Energie ist unsichtbar und kann nur an ihrer Wirkung erkannt werden. Sie wird nicht „verbraucht“ sondern von einer Energieform in eine andere umgewandelt. Energie ist eine physikalische Größe, die zur Ausführung von Arbeit nötig ist, zum Beispiel um beim Rad fahren in die Pedale treten oder ein  Auto beschleunigen zu können. Energie spielt in vielen Bereichen eine zentrale Rolle, zum Beispiel in der Physik, Chemie, Biologie, Wirtschaft aber auch im Alltag bei uns zuhause.

Energie im Alltag

Energie ist in unserem Lebensumfeld allgegenwärtig. Doch was ist Energieeigentlich? In der Physik versteht man unter Energie „die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten“. Diese Fähigkeit „Energie“ können wir nicht sehen, hören, schmecken oder riechen. Dennoch begegnen wir ihr in all ihren unterschiedlichen Erscheinungsformen im Alltag. Wir treffen auf sie in Form der Wärme des Feuers, dem Licht der Sonne oder der Bewegung des Windes. Laut Energieerhaltungssatz kann Energie weder aus dem Nichts erzeugt werden, noch verloren gehen. Daher kann Energie auch nicht „verbraucht“ werden. Sie kann aber ursprünglichen Energiequellen entnommen und in für uns geeignete Energieformen wie Wärme und Licht umgewandelt werden. Selbst wenn im Sprachgebrauch oft von „Energieerzeugung“ die Rede ist, so handelt es sich dabei immer um eine Abfolgeverschiedener Energie-Umwandlungsprozesse. Ein Beispiel: Die chemische Energie von Brennstoffen (z.B. Kohle) wird durch Verbrennen in thermische Energie (Wärme) umgewandelt. Der entstehende Wasserdampf wandelt diese Energie über Turbinen in mechanische Energie und mittels Generatoren weiter in elektrische Energie („Elektrischen Strom“) um.

 

Strom entsteht dadurch dass sich Elektronen durch elektrische Leiter bewegen. Wie bei einer Reihe aufgestellter Dominosteine „schubst“ ein Elektron das nächste und bringt es in Bewegung. Elektrischer Strom ist die für uns wertvollste Energieform, da Strom in all jene Energieformen umgewandelt werden kann, die wir im Alltag brauchen (Licht, Bewegung, Wärme,…).

 

 

Wo verbrauchen wir Energie in unserem Alltag?

Wir verbrauchen ganz unterschiedliche Formen von Energie z.B. in Form von Gas, Strom oder Benzin.

 

Wärmen und Kühlen

Durch Heizen im Winter und Kühlen im Sommer wollen wir die Temperatur der Räume, in denen wir leben, angenehm gestalten. Im Winter heizen wir diese Räume und im Sommer kühlen wir sie ab. Es hängt nun davon ab, wo wir wohnen: Menschen in kälteren Regionen benutzen Gas, Öl oder Kohle natürlich viel häufiger zum Heizen, als Menschen in wärmeren Regionen. Sie wiederum ziehen eine Klimaanlage vor, um die Raumtemperatur niedrig zu halten. Abgesehen von der Regulierung der Raumtemperatur nutzen wir Wärmeenergie auch zum Kochen, um ein warmes Bad zu nehmen oder heiß zu duschen. Wir konservieren unsere Nahrung in Kühlschränken und Gefriertruhen und kühlen Getränke. Auch die Industrie braucht Wärme- und Kühlprozesse.

 

Transportenergie

Wir transportieren Güter von einem Ort zum anderen. Wenn man eine Tasche trägt, ist der Körper das Transportmittel. Die Energie dafür bezieht man aus der Nahrung. Jeden Tag werden mehrere zehn Millionen Tonnen Güter mit Lastwagen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen transportiert. Fast alle diese Transportmittel verbrauchen Benzin, Gas, Öl oder Kerosin. Nur ein Haupttransportmittel, nämlich der Schienenverkehr (und damit Systeme wie Tram- oder U-Bahnen), wird hauptsächlich mit Strom betrieben.

 

Industrielle Anwendungen von Energie

Die Industrie stellt viele Gegenstände für den täglichen Gebrauch her, wie zum Beispiel Kleidung, Essen, Kunststoff und sauberes Wasser. Sie produziert jedoch auch Materialien für den Straßen-, Haus oder Gleisbau – all dies verschlingt große Mengen an Energie in Form von Wärme (Dampf) und Strom. Weil Fabriken oft beides brauchen, wird Strom oft innerhalb des Betriebes produziert; die Abwärme aus der Energieproduktion kann für industrielle Prozesse genutzt werden was eine Fabrik oft sehr energieeffizient macht.

