Was ist Energie?
Energie ist eine der wichtigsten physikalischen Größen und spielt in allen physikalischen, biologischen, chemischen, technischen und sogar wirtschaftlichen Bereichen eine große Rolle. Sie bestimmt, in welchem Maß ein physikalisches Objekt oder System (Atome, Festkörper, Flüssigkeiten, Zellen, aber auch komplexere Dinge wie eine Uhr, unser Körper oder unser gesamter Planet) mit seiner Umwelt interagieren kann. Diese Interaktion kann in der Verrichtung von Arbeit sowie der Abgabe von Wärme oder Strahlung bestehen. Energie wird in der Einheit Joule (J) gemessen.
Energie liegt in verschiedenen Formen vor, etwa als elektrische, thermische, potentielle oder kinetische Energie. Diese Energiearten können alle (mehr oder weniger) ineinander umgewandelt werden. Dabei kann niemals Energie verloren gehen, sie kann lediglich eine Form annehmen, die für uns nicht mehr nutzbar ist. Hier spielt die Unterscheidung zwischen Anergie und Exergie ein wichtige Rolle.
Es ist jedoch auch nicht möglich, Energie zu erzeugen. Wir können sie lediglich aus einer bestimmten, bereits vorhandenen Energieart oder einem Energieträger gewinnen.
Welche Energiearten gibt es?
Energiearten sind verschieden und lassen sich für unsere wirtschaftlichen, gesellschaftlichen oder anderen Zwecke unterschiedlich gut nutzen. Elektrische Energie zum Beispiel lässt sich hervorragend von uns verwerten, denn sie kann leicht und ohne große Verluste in andere Energieformen umgewandelt werden. Weniger gut nutzbar ist thermische Energie: Wie bereits erwähnt entsteht bei fast allen Umwandlungsprozessen immer auch Wärmeenergie, die nicht mehr nutzbar ist. Im Folgenden stellt Ihnen UHRIG die verschiedenen Energieformen vor:
- Mechanische Energie
- Potentielle Energie (Lageenergie): Potentielle Energie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Lage im Vergleich zu einem anderen Bezugspunkt hat. Sie lässt sich relativ einfach in kinetische Energie umwandeln, etwa, indem man gelagerte Körper auf ein niedrigeres Ortsniveau fallen lässt. Dies geschieht zum Beispiel in Speicherwasserkraftwerken: Der Stausee speichert die potentielle Energie des aufgestauten Wassers und wandelt sie beim „Fallenlassen“ durch die Leitungen in Bewegungsenergie um, die dann zum Antrieb einer Turbine genutzt wird.
- Kinetische Energie (Bewegungsenergie): Diese Energieart liegt immer in der Bewegung eines Objekts oder Systems Sie ist oft das Ziel der Energieumwandlung, etwa beim Antrieb vom Motoren oder Turbinen. In Verbrennungsmotoren wird so etwa die chemische Energie des Kraftstoffs erst in thermische und diese schließlich in kinetische Energie für den Antrieb umgeformt. Auch der Betrieb sämtlicher Kraftwerke mit Turbinen erfolgt auf ähnliche Weise. Hier liegt dann jedoch eine besondere Form der kinetischen Energie vor, die Rotationsenergie.
- Elektrische Energie: Die für uns wohl praktischste Energieart liegt in elektrischen oder magnetischen Feldern vor. Sie hat den Vorteil, dass sie sich mithilfe diverser Bauteile leicht in andere Energieformen umwandeln sowie über Kabel unkompliziert und weitgehend verlustfrei und schnell transportieren lässt. Ihre Erzeugung bzw. die Umwandlung anderer Energien in Strom unterliegt allerdings selbst großen Verlusten. Zudem lässt sie sich nur schwer speichern. Entsprechend ist groß ist der Aufwand für geeignete Speichertechnologien.
- Thermische Energie: Die thermische Energie verleiht einem Objekt oder System seine Temperatur. Sie gibt ebenfalls an, wie viel Wärme eben jenes Objekt oder System auf ein anderes übertragen kann. Dabei kann immer nur ein höhertemperiertes System seine Wärmeenergie auf ein System mit niedrigerer Temperatur übertragen. Thermische Energie wird für eine Vielzahl an technischen Prozessen benötigt und fällt, wie schon gesagt, bei nahezu allen Umwandlungsprozessen als nicht mehr nutzbare „Abfallenergie“, die Abwärme, an.
