Energieaufwertung

Computer, Smartphone, Lampe oder Auto - all das benötigt hochwertige Energie um zu funktionieren. Unser Bedarf steigt stetig an. Woher die Energie stammt, kann ganz unterschiedlich sein. Bestimmt hast du bei diesem Thema auch schon mal von erneuerbarer und fossiler Energie gehört.

Aber was ist das und woher kommt diese Energie überhaupt? Welche Energieart ist denn nun die beste? Und welche Probleme entstehen bei dem Versuch immer mehr Energie zu nutzen?

simlpeclub erklärt es dir!

Energieaufwertung einfach erklärt

Die meisten Geräte in unserem Alltag benötigen eine bestimmte Energieform, zum Beispiel elektrische Energie. Um die Energien um uns herum also nutzbar zu machen, müssen wir sie also oft in andere Energiearten umwandeln. Je nachdem welche Energie umgewandelt werden soll, ist das einfacher oder schwerer.

So ist kinetische Energie in Wind und Strömung meistens relativ einfach über Generatoren umzuwandeln, während chemische Bindungsenergie schwieriger zu nutzen ist. Sie muss zum Beispiel erst durch Verbrennung in thermische Energie umgewandelt werden. Die thermische Energie wird dann über Wärmegeneratoren oder -pumpen in elektrische Energie umgewandelt.

Welche Ausgangsenergie aber für die Umwandlung in elektrische Energie tatsächlich am besten ist, hängt von vielen Faktoren wie Verfügbarkeit, Sicherheit, Politik und Kosten ab.

Energieerzeugung Definition

Energie ist eine fiktive Erhaltungsgröße. Sie kann nicht erzeugt, gespeichert oder vernichtet werden.

Energieaufwertung allgemein

Jede Energie hat eine bestimmte Wertigkeit für uns.

• Du kannst zum Beispiel ziemlich viele Geräte mit elektrischer Energie betreiben.
  \rarr$\rarr$ Dadurch ist sie hochwertig.

• Mit thermischer Energie (also Wärme) kannst du nicht so viel anfangen.
  \rarr$\rarr$ Deswegen ist sie für uns weniger wert.

Immer, wenn du eine Energie benötigst, wandelst du alles oder einen Teil davon in wertlose thermische Energie und andere Energiearten um. Theoretisch gäbe es irgendwann also nur noch wertlose Energie.

Zum Glück hat die Menschheit aber bereits viele Wege gefunden, Energien gezielt umzuwandeln und so auch aus wertloser Energie wieder wertvolle Energie zu machen.

Dabei können wir die wertloseren Energien sowohl aus fossilen, als auch aus erneuerbaren Quellen beziehen. Jede Quelle hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.

Geld, Politik, Verfügbarkeit der Ressourcen, Zugang zu Technik und zum allgemeinen Stromnetz und Lebensweise spielen wichtige Rollen bei der Wahl der Energiequelle.

Fossile Energiearten

Energie aus Erdöl & Erdgas

Erdöl und Erdgas entstehen, wenn tote Tiere oder Pflanzen in sauerstoffarme Gebiete mit hohem Druck gelangen. Das ist zum Beispiel am Meeresboden oder in tiefen Höhlen oft so. Durch den fehlenden Sauerstoff verwesen sie nicht, sondern setzen Kohlenwasserstoffe wie Methan frei. Diese Gase haben hohe chemische Bindungsenergien. Legt sich weiteres Material darüber, können Gas und Öl nicht entweichen und sammeln sich unter dem Boden. Dieser Prozess kann Millionen von Jahren dauern. Erdöl und -gas stehen und also nicht unendlich zur Verfügung.

Um dein Smartphone mit Erdöl zu betreiben, musst du das Öl verbrennen und mit dem Feuer Wasser erhitzen. Dabei entsteht Wasserdampf, der sich durch die Windungen einer Turbine drückt. Die Turbine beginnt sich zu drehen und besitzt so kinetische Energie, die über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Energie aus Torf & Kohle

Torf, Braun- und Steinkohle entstehen, wenn große Mengen toter Tiere oder Pflanzen im Wasser landen und dann von Sand oder Schlamm bedeckt werden. Es muss hoher Druck herrschen und viel thermische Energie in Form von Wärme zur Verfügung stehen. Die Tiere und Pflanzen geben Sauerstoff und Wasserstoff ab und werden nach und nach erst zu energiereichem Torf, dann zu noch energiereicherer Kohle. Dieser Prozess dauert ebenfalls mehrere Millionen Jahre. Dieser Rohstoff ist somit auch nicht unendlich verfügbar.

