Mehrere Initiativen werden vorgeschlagen, um Verteilungsprobleme zu mildern. Der effektivste Weg, um die CO2-Emissionen der USA zu reduzieren und die globale Erwärmung zu verlangsamen, ist in erster Linie der Naturschutz. Gegner des aktuellen US-Stromnetzes haben sich ebenfalls für eine Dezentralisierung des Netzes ausgesprochen. Dieses System würde die Effizienz erhöhen, indem es den Energieverlust bei der Übertragung reduziert. Es wäre auch wirtschaftlich rentabel, da es die Anzahl der Stromleitungen verringern würde, die in Zukunft gebaut werden müssen, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. Die Kombination von Wärme und Strom in diesem System würde zusätzliche Vorteile schaffen und helfen, den Wirkungsgrad um bis zu 80-90% zu steigern. Dies ist ein deutlicher Anstieg gegenüber den derzeitigen Anlagen mit fossilen Brennstoffen, die nur einen Wirkungsgrad von 34% haben.

Unternehmen wie Lieef (www.Lieef.com) haben begonnen, ESG-Metriken im Auftrag von Unternehmen und Investmentfonds zu veröffentlichen, um die Transparenz in dem Bereich zu erhöhen, der bisher an Bedeutung gewonnen hat, aber kein einheitliches Messinstrument gefunden hat .

Nachhaltige Energieforschung
Es gibt zahlreiche Organisationen in den Bereichen Wissenschaft, Bund und Wirtschaft, die fortgeschrittene Forschung auf dem Gebiet der nachhaltigen Energie betreiben. Diese Forschung erstreckt sich über mehrere Bereiche des nachhaltigen Energiespektrums. Der Großteil der Forschung zielt darauf ab, die Effizienz zu verbessern und den Gesamtenergieertrag zu erhöhen. Mehrere staatlich geförderte Forschungsorganisationen haben sich in den letzten Jahren auf nachhaltige Energie konzentriert. Zwei der bekanntesten Laboratorien sind die Sandia National Laboratories und das National Renewable Energy Laboratory (NREL), die beide vom US-Energieministerium finanziert und von verschiedenen Unternehmenspartnern unterstützt werden. Sandia hat ein Gesamtbudget von 2,4 Milliarden Dollar, während NREL ein Budget von 375 Millionen Dollar hat.

Die wissenschaftliche Produktion hin zu nachhaltigen Energiesystemen nimmt exponentiell zu und wächst von etwa 500 englischen Zeitschriftenpapieren über erneuerbare Energien im Jahr 1992 auf fast 9.000 im Jahr 2011.

Biomasse
Biomasse ist biologisches Material, das von lebenden oder kürzlich lebenden Organismen stammt. Es bezieht sich meistens auf Pflanzen oder von Pflanzen abgeleitete Materialien, die spezifisch lignocellulosische Biomasse genannt werden. Als Energiequelle kann Biomasse entweder direkt durch Verbrennung genutzt werden, um Wärme zu erzeugen, oder indirekt, nachdem sie in verschiedene Formen von Biokraftstoff umgewandelt wurde. Die Umwandlung von Biomasse in Biokraftstoff kann durch verschiedene Methoden erreicht werden, die grob in thermische, chemische und biochemische Methoden eingeteilt werden. Holz ist bis heute die größte Biomasse-Energiequelle; Beispiele hierfür sind Waldrestholz – wie tote Bäume, Äste und Baumstümpfe -, Gartenschrot, Hackschnitzel und sogar Siedlungsabfälle. Im zweiten Sinne umfasst Biomasse pflanzliche oder tierische Stoffe, die in Fasern oder andere Industriechemikalien, einschließlich Biokraftstoffe, umgewandelt werden können. Industrielle Biomasse kann aus zahlreichen Arten von Pflanzen, einschließlich Miscanthus, Switchgrass, Hanf, Mais, Pappel, Weide, Sorghum, Zuckerrohr, Bambus und einer Vielzahl von Baumarten, von Eukalyptus bis Palmöl (Palmöl) angebaut werden.

