Energie
Energie
Energiehaushalt - Probleme - Alternativen
Definition für Energie:
Energie ist die in einem physikalischen System gespeicherte Arbeit oder die Fähigkeit eines physikalischen Systems Arbeit zu verrichten.
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, sondern lediglich von einer Form in eine andere gebracht werden. Die SI-Einheit für Energie ist dieselbe wie für die Arbeit: 1 Joule. Für elektrische Energie wird die Einheit kWh verwendet.
Energiebedarf der Menschheit Der technische Fortschritt war im Laufe der Menschheitsgeschichte neben einigen anderen Aspekten auch dadurch gekennzeichnet, daß immer ergiebigere Energiequellen entdeckt und ausgebeutet wurden. In der Zeit von der primitiven landwirtschaftlichen bis zu unserer heutigen höchstindustialisierten Gesellschaft stieg der Energiekonsum von 4 kWh auf über 250 kWh pro Person und Tag.
Seit den 70er Jahren stellt man sich allerdings immer häufiger die Frage, ob das industrielle Wachstum nicht bald an seine Grenzen stoßen könnte, weil die Energiereserven eines Tages erschöpft seien werden.
Der Energiebedarf der Menschheit wird heute zu über 90% aus der Sonnenenergie gedeckt, die in Jahrmillionen in Form von Kohle und Öl gespeichert wurde. (Bild I-Förderung, II-Verbrauch SKE = Stein-Kohle-Einheit)
Probleme der Energiegesellschaft Zu Beginn der 90er Jahre deckten die fossilen Brennstoffe - Kohle, Erdöl und Erdgas - den weltweiten Energiebedarf noch zu über 80%. Die derzeit als sicher gewinnbar geltenden Reserven liegen bei etwa 130 Mrd. t Erdöl, 138.000 Mrd.
m3 Erdgas und 625 Mrd. t Kohle. Die geschätzten zusätzlichen Reserven sind größer. Manche Vorkommen, deren Förderung gegenwärtig als unrentabel gilt, könnte im Falle einer Energieverknappung genutzt werden. Wie wird also im z.B.
: im Jahr 2100 der Energieverbrauch aussehen? Wie steht es bis dahin mit der
Verfügbarkeit der Energie? Antworten auf solche Fragen versuchen die Energieplaner zu finden. Sie stützten sich dabei vorallem auf Hypothesen über die Bevölkerungsentwicklung und das Wirtschaftswachstum. Das wirtschaftliche Wachstum wiederum ist abhängig von der Verfügbarkeit der Energie. Ausschlaggebend für eine Prognose sind die sicher gewinnbaren Reserven und geschätzten Ressourcen an Energieträgern. Die Schwierigkeiten der Förderung liegen bei den wahrscheinlich drohenden internationalen Spannungen, aufgrund der unterschiedlichen Preispolitik der Erzeuger- und Einfuhrländer. (Bild III-Gewinnung, IV-Rohstoffverteilung)
Lösungsmöglichkeiten für die Energieprobleme Bei energiepolitischen Entscheidungen sind eine Vielzahl von Faktoren zu berücksichtigen, z.
B.:
Probleme der Lagerung der Rohstoffe
Technische Voraussetzungen
räumliche und zeitliche Verteilung der erzeugten Energie
Auswirkungen möglicher internationaler Spannungen
Negative Folgen der Energieerzeugung (z.B.: Luftverschmutzung (Treibhauseffekt), Überflutung und Versteppung ganzer Landstriche
notwendige Entsorgung von Atommüll (z.B.: CASTOR)
Je größer eine Energieerzeugungsanlage und deren Effektivität geplant sind, desto gravierender sind in der Regel auch die Umweltschäden.
