Klimaneutrale Energienutzung (eBook)

Wenn nur die Politik nicht wäre

Helmut Jantos (Autor)

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2021 | 1. Auflage
365 Seiten
tredition (Verlag)
978-3-347-45924-3 (ISBN)

Infos

Seit Jahrzehnten wird versucht, die Energienutzung klimaneutral zu gestalten. Das Ergebnis nimmt sich angesichts des Aufwands bislang bescheiden aus. Das vorliegende Buch zeigt auf, warum das so ist, und entlarvt die Mythen der Energiepolitik. Klimaneutrale Energienutzung ist, ohne Verzicht zu üben oder auf Kernenergie zurückzugreifen, technisch und wirtschaftlich möglich. Schritte in die richtige Richtung werden vorgestellt. Der Autor hat seine jahrzehntelangen Erfahrungen und seine Erkenntnisse mit der Umsetzung von Politik im Energiemarkt verständlich zusammengefasst.

Helmut Jantos, Jahrgang 1970, hat sein Berufsleben der Energie gewidmet. Bereits im Ingenieurstudium hat er sich mit CO2-Reduzierung beschäftigt. Nach verschiedenen Stationen bei etablierten Energieversorgern in den Bereichen Energieertrieb und -handel, hat er 2003 einen unabhängigen Stromlieferanten aufgebaut. Helmut Jantos ist heute Geschäftsführer und Gesellschafter mehrerer Energieunternehmen. Die Funktion von Energiemärkten, die Nutzung von Energie, die Auswirkungen von Energiepolitik und damit die Fragen nach CO2-Reduzierung und künftiger Energienutzung in der praktischen Umsetzung sind seine täglichen Begleiter. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen hat er in einem allgemeinverständlichen Buch zusammengefasst. Helmut Jantos ist verheiratet, hat zwei Kinder und wohnt in Hannover. Wenn er nicht am Schreibtisch ist, ist er auf dem Fahrrad oder auf dem Wasser.

Textauszug

Energieformen – wenn nur die Physik nicht wäre

Der Energiebegriff ist universell. Energie geht nie verloren, sie wird nur in andere Formen umgewandelt. Deswegen wird in diesem Buch von Energienutzung gesprochen. Die Begriffe Energieerzeugung und Energieverbrauch sind irreführend. Die wichtigsten Energieformen sind:

Mechanische Energie

Mechanische Energie ist von allen Energiearten am anschaulichsten. Potentielle Energie ist z.B. die Energie des Wassers in einem Stausee. Die Energie errechnet sich aus der Masse des Wassers und der Höhe über dem Unterbecken bzw. Wasserabfluss. Auch eine gespannte Feder oder ein unter Druck stehender Behälter (z.B. Reifen) stellen Fälle von potentieller Energie dar.

Kinetische Energie ist die Verbindung von Kraft und Bewegung. Die Bewegung kann dabei geradeaus erfolgen, wie z.B. bei einem fahrenden Fahrzeug oder fließendem Wasser, oder in Form einer Drehbewegung wie bei einem Rad oder einer Dampfturbine (Rotationsenergie).

Mechanische Energie wird zum Antrieb von Transportmitteln aller Art, zum Antrieb von Maschinen im Haushalt, in der Industrie, in Handel und Gewerbe benötigt.

Elektrische Energie

Mit elektrischer Energie wird die in einem elektrischen Feld durch Trennung elektrischer Ladungen gespeicherte Energie bezeichnet. Außerdem wird darunter die mit elektrischem Strom transportierte Energie verstanden.

Thermische Energie

Thermische Energie (Wärme- oder Kälteenergie) ist die kinetische Energie von Molekülen in einem Stoff. Je mehr Bewegungen die Teilchen ausführen, desto höher die Temperatur und desto höher die thermische Energie.

Wärmeenergie wird auf unterschiedlichen Temperaturniveaus und für unterschiedliche Zwecke benötigt. Den größten Anwendungsbereich stellen die Raumwärme und das warme Wasser für den Haushalt da.

Auch Kälteenergie wird auf unterschiedlichen Temperaturniveaus benötigt. Zur Klimatisierung reicht ein Temperaturniveau knapp unterhalb der gewünschten Raumtemperatur. Für Kühl- und Gefrierzwecke in Haushalt und Gewerbe sind entsprechend tiefere Temperaturen erforderlich. Für industrielle Anwendungen in der chemischen oder anderen Industrie sind teilweise noch tiefere Temperaturniveaus erforderlich.