Biomasse, Biogas und Biokraftstoffe werden verbrannt, um Wärme / Strom zu erzeugen und dabei die Umwelt zu schädigen. Aus dieser Verbrennung entstehen Schadstoffe wie Schwefeloxide (SOx), Stickoxide (NOx) und Feinstaub (PM). Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass jährlich 7 Millionen vorzeitige Todesfälle durch Luftverschmutzung verursacht werden. Die Verbrennung von Biomasse ist ein wichtiger Faktor.

Ethanol-Biokraftstoffe
Als wichtigste Biokraftstoffquelle in Nordamerika forschen viele Organisationen auf dem Gebiet der Ethanolproduktion. Auf der Bundesebene führt das USDA eine große Menge an Forschung in Bezug auf die Ethanolproduktion in den Vereinigten Staaten durch. Ein Großteil dieser Forschung zielt auf die Auswirkungen der Ethanolproduktion auf die heimischen Nahrungsmittelmärkte ab. Das National Renewable Energy Laboratory hat verschiedene Ethanol-Forschungsprojekte durchgeführt, hauptsächlich im Bereich Zellulose-Ethanol. Zellulose-Ethanol hat viele Vorteile gegenüber herkömmlichem Mais-Ethanol. Es nimmt nicht weg oder steht in direktem Konflikt mit der Nahrungsmittelversorgung, weil es aus Holz, Gräsern oder nicht essbaren Pflanzenteilen hergestellt wird. Darüber hinaus haben einige Studien gezeigt, dass Zellulose-Ethanol kosteneffizienter und ökonomisch nachhaltiger ist als Mais-basiertes Ethanol. Selbst wenn wir die gesamte Maisernte, die wir in den Vereinigten Staaten haben, verwenden und in Ethanol umwandeln, würde es nur genug Kraftstoff produzieren, um 13 Prozent des gesamten Benzinverbrauchs der Vereinigten Staaten zu decken. Sandia National Laboratories führt hausinterne Zelluloseethanolforschung durch und ist außerdem Mitglied des Joint BioEnergy Institute (JBEI), eines vom US-Energieministerium gegründeten Forschungsinstituts mit dem Ziel, Zellulose-Biokraftstoffe zu entwickeln.

Andere Biokraftstoffe
Von 1978 bis 1996 experimentierte das National Renewable Energy Laboratory mit der Produktion von Algentreibstoff im „Aquatic Species Program“. Ein selbstveröffentlichter Artikel von Michael Briggs von der University of New Hampshire Biofuels Group bietet Schätzungen für den realistischen Ersatz aller Kraftstoffe durch Biokraftstoffe durch die Verwendung von Algen mit einem natürlichen Ölgehalt von mehr als 50%, was Briggs nahelegt auf Algenbecken in Kläranlagen angebaut. Diese ölreichen Algen können dann aus dem System extrahiert und zu Biotreibstoffen verarbeitet werden, wobei der getrocknete Rest zu Ethanol weiterverarbeitet wird. Die Produktion von Algen zur Gewinnung von Öl für Biokraftstoffe wurde noch nicht im kommerziellen Maßstab durchgeführt, es wurden jedoch Machbarkeitsstudien durchgeführt, um zu der obigen Ertragsschätzung zu gelangen. Bei der Herstellung von Biotreibstoffen verbrauchen Algen das Kohlendioxid in der Luft und wandeln es durch Photosynthese in Sauerstoff um. Zusätzlich zu den prognostizierten hohen Erträgen führt Algaculture – im Gegensatz zu Biokraftstoffen auf der Basis von Nahrungsmittelpflanzen – nicht zu einem Rückgang der Nahrungsmittelproduktion, da weder Ackerland noch Frischwasser benötigt werden. Viele Unternehmen verfolgen Algen-Bio-Reaktoren für verschiedene Zwecke, einschließlich der Ausweitung der Biokraftstoffproduktion auf kommerzielles Niveau.

