Energie. Zwischen und unter den verschiedenen Energieformen gibt es natürliche und technische Energieumwandlungen.

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1 Energie Energieformen Energie gibt es in den unterschiedlichsten Formen und es gibt verschiedene Möglichkeiten der Unterteilung. Eine mögliche Einteilung sind die folgenden 3 Energieebenen: 1. Primärenergie: Rohenergie wie Sonnenstrahlung, Wind, Holz usw. 2. Technische Energie: Aufbereitete Energie wie Elektrizität, Brennstoffe, Dampf usw. 3. Nutzenergie: Genutzte Energieformen wie Licht, Transportenergie, Wärme usw. Zwischen und unter den verschiedenen Energieformen gibt es natürliche und technische Energieumwandlungen. Umwandlung in verschiedene Energieformen mit den Wirkungsgraden. Diese Umwandlung geschieht mit einem bestimmten Wirkungsgrad. Das heisst, dass man schlussendlich weniger Energie hat als am Anfang. Der Verlust hängt vom Wirkungsgrad ab. Primärenergie Ursprung der meisten Primärenergien auf der Erde ist die Sonnenstrahlung, die auf den natürlichen solaren Kernfusionsprozessen basiert. Die Gezeitenenergie wird vom Mond beeinflusst, welche die Erddrehung etwas abbremst. Aber auch auf der Erde gibt es Primärenergien. Zum Beispiel in der Form von Wärme aus dem Erdinneren, Elementen welche sich für die Kernspaltung oder Kernfusion eignen, Brennstoffe mit geologischem Ursprung wie Methan und die potentielle Energie der Berge gegenüber den Tälern. Seit einem Jahrhundert verbraucht die stark wachsende menschliche Gesellschaft zunehmend fossile Brennstoffe, welche mit geringem Aufwand genutzt werden können. Da sehr viel mehr fossile Energieträger verbraucht werden, als sich bilden können, sind es nicht erneuerbare Energien, zu denen man auch das beschränkte Vorkommen von Uranerz (Kernenergie) zählt.

2 Die verschiedenen Primärenergieträger lassen sich folgendermassen klassieren: Natürliche schwere Elemente auf der Erde wie z.b. Uranerz stammen ursprünglich aus den Resten von Supernovas (sterbenden Sternen). Technische Energie Von technischer Energie spricht man nach der Umwandlung von Primärenergie zu einer anwendbaren Energieform. So wird aus Rohöl beispielsweise Benzin. Diese Umwandlung geschieht meist in der Industrie. Nutzenergie Nutzenergie ist die Form der Energie beim Endverbraucher. Dies kann Wärme, Elektrizität, Licht aber auch beispielsweise Transportenergie (kinetische Energie) sein. Energieträger Als Energieträger werden alle Stoffe bezeichnet, die zur Energiegewinnung nutzbar sind. Also zum Beispiel Kohle, Erdöl, Gas, Holz und andere Biomasse. Materialien, welche uns die Natur zur Verfügung stellt, bezeichnet man als Roh- oder Primärenergieträger (z.b. Erdöl, Kohle, Erdgas). Wenn diese Stoffe erst umgewandelt werden müssen, nennt man sie Sekundärenergieträger. (z.b. Treibstoff aus Erdöl, Wasserstoff aus Windenergie oder Druckluft). Unterscheidung von Energieträgern Man unterscheidet Energieträger besonders nach ihrer Energiedichte. Zum Beispiel hat Erdöl eine sehr hohe Energiedichte und Holz eine eher niedrige. Das heißt, dass die gleiche Menge Erdöl mehr Energie erzeugen kann, als z.b. Holz. Wohingegen Holz aber einen sehr viel besseren Primärenergiefaktor hat als Erdöl. Als Primär- oder Rohenergieträger bezeichnet man Energieträger, die in der Natur zur Verfügung stehen. Sekundäre Energieträger werden aus ersteren durch Umwandlung erzeugt. [2] Energieträger unterscheiden sich in ihrer Energiedichte, Transport- und Lagerfähigkeit sowie im Aufwand und Wirkungsgrad ihrer Nutzung.

3 Primäre Energieträger fossile Energieträger wie Erdöl, Kohle, Erdgas Kernbrennstoffe wie Uran Biomasse Fett, Kohlenhydrate und Proteine in der Nahrung Sekundäre Energieträger Treibstoffe aus der Erdölraffinerie Ethanol aus der Vergärung von Biomasse Wasserstoff beispielsweise aus Windenergie (Hybridkraftwerk) Druckluft Glucose aus dem Energiespeicher Glykogen ATP aus Glucose Stoff bzw. Energieform Energiedichte in MJ/kg Produkte und Derivate Holz Schnittholz, Pellets, Papier Braunkohle 28, 47 Brikett, Braunkohlekoks Steinkohle 30 Kesselkohle, Koks Erdöl 42, 8 Benzin, Heizöl, Kerosin, Diesel, Bitumen, Kunststoffe Erdgas Stadtgas, Autogas Pflanzenöl 36 RME (Rapsmethylester) Energiegewinnung Fossile Energie Fossile Energie bezeichnet Energieformen aus toter Biomasse. Diese Biomasse hat sich in Millionen von Jahren in Erdöl, Erdgas und Kohle umgewandelt. Die chemische Umwandlung, zum Beispiel durch Verbrennung, ermöglicht die Nutzung dieser Energieträger aus vergangener Zeit. Erneuerbare Energie Bei erneuerbaren Energien werden Energieträger verwendet, welche uneingeschränkt zur Verfügung stehen oder sich schnell erneuern. Dazu gehören Sonnenenergie, Wasserkraft und Windkraft. In der Schweiz ist Wasserkraft der grösste Energieerzeuger. Kernenergie Bei der Spaltung von Uran wird Energie frei. Diese wird genutzt um heissen Dampf zu erzeugen. Dieser wiederum wird auf eine Turbine geleitete welche einen Generator antreibt.

