Theoretische Grundlagen Energie ist physikalisch definiert
als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Für das menschliche Leben ist Energie die unabdingbare Voraussetzung. Jeder Mensch hat einen Grundbedarf an Energie, ohne den er seinen Stoffwechsel und seine Körperfunktionen nicht aufrechterhalten kann; man bezeichnet ihn als metabolischen Bedarf. Darüber hinaus hat der Mensch aber als einzige Spezies noch einen sogenannten extrasomatischen Bedarf an Energie. Er nutzt sie, um sich Zugang zu den Ressourcen seiner Umwelt zu verschaffen, diese zu seinem
Vorteil zu nutzen und sich das Leben zu erleichtern. Aus diesem Grund entwickelte er die verschiedensten Technologien, die das Bild der Erde im Lauf der Zeiten stark verändert haben. Nach den Energieerhaltungssätzen kann Energie nie verbraucht oder erzeugt werden. Alle ihre Auswirkungen sind bloß ein Wechsel der Energie von einem in den anderen Zustand. Allerdings ist der Zustand, in dem Energie vorliegt,
entscheidend dafür, ob sie vom Menschen genutzt werden kann oder nicht. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, daß Energie mit größter Wahrscheinlichkeit von einem konzentrierten Zustand in einen Zustand der Zufallsverteilung übergeht, in dem sie keine Arbeit mehr verrichten kann. Sie verliert also naturgemäß an Qualität. Die verschiedenen Energieformen haben unterschiedliche Qualitäten, was der Grund dafür ist, daß Energie zu ihrer Nutzung von einer Form in eine andere umgewandelt
werden muß. Stellt man eine Hierarchie der Energieformen auf, so sind an erster Stelle elektromagnetische (Strom) und mechanische Energie zu nennen. Auf einer zweiten Stufe stehen chemische (z.B. Kohle), nukleare (z.B. Kernkraft) und elektromagnetische Strahlungsenergie (Licht). Die minderwertigste Energieform ist die thermische Energie, die Wärme. Was man als Energieverbrauch bezeichnet, ist im Grunde nichts
anderes als die Umwandlung der Energie von einer höherwertigen in eine minderwertige, schwer oder gar nicht mehr nutzbare Form. Dabei wird Arbeit verrichtet. Mit der Umwandlung einer minderwertigen Form in eine höhere (z.B. Stromerzeugung aus Kohle) geht hingegen stets ein Umwandlungsverlust einher; genauer gesagt entsteht eine andere, nicht genutzte Energieform. Die Qualität der Energie ist also ebenso wichtig wie ihre Quantität. Wandelt man beispielsweise beim Fortbewegen eines Autos
chemische Energie aus dem Tank in Bewegungsenergie um, so verpufft ein (größerer oder kleinerer) Teil der chemischen Energie als Wärme in die Umwelt. In diesem Zusammenhang teilt man einen Energiespeicher in nutzbare Exergie und nicht nutzbare Anergie auf. Das Verhältnis zwischen Exergie und Anergie nennt man Wirkungsgrad oder Effizienz. Die technische Maßeinheit für Energie ist die Kilowattstunde (kWh). Weitere
Einheiten sind Joule (J), Kalorie (cal, veraltet) und Elektronenvolt (eV). Als praktische, anschauliche Maßeinheit, vor allem für wirtschaftliche Berechnungen, dient die Tonne Steinkohleeinheit (t SKE); sie entspricht dem Energiegehalt einer Tonne Steinkohle. (1 t SKE entspricht 8130 kWh).
| Joule | kWh
| eV | t SKE | 1 Joule | 1 | 2,8 · 10-7 | 0,6 · 1019 | 3,4 · 10-11
| 1 kWh | 3,6 · 106 | 1 | 2,2 · 1025 | 1,2 · 10-4 | 1 eV | 1,6 · 10-19 | 4,5 · 10-26 | 1 | 5,4 · 10-7
| 1 t SKE | 2,9 · 1010 | 8,1 · 103 | 1,9 · 1029 | 1 |
|
Energieeinheiten und ihre Umrechnungsfaktoren Entstehung der fossilen Energieträger Die Erde ist kein in sich abgeschlossenes Energiesystem. Sie empfängt Solarenergie von der
Sonne, ihrer einzigen Energiequelle. Andererseits strahlt sie Wärmeenergie ins All ab. Im Idealfall sind beide Energiemengen identisch, so daß ein Gleichgewicht besteht und die Energie auf der Erde lediglich zwischengenutzt wird. Nahezu alle Energieformen auf der Erde, mit Ausnahme der Gezeitenenergie und der Erdwärme sind mittelbar oder unmittelbar aus der eingestrahlten Sonnenenergie entstanden, sie wurden nur mit unterschiedlichem Wirkungsgrad und in mehreren Stufen umgewandelt.
Demzufolge sind auch die fossilen Energien eigentlich Solarenergien. Die Kohle bildete sich aus riesigen Urzeitwäldern, die in einem tropischen Klima üppig wuchsen. Aus diesen bildeten sich Torfmoore, die langsam absackten und von Sand- und Tonschichten überlagert wurden. Unter Luftabschluß und großem Druck der darüberliegenden Schichten trat die sogenannte
Inkohlung ein, bei der sich unter Verbrauch des in den pflanzlichen Verbindungen vorliegenden Sauerstoffs Kohlenstoff, vor allem in Form von Kohlenwasserstoffverbindungen, anreicherte. Zunächst bildete sich Torfkohle, dann Braunkohle und schließlich Steinkohle. Die Steinkohlevorkommen, die aufgrund ihres höheren Brennwertes wertvoller sind als Braunkohle, sind ungefähr 250 bis 280 Millionen Jahre alt, das Alter der Braunkohlevorkommen beträgt hingegen nur etwa 50 Millionen Jahre. Braunkohle findet man fast überall auf der Erde, entsprechend ihrem geologisch jugendlichen Alter dicht unter der Erdoberfläche. In Europa gibt es wichtige Steinkohlevorkommen im Nordwesteuropäischen Kohlegürtel und in der Ukraine; außerhalb Europas haben China und die USA bedeutende Vorkommen. Die größten Lagerstätten in Sibirien und in der Antarktis sind nur äußerst schwer oder praktisch gar nicht wirtschaftlich erschließbar.
Erdöl und Erdgas bildeten sich gemeinsam in Jahrmillionen aus Ablagerungen von Kleinstlebewesen an Meeres- und Seeböden. Diese wandelten sich in Faulschlamm um und wurden bakteriell zersetzt. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften sammelten sich Erdöl und Erdgas später meist in getrennten Lagerstätten, es gibt allerdings auch kombinierte
Vorkommen. Die wichtigsten Erdöl- und Erdgasvorkommen befinden sich bekanntermaßen im Nahen Osten. Daneben existieren noch viele kleinere, zum Beispiel in Rußland oder in der Nordsee. Sie alle sind aber sowohl in der Quantität als auch im Erschließungsaufwand unterlegen. top [WEITER] |
