Energie-Träger
Energieverbrauch und Energieversorgung
Bei der Nutzung von verschiedenen Energien in gut zu verwendbaren Formen für Menschen, spielen Elektrizität und Wärmeenergie die Hauptrollen. Bedürfnisse entstehen vor allem in den Bereichen Nahrungszubereitung und Heizung. Maschinen und der Betrieb von Einrichtungen zur Lebenserleichterung zählen ebenfalls zu den Gebrauchsgegenständen, die Energie benötigen. Nicht zu vergessen sind in dieser Kategorie auch die verschiedenen Fahrzeuge, die der Mensch zur Fortbewegung benötigt. Die Energieträger können die Verbraucher über Leitungen erreichen. Strom, Erdgas und Fernwärme sind dafür typische Beispiele. Andere Energieträger wie Braunkohle, Steinkohle, Heizöle oder Kraftstoffe sind transport- und lagerfähig und gelangen in Fahrzeugen zu ihren Verwertungszielen. Seit umweltfreundliche Energien zum Thema geworden sind, haben viele Energieversorger neben den konventionellen Energien auch wiederherstellbare Energiequellen in ihr Angebot aufgenommen.
Heizöle und Kraftstoffe
Die chemischen Stoffe sind heute noch die Energielieferer für den Großteil der Verbraucher in Europa. Der Inhalt ihrer Energie wird durch Verbrennung zum Antrieb von Schiffen, Flugzeugen und Fahrzeugen aller Art verwendet. Damit eine Verbrennung stattfinden kann, benötigen Heizöle und Kraftstoffe immer einen Anteil von Sauerstoff, der meistens aus der Luft kommt. Kraftstoffe können flüssig, fest oder gasförmig sein. Benzin, Kerosin oder Diesel sind Beispiele für flüssige Kraftstoffe.
Erdgas
Aus abgestorbenen Kleinstlebewesen entstand Erdgas ähnlich wie Erdöl und wird oft mit diesem zusammen gefunden. Erdgas kommt in großen Mengen in Russland und in Norwegen vor und wird durch Bohrungen in reinen Erdgasfeldern gewonnen oder es ist ein Nebenprodukt bei der Förderung von Erdöl. Durch technische Verfahren lässt sich Erdgas auch in andere Aggregatzustände versetzen. Durch eine Verringerung des Volumens ist ein Transport von Erdgas auch ohne Leitungen möglich. So eignet es sich besser als Alternative für Kraftstoffe aus Mineralöl. Das Erdgas deckt rund ein Viertel des Energiebedarfs in Deutschland ab. Nach der Veredelung von Biogas zu Biomethan wird es in das Erdgasnetz eingespeist. Biomethan ist klimafreundlich und bringt noch eine weitere Reihe anderer wirtschaftlicher und politischer Vorteile.
Kernenergie
Bei Kernreaktionen, wie der Kernfusion oder der Kernspaltung, werden Energien freigesetzt, die hauptsächlich großtechnisch zur Erzeugung von elektrischen Strom oder anderen sekundären Energien dienen. Überwiegend die Verwendung des Kernbrennstoffs Uran dient seit den 1950er Jahren in Kernkraftwerken zur Gewinnung dieser Energie. Während sich Kernfusionsreaktoren noch im Entwicklungsstadium befinden, können die Reaktoren der Kernspaltung schon auf längere und ausgereiftere Techniken zurückgreifen.
Chemische Energie
Chemische Energie wird bei chemischen Reaktionen freigesetzt. Oft geschieht das durch die Verbrennung eines Stoffes. Chemische Energie ist in Treibstoffen gespeichert und wird durch deren Verbrennung in Fahrzeugen in mechanische Energie umgewandelt. Brennstoffzellen oder Akkumulatoren sind Beispiele für die direkte Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie.
Wärme
Wärmepumpen holen ihre Energie aus allen möglichen Quellen. Unter der Zufuhr von technischer Arbeit, steigern sie das Niveau der Wärme von Luft, Wasser oder Erdreich und leisten durch die auftretende Verflüssigungswärme einen wertvollen Beitrag zur Senkung der Heizkosten, weil sie weniger Primärenergie brauchen, als beim direkten Heizen. Durch einen Verdichter, der elektrisch angetrieben wird, komprimiert sich das Kältemittel und entzeiht beim Verdampfen Wärme aus der Umgebung. Bei einem Einbau von Wärmepumpen muss in Deutschland das Wasserhaushaltsgesetz beachtet werden, außerdem spielen die verschiedenen Prinzipien von Wärmepumpen wichtige Rollen für die Wirtschaftlichkeit oder die Ausführung überhaupt. Bei der Nutzung von Erdwärme stellt sich die Frage, ob die Bohrmaschine überhaupt in das Grundstück kommt und dort auch arbeiten kann.