Torf und Kohle werden zur Erzeugung elektrischer Energie wie Erdöl und Erdgas verbrannt.

Erneuerbare Energiearten

Bioenergie

Neben Kohle, Torf oder Erdöl können wir auch Holz, Pflanzen oder Pflanzenöl verbrennen, um elektrische Energie zu erhalten. Da diese Quellen schnell und einfach nachwachsen können, handelt es sich um erneuerbare Energielieferanten.

Zur Bioenergie gehört jede Energie die direkt aus Lebewesen stammt. Wenn du Fahrrad fährst, wandelst du chemische Bindungsenergie aus deinen Muskeln in kinetische Energie um. In diesem Fall bist auch du ein Bioenergielieferant.

Energie aus der Sonne

Die Sonne bietet gleich zwei Energiearten: Lichtenergie und thermische Energie. Beide zusammen werden manchmal auch als Strahlungsenergie der Sonne bezeichnet.

Die Lichtenergie wird durch Solarzellen in Photovoltaikanlagen nutzbar gemacht. Stark vereinfacht schlägt das Licht energiearme Elektronen aus einer Metallschicht in den Solarzellen. Diese Elektronen besitzen nun eine höhere Energie und können sich frei bewegen. Es entsteht ein elektrischer Strom.

Die thermische Energie der Sonne wird durch die Solarthermie nutzbar gemacht. Hierbei werden wassergefüllte Platten an sonnigen Orten aufgestellt. Die Sonne erwärmt das Wasser, dass dann über Rohre zum Beispiel zum Heizen in Heizungen fließen kann. Das kalte Wasser fließt zurück in die Platten und es entsteht ein Kreislauf.

Beide Methoden sind darauf angewiesen, dass die Sonne lange und stark genug scheint.

Energie aus Wind

Die Energie aus Wind wird zum Beispiel durch Windkraftwerke, Windräder oder Windmühlen genutzt. Die kinetische Energie der Luft wird dabei auf die Flügel der Windkraftwerke oder -räder übertragen. Diese kinetische Energie über Zahnräder in die kinetische Energie eines Mühlsteins oder einer Pumpe umgewandelt werden. Sie wird heute aber auch häufig über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt.

Auch Segelschiffe nutzen Energie aus dem Wind: Die kinetische Energie aus der Luft geht über das Segel auf das ganze Schiff über!

Wind ist eine endlose Energiequelle, allerdings nicht immer und nie gleichmäßig verfügbar.

Energie aus Wasser & Strömung

Energie aus Wasser und Strömung hat viele Gesichter. Klassisch sind Staudämme, bei denen Wasser durch einen engen Gang gelassen wird. Dabei setzt das Wasser eine Turbine in Bewegung. Auch bei Wassermühlen wird eine große Turbine in einen Fluss mit Strömung gehalten. Ein Generator wandelt die kinetische Energie der Turbinen in elektrische Energie.

Manche Länder experimentieren mit Strömungskraftwerken. Hier wird eine Turbine unter Wasser in Strandnähe platziert. Durch Ebbe und Flut wird auch sie in Bewegung versetzt. Ein Generator wandelt die Energie wieder in elektrische Energie um.

Ostmosekraftwerke lassen Süßwasser aus einem Fluss auf Salzwasser aus dem Meer treffen. Sie trennen beides durch eine dünne Membran. Durch die Osmose fließt das Süßwasser durch die Membran zu dem Salzwasser. Der Druck im Salzwasserschlauch steigt dadurch stark an. Das Wasser fließt mit hoher Geschwindigkeit und treibt eine Turbine an. Diese Energie wird auch blaue Energie genannt. Sie steht nahezu unendlich dort zur Verfügung, wo Flüsse auf das Meer treffen.

Energie aus Erdwärme

In der Erde befinden sich viele Quellen thermischer Energie. Zum Beispiel der Erdkern oder die tektonischen Platten, die aneinander und an tiefer liegenden Schichten reiben. Diese thermische Energie befindet sich vor allem in der Erdkruste.

Wasser wird in die heißen Erdschichten geleitet, verdampft und der Dampf wird an die Erdoberfläche geleitet. Hier treibt er eine Turbine und einen Generator an. Dabei wird der Dampf wieder zu Wasser, dass wieder in die Erde geleitet wird. Es entsteht ein Kreislauf.