Deshalb kann langfristig nur die Entwicklung neuer Energiekonzepte zu Lösungen führen, die sowohl wirtschaftlich als auch Umwelt- und Sozialverträglich sind. Neue Möglichkeiten entweder den Energiekonsum zu reduzieren oder die Energieerzeugung umweltfreundlich zu gestalten, stellen z.B. Energiesparen und alternative Energiequellen dar. Eines steht nämlich fest: Die einzige problemlose Energie ist diejenige, die gar nicht erst verbraucht wird. Um gleichzeitig Energieverluste und Umweltschäden zu vermeiden, bieten viele Staaten eine Reihe von Anreizen.
Sie entwickeln Alternativenergiekonzepte, wie die Nutzung der Abwärme, die als ein Abfallprodukt der Industrie anfällt. So kann man z.B. ganze Stadtteile durch (Fern-)wärme heizen.
Auf diese Weise lassen sich etwa fossile Energieträger, wie Erdöl, -gas und Kohle teilweise doppelt nutzen. Auch fordern die Staaten von umweltschädlichen Unternehmen hohe Abgaben
und machen auch beim Wohnungsbau strenge Auflagen, um fühlbare Energieeinsparungen zu erreichen.
Die Überlegungen zu den im Wohnbereich möglichen Energieeinsparungen sollten in zwei Richtungen gehen: (Bild V-Wärmeabstrahlung)
Stärkere Nutzung von kostengünstigen und erneuerbaren Energiequellen
Begrenzung der Verluste durch bessere Isolierung
Solche Maßnahmen sparen nicht nur Energie ein, sondern schaffen auch viele neue Arbeitsplätze, die dringend benötigt werden.
Alternative Energiequellen Die sogenannten erneuerbaren Energien gelten zwar als unerschöpflich, aber ihre Nutzung wirft dennoch Probleme auf. Zum Teil stehen sie nicht jederzeit zur Verfügung, zum Teil können sie nicht dort gewonnen werden, wo man sie braucht. Hinzu kommt, daß nur bei einigen von ihnen Vorratshaltung möglich ist. Wasser kann in Stauseen zurückgehalten, Holz kann gelagert werden, aber Wind und Sonneneinstrahlung lassen sich nur mit aufwendigen Verfahren speichern. Eine Anpassung der Energieerzeugung an den Bedarf ist in diesen Fällen schwierig.
DIE WICHTIGSTEN ARTEN:Der wichtigste der unerschöpflichen Energiespender ist die Sonne. Ohne Sonnenenergie wäre auf der Erde kein Leben möglich. Weitere Quellen sind die Windenergie, die Energie aus Abfällen, die geothermische Energie und die Kernenergie sowie die traditionellen Energiespender Wasserkraft und Holz.
Sonnenenergie: Die Sonneneinstrahlung läßt sich auf verschiedene Weise nutzen. Bei der thermodynamischen Nutzung erhitzt die in Spiegeln konzentrierte Strahlung eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt, deren Dampf Generatoren antreibt. (Bild VI-Nevada) Bei der Photovoltaik wandeln Solarzellen die Strahlung in elektrischen Strom um.
Vor allem diese Form der Nutzung hat große Chancen: Mit einer Kollektorfläche von nur 40 m2 kann man in Gebieten mit langer, kräftiger Sonneneinstrahlung den Bedarf eines Durchschnittshaushalts decken. In der Umwandlungstechnik verzeichnet man laufend Verbesserungen, so daß die Sonnenenergie in
absehbarer Zeit ein ernstzunehmender Konkurrent der fossilen Energieträger werden könnte. Man schätzt, daß sich weltweit 670 Mrd. kWh erzeugen ließen. (Bild VII-Sizilien)
Windenergie: Sie wird mit verschiedenartigen Rotoren gewonnen, die man mit einem Generator koppelt. Er erzeugt den elektrischen Strom.
