Welche Energieformen gibt es?
Energie ist nichts, das allein für sich existiert. Vielmehr ist Energie eine Eigenschaft, die ein physikalisches System besitzt. Bei einem solchen System kann es sich um alles handeln, was sich eindeutig von seiner Umwelt abgrenzen lässt, also z. B. um ein Elektron, ein Atom, einen Wassertropfen, die Luft in einem Raum oder auch viel größere Dinge wie die Erde, eine Galaxie oder das gesamte Universum. Energie kann in einem solchen System auf verschiedene Weisen enthalten sein, etwa in einer Bewegung oder in den Kräften, die zwischen einzelnen Teilchen wirken. Sie bestimmt, wie das System mit seiner Umwelt interagieren kann.
Die folgenden Energieformen lassen sich voneinander unterscheiden:
- Kinetische Energie (Bewegungsenergie) ist die Energie, die bei der gerichteten Bewegung eines physikalischen Systems bzw. bei mechanischer Arbeit umgesetzt wird. Ein System, das sich relativ zu seiner Umgebung bewegt oder an ihr eine Arbeit verrichtet, gibt dabei Energie ab. Mit Ausnahme von Solarstrom wird jeder Strom mithilfe kinetischer Energie erzeugt.
- Potentielle Energie (Lageenergie) ist die Energie, die ein System allein aufgrund seiner Lage relativ zu einem Gravitationsfeld besitzt. Sie verleiht einem System die Fähigkeit, sich im Raum zu bewegen. Bei einer Bewegung wird ein Teil der potentiellen Energie eines Systems in kinetische Energie umgewandelt, weshalb Physiker beide Energieformen zusammen auch als „mechanische Energie“ bezeichnen.
- Nukleare Energie (Kernenergie) ist die im Atomkern gebundene Energie. Die anziehenden und abstoßenden Kräfte, die zwischen Protonen und Neutronen im Atomkern wirken und den Kern stabil halten, sind die Basis für diese Energieform. Beim Verschmelzen leichter und dem Zerfall schwerer Atomkerne, z. B. im Kernkraftwerk, wird ein Teil von deren nuklearer Energie freigesetzt.
- Chemische Energie ist die Energie, die in den chemischen Bindungen zwischen Atomen und Molekülen liegt. Sie setzt sich aus den Kräften, die in und zwischen Atomkernen wirken, sowie der Bewegungsenergie der Elektronen zusammen. Chemische Energie wird bei chemischen Reaktionen umgesetzt, die sich z. B. zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen lassen.
- Thermische Energie (Wärmeenergie) ist die Energie, die in der ungerichteten Bewegung der Teilchen in einem System liegt. Sie verleiht dem System seine Temperatur und geht in Form von Wärme von einem System auf ein anderes über. Thermische Energie dient in Kraftwerken zur Stromproduktion und wird auch zur Bereitstellung von Wärme freigesetzt.
- Elektrische Energie ist die Energie, die in der Bewegung elektrischer Ladungsträger wie z. B. Elektronen steckt und die auch in elektrischen Feldern gespeichert ist. Beim Aufbau eines Magnetfelds wird elektrische in magnetische Energie umgewandelt. Elektrischer Strom macht es möglich, elektrische Energie zu transportieren. Strom lässt sich außerdem besonders vielfältig einsetzen und hat den menschlichen Alltag revolutioniert.
Neue Wege für eine nachhaltige Energiewirtschaft
Die verschiedenen Energieformen sind allesamt ineinander umwandelbar. Doch nicht jede Art der Energieumwandlung funktioniert gleich gut und ist gleich effizient. Besonders leicht lässt sich die elektrische Energie in andere Energieformen umwandeln, gefolgt von der kinetischen Energie. Daher gelten diese beiden Energieformen als besonders wertvoll. Thermische Energie lässt sich hingegen nur schwer in andere Energien umwandeln und ist in geringen Mengen praktisch nicht nutzbar, weshalb ihr ein geringerer Wert beigemessen wird als anderen Energieformen.
Doch trotz ihres unterschiedlichen Wertes sind alle Energieformen für den Menschen von Bedeutung. In Form von Strom lässt sich vor allem elektrische Energie auf sehr vielfältige Weise nutzen, während die thermische Energie zum Heizen, für das Erwärmen von Wasser sowie zum Bereitstellen von Prozesswärme in der Industrie benötigt wird. Schließlich stellt die chemische Energie, die in Kraftstoffen wie Benzin und Diesel gespeichert ist, noch immer eine tragende Säule des Verkehrssektors dar.
War bei der Energieversorgung lange Zeit nur entscheidend, dass die Energie in ausreichender Menge bereitgestellt wurde, sind heutzutage die Auswirkungen eines stetig steigenden Energiebedarfs nicht mehr zu leugnen. Umweltzerstörung und Klimakrise sind direkte Folgen einer konventionellen Energiepolitik, die fossile Rohstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas als billige Energiequellen nutzt und somit Unmengen an schädlichen Treibhausgasen wie CO2 (Kohlenstoffdioxid) freisetzt. Doch es gibt Alternativen:
- Ökostrom, der mit erneuerbaren Energien wie Sonnenlicht, Wind- und Wasserkraft produziert wird
- Einsatz von Autos mit Elektromotor oder Brennstoffzellenantrieb
- Bereitstellung von Wärme mithilfe umweltfreundlicher Wärmepumpen, die sich der Solar- und Geothermie oder auch menschengemachter Wärmequellen wie dem Abwasser bedienen
Diese Konzepte sind die Grundlage für die Energiewende und die Wärmewende. Die Menschheit braucht dieses Umdenken, um die im Pariser Klimaabkommen festgelegten Klimaziele einhalten zu können. Nur so lässt sich die drohende Klimakatastrophe noch abwenden und die globale Erwärmung eindämmen.
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