Theoretisch könnten wir auf diese Weise die gesamte geothermische Energie umwandeln. Sie müsste demnach eine fossile Energie sein. Da die Vorkommen aber riesig sind und viel thermische Energie nachkommt, ist sie unmöglich völlig aufzubrauchen und wird zu den erneuerbaren Energien gezählt.

Erneuerbare oder fossile Energie Entscheidung

Bei der Bewertung von Energiequellen spielen viele Faktoren eine Rolle. Eine eindeutige Lösung ist daher oft nicht möglich. Wichtig ist nur, dass deine Lösung gut begründet ist.

Energie im Dorf

Ein kleines Dorf liegt abgelegen im Wald. Sie nutzen das riesige Kohlevorkommen in einem nahen Bergwerk zum Heizen, Kochen und zur einfachen Stromerzeugung. Sonne und Wind kommen durch den Schutz des Waldes kaum an das Dorf. Große Energieaufwertungsanlagen kann es sich nicht leisten. Da der Wald viele seltene Tiere beherbergt, wollen sie die Bäume nicht in großen Mengen fällen.

Nenne Möglichkeiten für das Dorf, seine Energieversorgung langfristiger zu gestalten.

Beispiellösung

Das Dorf hat nicht die Ressourcen um von heute auf morgen ganz auf die Kohle zu verzichten.

Es kann zunächst beginnen nur einen kleinen Teil des Waldes abzuholzen und immer wieder zu bepflanzen, sodass nur noch Teile ihrer Energie aus Kohle stammen. Dabei muss aber sehr auf die Tiere geachtet werden.

Da das Dorf Wasser braucht, gibt es sicher einen Fluss. Das Dorf könnte versuchen hier Wasserkraftwerke zu installieren und so noch weniger Kohle zu benötigen. Diese sind aber oft teuer. Für den Anfang könnten sie eine einfache Wassermühle nutzen.

Energie im ganzen Land

Ein großes Land am Meer benutzt hauptsächlich seine Gasvorkommen zur Energieerzeugung. In dem Land herrscht im Winter ein starker Wind, im Sommer jedoch nicht. Es scheint nur wenig Sonne. Dafür gibt es große unbewohnte Flächen und viel Landwirtschaft.

Ein Mann bietet dem Präsidenten viel Geld, wenn er bei Gas als Hauptenergiequelle bleibt. Damit könnten Schulen, Kinder- und Altenheime gebaut werden. Neue Energiekraftwerke hingegen würden sehr viel kosten. Es bliebe kaum genug für Schulen und Heime übrig.

Erläutere, wie der Präsident handeln sollte.

Beispiellösung

Der Präsident sollte sich nicht bestechen lassen, da Gas nicht ewig zur Verfügung steht. Er könnte versuchen nach und nach immer mehr Gaskraftwerke durch nachhaltige Kraftwerke zu ersetzen, sodass er nicht zu viel Geld auf einmal ausgeben muss. Da das Land am Meer liegt, kann er Gezeitenkraftwerke und Osmosekraftwerke bauen. Auf den freien Flächen könnten Windkrafträder oder Erdwärmekraftwerke gebaut werden. Bei Windkraft muss er aber darauf achten, dass er im Winter die Energie für das ganze Jahr umwandeln muss. Da die Windkraftanlagen nur ein halbes Jahr laufen können, sind sie vielleicht zu teuer für ihren Nutzen. Eine Option wäre auch das Anbauen von Bäumen auf den freien Flächen, die er Verbrennen kann. Wenn die Landwirtschaft viele Reste abwirft, kann er auch diese in Biogasanlagen nutzen. Biogasanlagen sind durch die Verbrennung nicht sehr umweltfreundlich, aber besser und zukunftssicherer als Gas.

Zusammenfassung

Energieerzeugung meint nicht die Erzeugung von Energie aus dem Nichts, sondern die Nutzbarmachung vorhandener Energien. Dabei gibt es zwei Arten von Energieträgern:

• Fossile Energien

  • Stammen aus endlichen Energiequellen
    • Kohle & Torf
    • Erdöl & Erdgas
  • Meist umweltschädlicher
  • Relativ leicht und billig zu nutzen

• Erneuerbare Energien

  • Stammen aus unendlichen Energiequellen
    • Sonnenenergie
    • Windenergie
    • Erdwärme
    • Wasser- & Strömungsenergie
    • Bioenergie
  • Meist umweltfreundlicher
  • Anlagen oft teuer

Die Wahl der richtigen Energiequelle ist oft nicht einfach und hängt von vielen Faktoren ab. Dennoch sind erneuerbare Energien im Allgemeinen besser als fossile Energien.