Weil man mit solchen Aggregaten und dem kostenlosen Energieträger Wind die Energiekosten deutlich senken kann, sind in verschiedenen Teilen der Welt bereits riesige Windfarmen errichtet worden, meist von privaten Betreibern. Wie die Sonnenenergie hat auch die Windenergie einen Vorteil: sie ist rasch verfügbar. Weltweit könnte man mit solchen Kraftwerken etwa 300 Mrd. kWh erzeugen. (Bild VIII-Nord-Deutschland)Wasserkraft: Man läßt Wasser durch Turbinen fließen, die einen stromerzeugenden Generator antreiben. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten: Einmal staut man Wasser in großen, künstlichen Seen und läßt je nach Bedarf einen Teil davon zur Turbine ab (Speicherkraftwerk).
Man nutzt aber auch natürliche Fließgewässer - meist über ein Stauwehr -, um ebenfalls mit Generatoren gekoppelte Turbinen anzutreiben.
Holz: Der älteste Brennstoff der Menschheit hält in Asien und Afrika immer noch einen Marktanteil von 50%. Schätzungen sind schwierig, weil viele Stämme und Völker, gesammeltes Holz vorwiegend offen verbrennen. Effektiver wäre es, wenn man schnellwüchsige Baumarten mit hohem Wärmewert pflanzen und in Ofen mit gutem Wirkungsgrad verbrennen würde.Energie aus Abfall: Diese Form der Energieerzeugung entwickelt sich vielversprechend, denn die Abfallberge werden immer hoher und immer problematischer für die Umwelt. Durch Verbrennung und Gärung könnte man sie abbauen und gleichzeitig als Energielieferanten nutzen.
Geothermische Energie: Durch Erdwanne entsteht in wasserführenden unterirdischen Klüften Heißwasser oder Dampf. Mit beiden Energieträgern läßt sich über Turbinen und Generatoren Strom erzeugen (wenn man sie nicht direkt für die Heizung nutzt). Sie treten entweder von selbst an die Erdoberfläche oder lassen sich durch Bohrungen erschließen. Die sehr unterschiedlichen
Temperaturen erlauben allerdings oft nur sehr eingeschränkte Nutzungen wie etwa zur Heizung von Wohnungen. In Mitteleuropa hat man lohnende Vorkommen geothermischer Energie zur Stromerzeugung bisher kaum gefunden.
Kernenergie: Seit Jahrzehnten wird an der technischen Entwicklung auf dem Gebiet der Kernreaktoren gearbeitet.
In Kernreaktoren wird durch die Spaltung von Atomkernen Energie freigesetzt und auf dem Umweg über Wärme in elektrische Energie umgewandelt. Die heute technisch eingesetzten Kernreaktoren sind jedoch nur in der Lage, einen bestimmten kleinen Anteil des reinen Urans zu nutzen, das aus der Natur gewonnen werden kann. Deshalb würden die Uranvorräte der Erde nur für die Energieversorgung der nächsten Jahrzehnte ausreichen, falls Kernenergie im größeren Umfang zur Deckung der Energielücke eingesetzt werden soll.Viele Probleme bei der Verwendung der Kernenergie sind allerdings nicht völlig zufriedenstellend gelöst. Vor allem die Lagerung des beim Reaktorbetrieb anfallenden “Atommülls” wirft große Schwierigkeiten auf. Sendet doch dieser Atommüll einige Jahrtausende hindurch radioaktive Strahlung aus.
Auch kann der Betrieb von Kernkraftwerken durch Unfälle wie in Tschernobyl zu einer schweren Gefährdung der Umwelt führen.Besonders schwerwiegende Probleme treten bei der Planung und beim Betrieb der schnellen Brüter auf. Sie betreffen sowohl die Sicherung gegen Betriebsunfälle als auch die Verwahrung des beim Brutvorgang entstehenden Elements Plutonium, das ein besonders gefährliches Gift ist. (Bild IX-Kühltürme von Mochovce, X-Grundschema von Mochovce, XI-Reaktorraum und Brennstäbe von Mochovce, XII-Atomreaktoren um Österreich, XIII-Atomkraftwerk in Frankreich)
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