Mehrere Gruppen in verschiedenen Sektoren forschen an Jatropha curcas, einem giftigen, strauchartigen Baum, der Samen produziert, die von vielen als eine lebensfähige Quelle für Biotreibstoff-Ausgangsmaterial angesehen werden. Ein großer Teil dieser Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Gesamterträge von Jatropha pro Hektar durch Fortschritte in der Genetik, Bodenkunde und gartenbaulichen Praktiken. SG Biofuels, ein Jatropha-Entwickler mit Sitz in San Diego, hat molekulare Züchtung und Biotechnologie genutzt, um Elite-Hybridsamen von Jatropha herzustellen, die gegenüber den Sorten der ersten Generation deutliche Ertragsverbesserungen zeigen. Das Centre for Sustainable Energy Farming (CfSEF) ist eine in Los Angeles ansässige, gemeinnützige Forschungsorganisation, die sich der Jatropha-Forschung in den Bereichen Pflanzenwissenschaften, Agronomie und Gartenbau widmet. Die erfolgreiche Exploration dieser Disziplinen wird die Erträge der Jatropha-Farmproduktion in den nächsten zehn Jahren voraussichtlich um 200-300% steigern.

Thorium
Es gibt möglicherweise zwei Quellen der Kernkraft. Spaltung wird in allen gegenwärtigen Kernkraftwerken verwendet. Fusion ist die Reaktion, die in Sternen existiert, einschließlich der Sonne, und bleibt für die Verwendung auf der Erde unpraktisch, da Fusionsreaktoren noch nicht verfügbar sind. Die Kernenergie wird jedoch politisch und wissenschaftlich kontrovers diskutiert, da Bedenken hinsichtlich der Endlagerung radioaktiver Abfälle, der Sicherheit, der Risiken eines schweren Unfalls sowie technischer und wirtschaftlicher Probleme beim Abbau alter Kraftwerke bestehen.

Thorium ist ein spaltbares Material, das in Atomkraftwerken auf Thoriumbasis verwendet wird. Der Thoriumbrennstoffzyklus beansprucht mehrere potenzielle Vorteile gegenüber einem Uranbrennstoffzyklus, einschließlich größerer Abundanz, überlegener physikalischer und nuklearer Eigenschaften, besserer Beständigkeit gegen die Verbreitung von Kernwaffen und verminderter Plutonium- und Actinidproduktion. Daher wird es manchmal als nachhaltig bezeichnet.

Solar
Das Haupthindernis, das die großtechnische Umsetzung der solarbetriebenen Energieerzeugung verhindert, ist die Ineffizienz der derzeitigen Solartechnologie. Derzeit haben Photovoltaik-Module nur die Fähigkeit, rund 24% des Sonnenlichts, das sie trifft, in Elektrizität umzuwandeln. Bei dieser Geschwindigkeit birgt die Solarenergie immer noch viele Herausforderungen für eine weit verbreitete Umsetzung, aber es wurden stetige Fortschritte bei der Senkung der Herstellungskosten und der Steigerung der Photovoltaik-Effizienz erzielt. Sowohl die Sandia National Laboratories als auch das National Renewable Energy Laboratory (NREL) haben stark finanzierte Solarforschungsprogramme durchgeführt. Das NREL-Solarprogramm verfügt über ein Budget von rund 75 Millionen US-Dollar und entwickelt Forschungsprojekte in den Bereichen Photovoltaik (PV), Solarthermie und Sonnenstrahlung. Das Budget für die Solar-Abteilung von Sandia ist nicht bekannt, es macht jedoch einen beträchtlichen Teil des 2,4-Milliarden-Dollar-Budgets des Labors aus. Mehrere akademische Programme haben sich in den letzten Jahren auf die Solarforschung konzentriert. Das Solarenergieforschungszentrum (SERC) der Universität von North Carolina (UNC) hat den alleinigen Zweck, kostengünstige Solartechnologie zu entwickeln. Im Jahr 2008 entwickelten Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine Methode zur Speicherung von Solarenergie, indem sie daraus Wasserstoff aus Wasser erzeugen. Eine solche Forschung zielt darauf ab, das Hindernis zu adressieren, dem die Sonnenentwicklung bei der Speicherung von Energie für den Einsatz in den Nachtstunden ausgesetzt ist, wenn die Sonne nicht scheint. Im Februar 2012 gab die Semprius Inc. mit Sitz in North Carolina, eine von der deutschen Firma Siemens unterstützte Solarentwicklungsfirma, bekannt, dass sie das weltweit effizienteste Solarpanel entwickelt hat. Das Unternehmen behauptet, dass der Prototyp 33,9% des auftreffenden Sonnenlichts in Elektrizität umwandelt, mehr als das Doppelte der bisherigen High-End-Umwandlungsrate. Große Projekte zur künstlichen Photosynthese oder Solarenergie sind in vielen Industrieländern ebenfalls im Gange.

