Was ist Energie

Energie bestimmt unser tägliches Leben. Eindeutige Definitionen von Energie-Kenngrößen sind erforderlich. Energie und Arbeit, Leistung, End- und Nutzenergie werden in den Medien oft genannt. Was diese Begriffe bedeuten, lesen Sie hier.

Energie und Arbeit

In der Physik ist der Ausdruck Energie als die Menge von Arbeit definiert, die ein physikalisches System verrichten kann. Entsprechend dieser Definition kann Energie weder erzeugt noch verbraucht oder zerstört werden.

Arbeit ist Kraft mal Weg. Wenn man an einem Körper Arbeit verrichtet, vergrößert man seinen Energiegehalt. Energie ist also "gespeicherte Arbeit". Diese "gespeicherte Arbeit" kann wieder abgegeben werden. Energie wird nicht in Kilowatt, sondern in Kilowattstunden (kWh) gemessen. Diese beiden Einheiten werden häufig verwechselt. Energie wird meist in Einheiten, wie z.B. Terajoul (TJ), Kilowattstunden (kWh) oder Gigawattstunden (GWh) angegeben.

Energie kann in verschiedene Formen umgewandelt werden: Z.B. kann die kinetische Energie von bewegten Luftmolekülen vom Rotor einer Windkraftanlage in Rotationsenergie umgesetzt werden. Diese wiederum wird durch den angeschlossenen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Bei jeder Art von Energieumwandlung wird ein Teil der Energie in Wärme (Reibung) umgeformt.

Energieträger

Nach der Reihenfolge ihres Einsatzes lässt sich die Energie in vier Stufen einteilen:

• Primärenergieträger kommen in der Natur direkt vor, wie Stein- und Braunkohle, Erdöl oder -gas, sowie erneuerbare Energiequellen. Sie sind keiner Umwandlung unterworfen.
• In den meisten Fällen muss Primärenenergie in Kraftwerken, Raffinerien etc. in Sekundärenergieträger umgewandelt werden. Sekundärenergie ist Energie, die als Ergebnis eines Umwandlungsprozesses und unter Energieverlust aus Primärenergie gewonnen wird (z.B. Koks, Briketts, Strom, Fernwärme, Heizöl oder Benzin).
• Die Energie am Ort der/des Verbraucherin/Verbrauchers ist Endenergie,
• diese wird, wieder unter "Verlusten", in Nutzenergie umgewandelt (Heiz- und Prozesswärme, Licht sowie mechanische Energie).

Energieverluste

Wenn umgangssprachlich von Energieverlusten gesprochen wird, ist jener Teil der Energie gemeint, der in der nächsten Energieumwandlungsstufe nicht mehr direkt zur Verfügung steht. In der Physik wird dafür der Begriff "Entropie" definiert. Damit ist gemeint, dass man umso weniger nutzbare Arbeit durch Energieumwandlung erzielen kann, je mehr Energie in Wärme umgewandelt wird.

Energie kann von einem Körper aufgenommen, gespeichert und wieder abgegeben werden. Energieaufnahme durch einen Körper geschieht meist, indem an dem Körper eine (äußere) Arbeit verrichtet wird. Der Körper gibt Energie ab, wenn er selbst Arbeit an einem anderen Körper verrichtet. Energie und Arbeit sind also einander äquivalent und lassen sich ineinander transferieren. Die Energieänderung ist gleich die Arbeit.

Perpetuum mobile

Ein Perpetuum Mobile ist eine Vorrichtung mechanischer, chemischer oder anderer Natur, die, einmal in Betrieb gesetzt, auf Dauer in Betrieb bleibt und zusätzlich Arbeit verrichtet. Nur der natürliche Verschleiß der Bestandteile setzt der dauernden Bewegung ein Ende. Ein Perpetuum mobile ist aus Sicht der Thermodynamik (Energieerhaltungssatz) nicht möglich.

Leistung

Leistung ist Arbeit pro Zeiteinheit. Leistung wird normalerweise in Watt (W), Kilowatt (kW), Megawatt (MW) etc. gemessen.

Leistung kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt gemessen werden, während Energie über eine bestimmte Zeitspanne gemessen wird, z.B. eine Sekunde, eine Stunde oder ein Jahr.

Einheiten für Energie und Umrechnungsfaktoren

1 J (Joule) = 1 Ws = 0,2388 cal

1 GJ (Gigajoule) = 10⁹ J

1 TJ (Terajoule) = 10¹² J

1 PJ (Petajoule) = 10¹⁵ J

1 (Kilowattstunde) kWh = 3,600.000 Joule = 3,6 MJ

1 TÖGW (Tonnen-Öl-Gleichwert)

= 7.4 Fass Rohöl (Primärenergie)

= 7.8 Fass Rohöl (Gesamtverbrauch)

= 1.270 m³ Erdgas

= 2.3 t Kohle *)

1 MTÖGW (Millionen Tonnen-Öl-Gleichwert) = 41.868 PJ