- Chemische Energie: Diese Energieart besteht aufgrund der chemischen Inhaltsstoffe bzw. Zusammensetzung eines Stoffes und den damit verbundenen Eigenschaften. Chemisch gebundene Energie liegt zum Beispiel in allen Brennstoffen (Holz, Öl, Gas) sowie in unserer Nahrung vor und kann durch Umwandlungsprozesse (Abbau, Verbrennung) in thermische, mechanische oder elektrische Energie nutzbar gemacht werden. Energie lässt sich chemisch gebunden besonders gut speichern – chemische Energieträger weisen also in der Regel eine sehr hohe Energiedichte auf.
- Kernenergie: Kern- oder Atomenergie beschreibt die Bindungsenergie, die in Atomkernen oder subatomaren Teilchen wie Protonen und Neutronen gespeichert ist. Freigesetzt wird sie durch die Interaktion bzw. Reaktion dieser Teilchen, etwa durch Kernfusion (Sterne) oder Kernspaltung (Atomreaktor).
- Strahlungsenergie: Als Strahlungsenergie bezeichnet man Energie, die von elektromagnetischen Wellen transportiert wird. Hierzu zählen etwa die Sonneneinstrahlung, aber auch Röntgenstrahlen oder Radiowellen.
Energie ist ein hohes Gut
Gerade unser modernes Leben ist ohne die garantierte Versorgung mit Strom und Wärme unvorstellbar. Energie ist im Alltag allgegenwertig. Zum Decken unseres Energiebedarfes nutzen wir viele verschiedene Energiearten parallel. Dabei ist die Erzeugung bzw. Gewinnung der Energie, die wir für unseren heutigen Komfort benötigen, alles andere als selbstverständlich oder folgenlos. Noch immer wird ein Großteil unseres Stroms und unserer Heizenergie aus fossilen Brennstoffen bereitgestellt, deren Verfeuerung starke negative Auswirkungen auf unser Klima und unsere Umwelt hat. Zudem sind fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas nur begrenzt verfügbar und je knapper sie werden, umso teurer wird die Nutzenergieerzeugung aus ihnen.
Aus diesem Grund ist es notwendig, die Energiegewinnung aus sauberen und erneuerbaren Energien wie Solarenergie, Wind- und Wasserkraft sowie Biomasse und Geothermie weiter auszubauen. Auch weitere Alternativen zur Bereitstellung von Strom und Wärme können uns dabei helfen, die im Pariser Klimaabkommen definierten Ziele zur Begrenzung des Klimawandels zu erreichen und somit die Klimakrise abzuwenden. Dafür braucht es jedoch die Energiewende. Die Wärmewende ist Teil dieser Transformation. Hier bieten sich vor allem Technologien zur Wiederverwertung oder Rückgewinnung von thermischer Energie an, etwa durch die Kraft-Wärme-Kopplung in Kraftwerken oder aber durch die konsequentere Nutzung der Abwärme. Die Kombination aus Wärmetauscher und Wärmepumpen kann beispielsweise dem Abwasser in der Kanalisation einen Teil seiner Wärme entziehen und somit helfen, Energie zurückzugewinnen . Die Technologie birgt enorme Potentiale. Studien belegen, dass die Abwasserwärmerückgewinnung etwa 14 Prozent des gesamten deutschen Wärmebedarfs decken könnte, wenn die Technologie an allen strategisch und wirtschaftlich sinnvollen Standorten ausgebaut wird.
Als Spezialist in Sachen Kanalbau und innovativer Abwassertechnik hilft UHRIG Ihnen gern dabei, fortschrittliche und umweltfreundliche Technologien in der Kanalisation zu etablieren. Zur Nutzung der Abwasserwärme haben wir unseren patentierten Therm-Liner entwickelt. Er lässt sich problemlos auch in bereits bestehenden Abwasserkanälen nachrüsten. Das Prinzip der Energiegewinnung aus Abwasser punktet in zweierlei Hinsicht: Es schützt nicht nur das Klima, weil endliche fossile Ressourcen geschont werden. Sondern es senkt gleichzeitig auch die Energiekosten eines Gebäudes bzw. eines Wohnquartieres, denn die Gestehungskosten von Energie aus Abwasser sind sehr niedrig. Haben Sie Interesse an unserem Know-how, dann nehmen Sie einfach telefonisch oder per Mail Kontakt zu uns auf.