Weltraumbasierte Solarenergie
Weltraumbasierte Solarenergiesatelliten versuchen, die Probleme der Speicherung zu lösen und liefern zivilisatorische Energie, die sauber, konstant und global ist. Japan und China haben aktive nationale Programme, die auf kommerzielle Raumfahrt-Solarenergie (SBSP) abzielen, und die Hoffnung beider Länder, Demonstrationen in den 2030er Jahren zu umkreisen. Die China Academy of Space Technology (CAST) gewann 2015 mit diesem Video ihres Multi-Rotary-Joint-Designs den International SunSat Design Competition. Befürworter von SBSP behaupten, dass die Weltraum-basierte Solarenergie sauber, konstant und global sei und skalieren könnte, um den gesamten Energiebedarf der Planeten zu decken. Ein kürzlich veröffentlichter branchenübergreifender Industrievorschlag (in Anlehnung an die Empfehlung des Pentagon von 2008) gewann die SECDEF / SECSTATE / USAID-D3-Diplomatie (Entwicklung, Verteidigung) mit dem folgenden Pitch- und Vision-Video. Northrop Grumman finanziert CALTECH mit 17,5 Millionen Dollar für ein ultraleichtes Design. Keith Henson hat kürzlich ein Video über einen Bootstrapping-Ansatz veröffentlicht.

Wind
Die Erforschung der Windenergie begann mehrere Jahrzehnte bis in die 1970er Jahre, als die NASA ein analytisches Modell zur Vorhersage der Windenergieerzeugung bei starkem Wind entwickelte. Heute haben sowohl Sandia National Laboratories als auch National Renewable Energy Laboratory Programme, die sich der Windforschung widmen. Sandias Labor konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Materialien, Aerodynamik und Sensoren. Die NREL-Windprojekte konzentrieren sich auf die Verbesserung der Windstromerzeugung, die Senkung der Kapitalkosten und die Erhöhung der Kosteneffizienz der Windenergie. Das Feldlabor für optimierte Windenergie (FLOWE) am Caltech wurde gegründet, um erneuerbare Ansätze für Verfahrenstechniken in der Windenergie zu erforschen, die das Potenzial haben, die Kosten, Größe und Umweltauswirkungen der Windenergieproduktion zu reduzieren. Der Präsident der Sky WindPower Corporation ist der Ansicht, dass Windturbinen in der Lage sein werden, Strom mit einem Cent / kWh im Durchschnitt zu produzieren, was im Vergleich zu Kohle-erzeugter Elektrizität einen Bruchteil der Kosten darstellt.

Ein Windpark ist eine Gruppe von Windkraftanlagen am selben Standort, die zur Stromerzeugung genutzt werden. Ein großer Windpark kann aus mehreren hundert einzelnen Windturbinen bestehen und eine ausgedehnte Fläche von mehreren hundert Quadratkilometern abdecken, aber das Land zwischen den Turbinen kann für landwirtschaftliche oder andere Zwecke genutzt werden. Ein Windpark kann auch vor der Küste liegen.