Chemische Energie

Chemische Energie ist die Bindungsenergie der Elektronen in den Atomhüllen von Stoffen. Bei der chemischen Umwandlung von Stoffen in andere Stoffe wird Energie frei (exotherme Reaktion) oder es muss Energie zugeführt werden (endotherme Reaktion). Erfolgt die chemische Reaktion in der anderen Richtung muss die Energie zugeführt werden bzw. wird wieder frei. In chemischen Stoffen (reinen Elementen oder Verbindungen) kann somit Energie gespeichert werden.

Spezialfall elektrochemische Energie

Bei elektrochemischer Energie ist die chemische Reaktion mit einem elektrischen Stromfluss verbunden, sei es, dass der Strom zugeführt wird (Elektrolyse) oder abgegeben wird wie beim Entladen einer Batterie.

Strahlungsenergie

Elektromagnetische Strahlung ist ebenfalls eine Form der Energie. Zu den elektromagnetischen Strahlungen gehören Wärmestrahlung (Infrarot), sichtbares Licht, ultraviolettes Licht, Radiowellen, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Die Energieintensität nimmt in Richtung der Aufzählung zu. Strahlungsenergie kann ohne Materie über sehr weite Strecken transportiert werden. Im Weltall ist der Transport sogar verlustfrei. Sonnenstrahlen transportieren auf diesem Weg Energie zur Erde. Wenn elektromagnetische Strahlen auf Materie treffen, wird die Energie je nach Strahlung und Materie teilweise absorbiert und in thermische Energie oder auch chemische Energie umgewandelt, teilweise durchdringt sie jedoch auch Materie.

Kernenergie

Kernenergie ist die Energie, die bei der Spaltung von Atomkernen freigesetzt wird.

Mithilfe geeigneter, technischer Einrichtungen können die Energieformen in einander umgewandelt werden. So wandelt ein Generator mechanische Energie in elektrische Energie um, ein Verbrennungsmotor wandelt erst chemische Energie in thermische Energie um und dann in mechanische Energie.

Allerdings hat die Natur bei der Umwandlung Grenzen gesetzt. Energieformen sind nicht alle „gleichwertig“. Es gibt „hochwertige“ Energien, die zumindest theoretisch zu 100% in andere Energieformen umwandelbar sind, und solche bei denen der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Grenzen setzt.

Elektrische, mechanische und größtenteils auch chemische Energie sind zu 100% in andere Energieformen wandelbar. Das bedeutet nicht, dass uns Menschen das mit unseren technischen und praktischen Möglichkeiten auch vollständig gelingt. In aller Regel entstehen hierbei sehr wohl in kleinem oder großem Umfang „Verluste“ an Energie.

Was passiert mit dem Rest? In der Alltagssprache spricht man von Verlustenergie, was streng genommen physikalisch falsch ist, denn Energie geht nie verloren. Vielmehr entsteht in aller Regel bei solchen praktischen Umwandlungsprozessen Wärmeenergie, was jeder aus eigener Erfahrung bestätigen kann, denn Motoren, Batterien etc. werden im Betrieb warm.

Die Wärmeenergie oder thermische Energie ist hinsichtlich ihrer Wertigkeit und ihrer Umwandelbarkeit in andere Energieformen die komplizierteste. Ob und wieviel der Wärmeenergie in andere Energieformen theoretisch umwandelbar ist, hängt nämlich vom jeweiligen Temperaturniveau im Verhältnis zur jeweiligen Umgebungstemperatur ab. 600 °C heißer Wasserdampf lässt sich – eine entsprechende Vorrichtung vorausgesetzt – zu erheblichen Teilen in mechanische oder auch in chemische Energie umwandeln.

Umgebungsluft hingegen, die ja sehr wohl Wärmeenergie beinhaltet, lässt sich überhaupt gar nicht in andere Energieformen umwandeln. Wärmeenergie auf dem Temperaturniveau der Umgebung ist die „minderwertigste“ Energieform. Mit steigendem Temperaturniveau steigt auch der Anteil der Energie, die umwandelbar ist. Die Umwandlung von Wärmeenergie auf niedrigem Temperaturniveau ist technisch sehr aufwändig. Zu den ohnehin schon hohen, theoretischen „Verlusten“ kommen somit noch die praktischen Verluste.