4 Das heisst, in einem Kernkraftwerk wird Energie aus Wärme erzeugt wie bei den fossilen Energien. Doch in einem AKW werden keine Luftschadstoffe erzeugt. Zurzeit gibt es noch fünf Atomkraftwerke in der Schweiz welche Jährlich knapp GWh erzeugen. Verwendung Bei der Energienutzung sind wir auf die Natur angewiesen, die uns Energie in verschiedener Form zur Verfügung stellt. Die meistverbrauchten Energieträger in der Schweiz, sind Erdölprodukte vor Elektrizität und Gas. Heizöl und Treibstoff sind die am meisten verbrauchten Erdölprodukte. Die elektrische Energie wird vor allem in der Industrie und im Haushalt verbraucht, sei es für Licht oder den Computer. Energieverbrauch in der Schweiz Gas 14% Rest 10% Erdölbrennstoffe 19% Elektrizität 24% Treibstoff 33% Probleme der heutigen Stromversorgung Schon immer hatte die Energienutzung Auswirkungen auf unsere Umwelt. Früher verkürzten gesundheitsschädliche Abgase von Feuerstellen die Lebenserwartung unserer Vorfahren. Damals waren die durch den Energiebedarf ausgelösten Umweltprobleme nur lokal zu spüren. Doch die rasant wachsende Weltbevölkerung und der zunehmende Wohlstand haben unseren Bedarf an Energie stark anschwellen lassen. Dadurch haben die energiebedingten Umweltauswirkungen globale Dimensionen erreicht.) in der Atmosphäre zu einer starken Temperaturerhöhung führen würde. In den 1930er-Jahren diskutierte man bereits über einen Zusammenhang der beobachteten Klimaerwärmung mit dem Kohlendioxidanstieg aufgrund der Industrialisierung. Die ansteigende Kohlendioxidkonzentration konnte erst gegen Ende der 1950er-Jahre nachgewiesen werden. Heute gilt es weitgehend als bewiesen, dass die Ursache für die globale Erderwärmung der erhöhte CO 2 -Ausstoss ist. Verursacht wird dieser CO 2 -Ausstoss vor allem durch die Nutzung fossiler Energien. Bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Erdöl, Erdgas oder Kohle reagiert Sauerstoff aus der Luft und Kohlestoff aus den Energieträgern. Bei dieser Reaktion wird Wärme frei, welche dann genutzt wird. Dabei entsteht jedoch auch das Abfallprodukt Kohlendioxid und das in extrem grossen Mengen. Eine andere Möglichkeit grosse Mengen an Energie zu gewinnen ist die Kernspaltung. Aber diese bringt auch grosse Risiken mit sich, da dabei sehr grosse Mengen radioaktiver Stoffe entstehen. Ein Austritt dieser Stoffe, hätte gravierende Folgen auf die

5 Umwelt und uns Menschen da die radioaktiven Strahlen Zellen zerstören. Ein weiteres Problem ist, dass der Reaktorkern nach der Abschaltung und Unterbindung der Kettenreaktion immer noch Wärme erzeugt Kernfusion Die Kernfusion ist eine Kernreaktion, bei der zwei Atomkerne zu einem neuen Kern verschmelzen. Die Kernfusion ist Ursache dafür, dass die Sonne und alle leuchtenden Sterne Energie abstrahlen. Derzeit entsteht in Südfrankreich der "International Thermonuklear Experimental Reaktor" (ITER). Das Ziel ist die Weiterentwicklung der Technologie für den kontinuierlichen Betrieb. Fazit: Mit Kernfusion kann man sehr viel Energie erzeugen. Allerdings gibt es noch kein Kernfusionskraftwerk. Für die Zukunft hat diese Technologie aber eine sehr grosse Bedeutung, denn nur mit erneuerbaren Energien kann der Energiedurst der Menschen nicht gestillt werden. Diese Technologie liefert auch viel mehr Energie als ein normales Kernkraftwerk. Kernfusion Power-to-Gas Power-to-Gas bezeichnet eine Technologie bei der, wie es der Name schon sagt, aus Energie (vor allem Strom) ein Gas gewonnen wird. Dieses Gas funktioniert als Energiespeicher, der wieder zurückgewandelt werden kann. Momentan befindet sich diese Technologie in der Entwicklungsphase. Geforscht wird vor allem am Einsatz von Wasserstoff und Methan. Die Power-to-Gas-Technologie eröffnet die Möglichkeit Energie saisonal und in grossen Mengen zu speichern. Als Speicherorte kommen vor allem zwei verschiedene geologische Formationen infrage. Bei der einen Technologie, nämlich der Porenspeicherung, wird das Gas in porösem Gestein abgelagert. Im Prinzip funktioniert das ähnlich wie ein Schwamm. Solche Gesteinsformationen findet man häufig in ehemaligen Gaslagerstätten. Die andere Speichermöglichkeit ist die sogenannte Kavernenspeicherung. Das kann vor allem in Salzstöcken, die zur Gewinnung von Salz ausgewaschen wurden, angewendet werden. Dabei werden die vorhandenen Hohlräume mit Gas gefüllt.

6 Power-to-gas

7 Schweizer Energiebedarf anhand Energieträger

8 Schweizer Energiebedarf nach Sektoren Energiebedarf Vergleich nach Regionen

9 Weltweiter Energiebedarf im Vergleich