Holz
Holz gehört in die Kategorie der erneuerbaren Energiequellen und kann in modernen Heizanlagen emissionsarm verbrannt werden. Moderne Anlagen sind meist für Scheitholz und für Pellets ausgelegt . Die Holzpellets werden aus naturbelassenen Holzspänen zu kleinen Zylindern gepresst. So können auch automatisiert dem Brenner zugeführt werden. Ihr Heizwert entspricht mit 4,9 kWh pro Kilogramm etwa dem von einem halben Liter Heizöl. Holzpellets sind ein homogener Brennstoff und sind über die DIN 51731 genormt. Der Rückstand bei der Verbrennung von Holz, die Asche, kann im Garten als Dünger ausgebracht werden oder problemlos mit dem Hausmüll entsorgt werden.
Sonnenenergie
Die Sonne erzeugt durch Kernfusion Energie, die als Strahlungsenergie zur Erde gelangt. Obwohl ein Teil der Sonnenenergie von der Atmosphäre der Erde absorbiert wird, ist Sonnenergie eine immer nutzbare Quelle und sie ist weltweit verfügbar. Für die Lebewesen gehört die Sonnenenergie zur Grundlage des Lebens und ohne der Photosynthese bei den Pflanzen wären auch die für ein Weiterbestehen nicht bereit. Auch alle Tiere und wir Menschen könnten nicht weiterleben, wenn es unsere Sonne nicht gäbe, denn Fleisch- und Pflanzenfresser brauchen deren Energie für die Fortpflanzung und zum Bestehen. Die Bestrahlungsstärke der Sonne ist eine unstete Größe weil sie von Abdämpfen in der Luft, Kondensstreifen und Schwebeteilchen beeinflusst wird. Solare Elektrizitätswerke können aber sinnvoll durch Windkraftanlagen, Wasserkraftanlagen oder Geothermiekraftwerke ergänzt werden.
Windenergie
Durch die unterschiedliche Erwärmung der Land- und Wassermassen und durch die Drehung der Erde geraten Luftmassen in Bewegung und bilden sich zu Hoch- und Tiefdruckgebieten aus. Die Luftströmungen können als kinetische Energie in Windrädern oder Windmühlen genutzt werden. Windräder wandeln die kinetische Energie der Luftströmungen in Drehbewegungen um und erzeugen über einen Generator Strom. Bei kleineren, meist für den privaten Bereich aufgestellten Windrädern, die eine Leistung bis zu einigen Kilowatt haben, wird der erzeugte Strom der Windgeneratoren direkt in die Haushalte eingespeist, die großen Windkraftanlagen sind ausschließlich zur Stromerzeugung gedacht. Bei Windrädern dreht sich schon bei einer leichten Brise das Rad und erzeugt umweltfreundlichen Strom.
Wasserkraft
Die Wassermühlen sind ein typisches Beispiel bei der Nutzung von Hydroenergie. Sie wandeln die Strömungsenergie von fließendem Wasser kostengünstig in mechanische Energie um. Wasserkraftwerke erzeugen aus der Dynamik des fließenden Wassers vor allen Dingen Strom und speisen diesen in die Verbrauchernetze ein. Wasserenergie leistet einen großen Beitrag zur Versorgung der Erdbevölkerung und gehört zu den regenerativen oder erneuerbaren Energiequellen. Prinzipiell wie eine Windanlage funktionieren auch die Wasserkraftwerke, die durch die Kraft der natürlichen Meeresströmungen Elektrizität erzeugen. Dabei bewegt sich halt der Rotor nicht in der Luft, sondern unter Wasser. Die Vorteile bei der Nutzung von Wasserenergie sind das kontinuierlichere Fließen des Wassers, gegenüber den Windströmungen. Wasserströmungen lassen sich besser voraussagen.
Bioenergie
Biomassen und ihre energetische Nutzung sind die Ausgangsformen bei der Gewinnung von Bioenergie. Mais, Stroh, Holz, Getreide und Zuckerrüben werden zur Herstellung von Bioenergie genutzt. Aber auch Algen, Pflanzenöle, Bioabfälle und Biogas kommen hier zum Einsatz. Die Energie der Sonnenstrahlung bewirkt durch Fotosynthese eine Speicherung von nutzbaren Reaktionen in den organischen Materialien.
Auch Nahrung ist Energie. Ess- und trinkbare Stoffe brauchen Lebewesen, um die Gesundheit zu erhalten und den Organismus aufzubauen. Die energiereichen organischen Verbindungen in der Nahrung, werden nach der Aufnahme in den Körper in ihre Bestandteile zerlegt und dort für wichtige Lebensprozesse genutzt. Die Energie der Nahrung wird im Energiestoffwechsel verwendet und trägt bei den Warmblütern zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur bei. Menschen und Tiere nutzen bei Stoffumsetzungen die frei werdende Energie, indem sie energiereiche Stoffe zerlegen und bei der Umkehrung der Synthese wieder freisetzen.