Energieeffizienz wird häufig als ein Baustein zu einer klimaneutralen Energieversorgung angesehen. Hieran sind Zweifel angebracht. Die Energieeffizienz hat seit Jahrzehnten große Fortschritte gemacht. Wirkungsgrade von Motoren und Kraftwerken sind deutlich gestiegen, der Energieeinsatz in Industrieprozessen konnte bezogen auf die Produktionsmenge deutlich reduziert werden, praktisch alle Energieverbraucher im Haus sind heute viel „sparsamer“ und effizienter, ob Beleuchtung Kühlschrank oder Heizung. Der Rückgang des Energieverbrauchs insgesamt ist im Vergleich dazu sehr gering.

Dieses Phänomen ist als auch als Jevons-Paradoxon bekannt. Technische Effizienzfortschritte führen nicht zu einem geringeren Bedarf an Ressourcen, sondern eher zu einem höheren. Das liegt daran, dass der Effizienzgewinn zu einer Verbilligung führt und das dadurch zur Verfügung stehende Geld wieder für andere Dinge ausgegeben wird. Bezogen auf Energie bedeutet das, dass die Häuser und Wohnungen größer werden, die Kühlschränke und andere Geräte ebenso und an Anzahl zunehmen, der Verkehr nimmt zu und die Beleuchtung wird heller. Das Phänomen existiert auch bei Computern, wo Prozessoren immer schneller und Speicherkapazitäten immer größer werden, ohne dass sich das bei der Arbeit mit den Geräten in gleichem Maße bemerkbar macht.

Die Herstellung von Energiewandlungsanlagen und auch die Beschaffung der Brennstoffe erfordert selbst einen erheblichen Energieaufwand. Bei Kernkraftwerken stellte sich erstmals die Frage, ob die Kraftwerke denn überhaupt so viel Energie nutzbar machen, wie zu ihrer Herstellung und der Herstellung des Kernbrennstoffs erforderlich ist. Das Verhältnis von nutzbar gemachter Energie zu „investierter“ Energie wird als Erntefaktor bezeichnet. Ein Wert kleiner als 1 deutet daraufhin, dass die Anlage besser gar nicht erst gebaut worden wäre.

Fossile Kraftwerke haben Erntefaktoren von ungefähr 30. Bei Kernkraftwerken liegen die Werte auf jeden Fall sehr viel höher. Bei Photovoltaikanlagen war der Erntefaktor in der Anfangszeit durchaus nicht sehr weit über 1, inzwischen liegt er bei Werten von bis zu 10. Den geringsten Erntefaktor der heute genutzten Stromerzeugungsanlagen haben Biogaskraftwerke.

Leistung und Arbeit

Leistung ist Arbeit pro Zeit, also ist Arbeit Leistung mal Zeit. Veranschaulichen lässt sich das mit Geschwindigkeit und Strecke. Die Geschwindigkeit entspricht der Leistung und die Strecke der Arbeit. Fährt man eine Stunde mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h, so hat man 100 km Strecke zurückgelegt. Wird eine Leistung von 100 kW über 2 Stunden erbracht, so beträgt die Energie bzw. Arbeit 200 kWh. Wurde für 200 km Strecke nur eine Stunde benötigt, so betrug die Geschwindigkeit 200 km/h. Wird dabei eine Energie von 120 kWh verbraucht, so betrug die Leistung 120 kW. Energie und Arbeit sind das Gleiche; die Begriffe werden nur in...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 12.12.2021
• Verlagsort: Ahrensburg
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Biologie
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Geowissenschaften
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: Batterieautos • Batterien • CO2 • CO2-Emissionen • CO2-Handel • CO2-Reduzierung • EEG • Elektroautos • Emissionshandel • Energieeffizienz • Energieerzeugung • Energiekosten • Energiekrise • Energiemärkte • Energien • Energienetze • Energienutzung • Energiepolitik • Energiepreise • Energiespeicher • Energiesteuern • Energiesystem • Energietechnik • Energietransport • Energieunternehmen • Energieverbrauch • Energieverteilung • Energiewende • Energiewirtschaft • Kernenergie • Klimaneutralität • Klimaschutz • Klimaschutzpolitik • Kraftwerke • Netzausbau • Photovoltaik • Politik • Regenerative Energien • Stromerzeugung • Stromkosten • Strommarkt • Stromnetze • Strompreise • Stromspeicher • Stromverbrauch • Treibhausgase • Wärmepumpen • Wasserstoff • Wasserstoffwirtschaft • Windenergie • Wüstenstrom • Zukunft der Energieversorgung
• ISBN-10: 3-347-45924-5 / 3347459245
• ISBN-13: 978-3-347-45924-3 / 9783347459243