Energieumwandlung
Umwandlung der Energieformen
Energie selbst, ist an sich ein sehr komplexes Thema. Nicht jede Form der Energie kann einfach vermittelt werden, da gewisse Vorkommensweisen nur unter der Vorlage von naturwissenschaftlichen Kenntnissen vermittelbar sind.
Die Energieumwandlung ist sehr eng mit den Energieformen und der Energieerzeugung vernetzt.
Verschiedene Formen von Energie:
Wärmeenergie, elektrische Energie, Bestrahlungsenergie, mechanische Energie, Kernenergie und chemische Energie.
Die Energieformen sind in den unterschiedlichen Energieträgern in der Natur vorhanden.
Wärmeenergie kann unter anderem im Erdreich, im Erdkern, in heißen Quellen und der Sonnenstrahlung ( Erdwärme - Geothermie ) enthalten sein. Strahlung im Allgemeinen ist beispielsweise auch im Sonnenlicht enthalten. Mechanische Energie ist enthalten im fließenden Wasser, dem Wind und Gezeiten. Chemische Energie ist vor allem in der Biomasse und in fossilen Rohstoffen gespeichert. Kernenergie wird unter anderem bei der Spaltung von Uran freigesetzt.
Energie selbst kann nicht erzeugt werden, sie kann nur in andere Erscheinungsformen umgewandelt werden.
Der Volksmund spricht beispielsweise sehr oft von Stromerzeugung, was fälschlicherweise keine Energieerzeugung ist. Um die Energieerzeugung korrekt zu erklären, muss unter anderem erwähnt werden, welche Energieformen aus welchen anderen Energieformen heraus erzeugt werden.
Ein Beispiel für eine Energieumwandlung ist die Reibung, welche kinetische Energie in thermische Energie umwandelt. Es ist wichtig dabei zu erwähnen, dass bei der Energieumwandlung in der Regel der Energieerhaltungssatz gilt. Das bedeutet, dass keine Energie verloren geht, sondern nur eine Energieform in eine andere umgewandelt wird.
Die Natur bietet eine Reihe von Energieträgern, welche zur Energieumwandlung genutzt werden können. Dafür eignen sich beispielsweise die fossilen Rohstoffe wie Erdöl, Erdgas, Kohle. Aber auch regenerative Energieträger wie Bio-Diesel, Biogas, Stroh oder Holz, welche unter dem Gesamtbegriff Biomasse laufen oder die Nutzung von Erdwärme, Windenergie, sondern Energie, Sonnenenergie oder Wasserkraft sind Energieträger, welche von der Natur aus gewonnen werden können.
Diese genannten Energieträger werden als Primärenergieträger bezeichnet, da diese die primäre Quelle der Energie darstellen. Um diese Energie nutzen zu können, ist es notwendig, diese umzuwandeln. Für die Umwandlung werden die Brennstoffe dazu verwendet, um beispielsweise Wärme zu erzeugen oder Strom in Kraftwerken zu erzeugen oder sie werden als Treibstoff für Motoren eingesetzt.
Diese Art der Energie, man kann es als „Endenergie“ bezeichnen, ist in der Regel aber noch nicht das letzte Glied in der langen Kette der Energieumwandlung. Die Energieumwandlung wird größtenteils beim Verbraucher selbst vollzogen, um beispielsweise Licht zu erzeugen oder Räume zu beheizen. Bei diesen Energieumwandlungen, lässt es sich nicht vermeiden, dass zum Teil erhebliche Umwandlungsverluste eintreten. Da bei praktisch jeder Energieumwandlung solche Verluste auftreten, kann man die Bereitstellung von primärer Energie nicht mit dem Verwenden von Nutzenergie gleichsetzen.
Um diese Verluste etwas anschaulicher zu gestalten, kann man sich vorstellen, dass für die Bereitstellung von einer Kilowattstunde, die dem Verbraucher als Nutzenergie bereitgestellt werden kann, ungefähr 3 kWh primäre Energie aufgebracht werden muss.
Energie Umwandlungsverluste
Darstellung der Umwandlungsverluste und des Verbrauchs bei der Herstellung von kochendem Wasser.
Primärenergie Naturgas 311 Wh (100%), Umwandlung in Abgas (90%)-es fallen Verluste von (10%) an. Umwandlung in Nutzenergie (kochendes Wasser)-es fallen Verluste in Höhe von (59%) an.
Energieverbrauch in Deutschland
Der Energieverbrauch in Deutschland ist immens. Deshalb erscheint es als sinnvoll, erneuerbare Energien so gut wie möglich einzusetzen. In Deutschland hatte man im Jahre 2003 einen primären Energieverbrauch von circa 490 Millionen t SKE (ca. 14.300 PJ) ermittelt. Der Endverbrauch lag bei circa 315 Millionen t SKE (9.200 PJ). Anhand dieser Studie kann man erkennen, dass ein sehr großer Teil an Energie verloren geht. Die Umwandlungsverluste in Deutschland beliefen sich demnach im Jahre 2003 auf rund 25% des primären Energieverbrauchs. Im Jahre 2003 lag der Anteil an erneuerbaren Energien am primären Energieverbrauch lediglich bei 3,1%. Dies sollte in den Jahren danach wesentlich zunehmen.