 

Andere Anwendungen

Auch im Haushalt gibt es viele Tätigkeiten, für die man Energie braucht, und die entsprechenden Geräte funktionieren meist ausschließlich mit Strom: Das Mobiltelefon mit dem man  auch im Internet surfen kann oder eine Nachricht schreibt, der Staubsauger oder die Kaffeemaschine. Auch unsere Sicherheitssysteme sind vom Strom abhängig: Türöffner und Schließ- bzw. Alarmanlagen.

 

Elektrizität

Elektrischer Strom ist die vielseitigste Energieform und kann daher fast überall verwendet werden. Dort wo Strom verbraucht wird, entstehen keine Geräusche oder Abgase. Du brauchst auch keinen Tank neben deinen Computer oder die Stereoanlage zu stellen. Strom ist sofort in der richtigen Form verfügbar, egal wo und wann man ihn braucht. Einziger Nachteil ist der weite Transport von den Produktionsstätten bei dem ca. 10% verloren gehen. Ein weiterer Nachteil ist die Schwierigkeit, Strom in großen Mengen zu „lagern“. Um nur eine kleine Menge elektrischen Stroms zu speichern braucht man riesige, schwere Batterien. Müsste man solche Batterien auf Fahrzeugen mitnehmen, wären solche Vehikel für unser Transportsystem nicht geeignet. Der Schienenverkehr löst dieses Problem mit einem eigenen Oberleitungsnetz, das wie ein überdimensionales Verlängerungskabel funktioniert!

 

Der Strombedarf weltweit steigt schnell. So soll er sich zum Vergleichsjahr 2001 bis 2030 mehr als verdoppeln. Interessant ist auch die Tatsache, dass knapp 13% der Weltbevölkerung noch immer an keine regelmäßige Stromversorgung angeschlossen ist.

 

 

Wie misst man Energie?

Energie ist eine physikalische Größe und hat wie bereits beschrieben unterschiedliche Formen die jedoch eines gemeinsam haben, dass sie Arbeit verrichten können. Diese Fähigkeit kann mit dem Anheben eines Gewichts anschaulich gemacht werden. Die hierfür aufzuwendende Energie wird in Joule (J) gemessen. Ein Joule ist gleich der Energie, die benötigt wird, um über die Strecke von einem Meter die Kraft von einem Newton aufzuwenden. Der Energiegehalt unserer Nahrung wird oft in Kalorien ausgedrückt. Mit einer Kalorie kannst du ein Gramm Wasser um ein Grad aufheizen. Eine Kalorie bedeutet so viel wie 4,19 Joules. Alle Energieformen können auch in Joule gemessen werden, wenn wir z.B. einen Liter Benzin verbrennen, setzt er 28 Megajoule (MJ) an Energie frei. Neben Energie gibt es auch noch Leistung, welche die Menge an Energie pro Zeiteinheit darstellt und daher in Joule pro Sekunde (J/s) bzw. Watt (W) gemessen wird. Im Alltag ist Alltag ist eher 1 Kilowattstunde (kWh) als Einheit gebräuchlich mit der man beispielsweise:

  • 10 Stunden fernsehen

  • 60 min Staubsaugen

  • 1 Maschine Wäsche waschen

  • 15 Hemden bügeln

  • 17 Stunden einer Glühbirne mit 60 Watt betreiben

  • 90 Stunden eine Stromsparlampe betreiben

  • 7 Jahre lang 3x täglich Zähne mit einer elektrischen Zahnbürste putzen kann.

 

Energie und Leistung werden oft im selben Sinne benutzt, ihre Bedeutung ist jedoch unterschiedlich. Leistung misst, wie schnell Energie verbraucht wird.

 

 

Energieträger und die Prozesskette

Energieträger sind Stoffe deren Energiegehalt für Energieumwandlungsprozesse nutzbar ist. Als Primär- oder Rohenergieträger bezeichnet man Energieträger, die in der Natur zur Verfügung stehen. Sekundäre Energieträger werden aus ersteren durch Umwandlung erzeugt. Energieträger unterscheiden sich in ihrer Energiedichte, Transport- und Lagerfähigkeit sowie im Aufwand und Wirkungsgrad ihrer Nutzung. Energie in Form von Kraftstoff oder Strom steht am Anfang aller unserer Aktivitäten.  Die Energieketten sind folglich sehr lang: Vom Bergwerk oder der Bohrinsel aus wird Kohle und Öl über Schiffe und Pipelines in alle Welt verteilt, zu Kraftwerken und Tankstellen, von dort aus über Stromleitungen oder Zapfsäulen zum Endverbraucher. Zusammen bilden diese Energieketten ein komplexes System, das wir Energiesystem nennen.