Viele der größten Onshore-Windparks befinden sich in den USA und in China. Der Gansu-Windpark in China hat mehr als 5.000 MW installiert, mit einem Ziel von 20.000 MW bis 2020. China hat mehrere andere „Windkraftbasen“ von ähnlicher Größe. Das Alta Wind Energy Center in Kalifornien ist der größte Onshore-Windpark außerhalb Chinas mit einer Kapazität von 1020 MW. Europa führt bei der Nutzung von Windenergie mit fast 66 GW an, das sind rund 66 Prozent der Gesamtmenge weltweit, wobei Dänemark nach den installierten Pro-Kopf-Kapazitäten die Spitzenreiter ist. Seit Februar 2012 ist die Walney Wind Farm in Großbritannien mit 367 MW der größte Offshore-Windpark der Welt, gefolgt von der Thanet Wind Farm (300 MW), ebenfalls in Großbritannien.

Es gibt viele große Windparks im Bau, darunter BARD Offshore 1 (400 MW), Clyde Windpark (350 MW), Greater Gabbard Windpark (500 MW), Lincs Wind Farm (270 MW), London Array (1000 MW). , Lower Snake River Windprojekt (343 MW), Macarthur Wind Farm (420 MW), Shepherds Flat Windpark (845 MW) und Sheringham Shoal (317 MW).

Die Windkraft ist schnell gewachsen, ihr Anteil am weltweiten Stromverbrauch lag Ende 2014 bei 3,1%.

Geothermisch
Geothermie wird erzeugt, indem die in der Erde erzeugte und gespeicherte Wärmeenergie genutzt wird. Es entsteht durch den radioaktiven Zerfall eines Isotops von Kalium und anderen Elementen in der Erdkruste. Geothermische Energie kann durch Bohren in den Boden gewonnen werden, sehr ähnlich der Ölexploration, und dann wird sie durch eine Wärmeübertragungsflüssigkeit (z. B. Wasser, Sole oder Dampf) getragen. Geothermische Systeme, die hauptsächlich von Wasser dominiert werden, haben das Potenzial, das System besser zu nutzen und mehr Strom zu erzeugen. Innerhalb dieser flüssigkeitsdominierten Systeme gibt es möglicherweise Bedenken hinsichtlich der Absenkung und Kontamination von Grundwasserressourcen. Daher ist der Schutz der Grundwasserressourcen in diesen Systemen notwendig. Dies bedeutet, dass eine sorgfältige Reservoirproduktion und -entwicklung in flüssigkeitsdominierten geothermischen Reservoirsystemen notwendig ist. Geothermie wird als nachhaltig betrachtet, da diese Wärmeenergie ständig nachgefüllt wird. Die geothermische Energiegewinnung ist jedoch noch jung und entwickelt sich wirtschaftlich. Mehrere Einrichtungen, wie das National Renewable Energy Laboratory und die Sandia National Laboratories, forschen an dem Ziel, eine erprobte Wissenschaft rund um die Geothermie aufzubauen. Das Internationale Zentrum für geothermische Forschung (IGC), eine deutsche Forschungsorganisation für Geowissenschaften, konzentriert sich weitgehend auf die Forschung zur Geothermie-Entwicklung.

Wasserstoff
Über 1 Milliarde US-Dollar Bundesmittel wurden für die Erforschung und Entwicklung von Wasserstoff und ein Medium zur Speicherung von Energie in den Vereinigten Staaten ausgegeben. Sowohl das National Renewable Energy Laboratory als auch die Sandia National Laboratories haben Abteilungen, die sich der Wasserstoffforschung widmen. Wasserstoff ist nützlich für die Speicherung von Energie und für den Einsatz in Flugzeugen und Schiffen, ist aber für den Einsatz im Automobil nicht praktikabel, da er im Vergleich zur Batterie nicht sehr effizient ist – bei gleichen Kosten kann eine Person dreimal so weit reisen batterieelektrisches Fahrzeug.