Formen der Energieumwandlung
Im Folgenden werden mehrere Beispiele beschrieben, wie Energieumwandlungen in welcher Form stattfinden.
* Umwandlung von mechanischer Energie in mechanische Energie: (Getriebe)
* Umwandlung von mechanischer Energie in thermische Energie: (Bremsen)
* Umwandlung von mechanischer Energie in Strahlungsenergie: (Synchrotronstrahlung)
* Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie: (Generator)
* Umwandlung von mechanischer Energie in chemische Energie: (Eischnee)
* Umwandlung von mechanischer Energie in nukleare Energie: (Reaktionen im Teilchenbeschleuniger)
* Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Energie: (Dampfturbine)
* Umwandlung von thermischer Energie in thermische Energie: (Wärmeübertrager)
* Umwandlung von thermischer Energie in Strahlungsenergie: (glühendes Metall)
* Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie: (Thermoelement)
* Umwandlung von thermischer Energie in chemische Energie: (Hochofen)
* Umwandlung von thermischer Energie in nukleare Energie: (Supernova)
* Umwandlung von Strahlungsenergie in mechanische Energie: (Radiometer)
* Umwandlung von Strahlungsenergie in thermische Energie: (Solarkollektoren)
* Umwandlung von Strahlungsenergie in Strahlungsenergie: (nichtlineare Optik)
* Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie: (Solarzelle)
* Umwandlung von Strahlungsenergie in chemische Energie: (Fotosynthese)
* Umwandlung von Strahlungsenergie in nukleare Energie: (Kernphotoeffekt)
* Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie: (Elektromotor)
* Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie: (Elektroherd)
* Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie: (Blitz)
* Umwandlung von elektrischer Energie in elektrische Energie: (Transformator)
* Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie: (Akkumulator)
* Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie: (Muskel)
* Umwandlung von chemischer Energie in thermische Energie: (Ölheizung)
* Umwandlung von chemischer Energie in Strahlungsenergie: (Glühwürmchen)
* Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie: (Brennstoffzelle)
* Umwandlung von chemischer Energie in chemische Energie: (Kohlevergasung)
* Umwandlung von chemischer Energie in nukleare Energie: (Isomerieverschiebung)
* Umwandlung von nuklearer Energie in mechanische Energie: (schnelle Neutronen)
* Umwandlung von nuklearer Energie in thermische Energie: (Sonne)
* Umwandlung von nuklearer Energie in Strahlungsenergie: (Gammastrahlen)
* Umwandlung von nuklearer Energie in elektrische Energie: (innere Konversion)
* Umwandlung von nuklearer Energie in chemische Energie: (Radiolyse)
* Umwandlung von nuklearer Energie in nukleare Energie: (Brutreaktor)
Wirkungsgrad der Energieumwandlung
Eine weitere Kennzahl um die Effizienz der Energieumwandlung zu kennzeichnen, ist der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad beschreibt dabei das Verhältnis zwischen der nutzbaren Energie zur aufgewandten Energie. Dabei ist der Wirkungsgrad normalerweise immer kleiner als Eins.
Beschreibung des Wirkungsgrades anhand eines Elektromotors. Ein gewöhnlicher Elektromotor wird in der Regel dazu eingesetzt, um Bewegungsenergie zu erzeugen. Allerdings wandelt der Elektromotor seinen Strom nicht ausschließlich in Bewegungsenergie um, sondern zu einem gewissen Teil auch in Wärmeenergie, da sich der Motor durch bestimmte Reibungen erwärmt. Der Wirkungsgrad bei einem großen Elektromotor liegt im Bereich zwischen 0,7 und 0,95.
Energiebedarf Weltweit
Der Energiebedarf ist weltweit ein riesiges Thema. Da der Verbrauch von Energie von Jahr zu Jahr größer wird sind alle Menschen angehalten, Energie so gut es geht einzusparen oder auf effizientere Geräte umzusteigen. Der von vielen Experten prophezeite Klimawandel, hat auch in Deutschland eine riesige Debatte ausgelöst. Hierbei wird darauf aufmerksam gemacht, dass Energie nicht unerschöpflich ist und dass sinnlose Energievergeudung den Klimawandel beschleunigen kann.
Da der Verbraucher in der Regel selber entscheiden kann welche Energieform er für seine Energieversorgung wählt, kann auch hier ein entscheidender Einfluss genommen werden. Im Hinblick auf den Klimawandel und seinen Folgen sollte jeder mit Energie, aber vor allem auch mit der Energieumwandlung verantwortungsvoll haushalten, um den Status Quo nicht noch weiter zu verschlechtern.
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