 

 

Energie & Klima

Die Klimakrise ist zu einem großen Teil auf unsere Art der Energienutzung zurückzuführen. Rund zwei Drittel der weltweiten menschengemachten Treibhausgasemissionen stammen aus dem Bereich Energie. Durch die Verbrennung fossiler Energieträger gelangt das klimaschädigende Treibhausgas CO2 in die Atmosphäre und trägt somit maßgelblich zum Treibhauseffekt bei. Daher sind der Umstieg auf erneuerbare Energie sowie Maßnahmen im Bereich Energiesparen und Energieeffizienz wesentliche Beiträge zur Erreichung der Klimaziele.

 

 

Erneuerbare Energieträger

Erneuerbare Energiequellen sind unbegrenzt vorhanden (Sonnenenergie) bzw. bilden sie sich in für Menschen überschaubaren Zeiträumen wieder nach (Biomasse).

 

Sonnenenergie

Das Leben auf der Erde wäre ohne die Energie der Sonne nicht möglich. Die Menge an Sonnenenergie, die auf der Erde auftrifft, beträgt ca. das 10.000fache der Energie, die alle Menschen weltweit benötigen. Sonnenenergie kann auf unterschiedliche Arten genutzt werden: durch thermische Solaranlagen und durch Photovoltaikanlagen. Thermische Solaranlagen sammeln die Wärme der Sonnenstrahlen und erhitzen Wasser fürs Duschen, Waschen oder Heizen. Photovoltaikanlagen wandeln Strahlungsenergie der Sonne direkt in elektrischen Strom um.

 

Windenergie

Durch die Einstrahlung der Sonne werden Luftschichten erwärmt. Warme Luft steigt auf und kühlere Luft aus der Umgebung wird „nachgesaugt“. Diese Verfrachtung von Luftschichten erleben wir als Wind. Über eigene Kraftanlagen kann dieser in elektrische Energie umgewandelt werden.

 

Wasserkraft

In einem Wasserkraftwerk treibt das fließende Wasser eine Turbine an. Diese Turbine bewegt einen Generator, der Strom erzeugt. Je schneller das Wasser fließt, desto schneller dreht sich auch die Turbine und desto mehr Strom wird erzeugt. Von allen erneuerbaren Energieformen wird Wasserkraft in Österreich zurzeit am häufigsten genutzt.

 

Biomasse

Biomasse ist eine Sammelbezeichnung für Energieträger, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Zur heimischen Biomasse zählen z. B. Holz und Holzprodukte wie Pellets oder Hackschnitzel, Pflanzenöle aus Raps, Mais, Lein aber auch Abfallstoffe aus der Tier- und Pflanzenzucht (Gülle, Mist, Stroh, Heu). Biomasse aus regionaler, nachhaltiger(!) Produktion bietet die Chance unabhängiger von Energieimporten zu werden. Biomasserohstoffe aus nicht nachhaltiger Bewirtschaftung bringen erhebliche Probleme mit sich, etwa durch die Abholzung von tropischen Regenwäldern.

 

Geothermie

Geothermie nutzt die Wärme, die aus dem Erdinneren an die Oberfläche transportiert wird. Oft wird dafür Wasser oder Sole mittels elektrischer Wärmepumpe in den Boden gepumpt und dort aufgewärmt (oberflächennahe Geothermie).

 

 

Nicht Erneuerbare Energieträger

Wie der Name erkennen lässt, sind diese Energieträger nicht in uneingeschränktem Maße verfügbar bzw. lassen sich diese nicht in von Menschen überschaubaren Zeiträumen erneuern. Die energetische Nutzung von Erdöl, Erdgas und Kohle trägt maßgeblich zur Klimakrise bei. Bei ihrer Verbrennung wird das Treibhausgas CO2 freigesetzt, das zuvor über Millionen von Jahren gespeichert war und nun in die Atmosphäre entlassen wird, wo es den Treibhauseffekt verstärkt. Fossile Energieträger sind im Wesentlichen konzentrierte Sonnenenergie, die vor Millionen von Jahren in Form von organischem Material gespeichert und in einem langwierigen Prozess unter hohem Druck und hoher Temperatur umgewandelt wurde. Verbrennt man heute dieses „Konzentrat“, so wird dabei eine riesige Menge Energie freigesetzt, die unser tägliches Leben erleichtert. Erdöl entstand durch Ablagerung von Kleinstlebewesen auf Meeres- und Seeböden, die von Sediment bedeckt wurden. Durch den hohen Druck und hohe Temperaturen bildete sich im Laufe von Jahrmillionen Erdöl. Kohle ist im Laufe mehrerer hundert Millionen Jahre aus den abgestorbenen Pflanzen versunkener Wälder entstanden. Erdgas ist ein brennbares Gas, das in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Es tritt häufig zusammen mit Erdöl auf, da es auf ähnliche Weise entsteht. Erdgase bestehen hauptsächlich aus Methan, unterscheiden sich aber in ihrer weiteren chemischenZusammensetzung.

Literatur

Textpassagen gestaltet durch die 3. Klasse NMS Kohfidisch