In der Welt, in der wir leben, ist Energie eine grundlegende Säule, die unser tägliches Leben bestimmt. Energie ermöglicht es uns, unsere Häuser zu beleuchten, Fahrzeuge zu bewegen, unsere elektronischen Geräte am Laufen zu halten und vieles mehr. Doch woher kommt diese Energie?
In diesem Abschnitt werden wir das Konzept der Energiequellen untersuchen. Energiequellen sind sowohl natürliche als auch künstliche Ressourcen, aus denen wir die Energie gewinnen, die wir zur Deckung unseres Energiebedarfs benötigen. Diese Energiequellen umfassen eine Vielzahl von Formen, von Solar-, Wind- und Wasserkraft bis hin zu fossilen Brennstoffen , Kernenergie und mehr.
In diesem Abschnitt werden wir unvoreingenommen die verschiedenen Kategorien von Energiequellen untersuchen und ihre Vor- und Nachteile sowie ihren Einfluss auf die Umwelt berücksichtigen.
Was ist eine Energiequelle?
Eine Energiequelle ist eine natürliche Quelle oder Ressource, aus der wir die Energie beziehen, die wir für unser Leben benötigen. Mit dieser Energie können wir unsere Häuser beleuchten, unsere Autos bewegen, Wasser erhitzen oder sogar unsere elektronischen Geräte aufladen.
Es gibt verschiedene Arten von Energiequellen, wie zum Beispiel Solarenergie, die aus Sonnenlicht gewonnen wird ; Windenergie , die aus dem Wind erzeugt wird; Wasserkraft, die den Wasserfluss in Flüssen und Staudämmen nutzt; und fossile Energie, die aus Ressourcen wie Erdöl und Erdgas gewonnen wird .
Es gibt auch modernere Energiequellen, wie die Kernenergie, die aus Kernreaktionen erzeugt wird, und die Geothermie , die aus der Wärme der Erde gewonnen wird . Jede Energiequelle hat ihre eigenen Vor- und Nachteile hinsichtlich Verfügbarkeit, Umweltbelastung und Kosten.
Arten und Klassifizierung der wichtigsten Energiequellen
Energiequellen sind für das Funktionieren der modernen Gesellschaft von grundlegender Bedeutung und können hauptsächlich auf zwei Arten klassifiziert werden: nach ihrer Herkunft als primär oder sekundär und nach ihrer Regenerationsfähigkeit als erneuerbar oder nicht erneuerbar.
Klassifizierung nach Herkunft
- Primärenergiequellen : Primärenergiequellen sind solche, die direkt in der Natur vorkommen und keinem Umwandlungsprozess unterzogen wurden. Dazu gehören Ressourcen wie Öl, Kohle, Erdgas, Brennholz oder Biomasse, Kernbrennstoffe sowie Wasserkraft, Windkraft, Geothermie und Solarenergie. Diese Primärquellen sind essenziell, denn sie sind die Grundlage für die Energieerzeugung in ihrer einfachsten und direktesten Form.
- Sekundäre Energiequellen : Im Gegensatz dazu sind sekundäre Energiequellen solche, die durch die Umwandlung von Primärquellen gewonnen werden. Elektrizität ist das häufigste Beispiel für eine Sekundärquelle, da sie durch die Umwandlung von Primärenergie durch verschiedene Prozesse erzeugt wird, beispielsweise durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe oder die Nutzung von Wasserkraft.
Einteilung nach ihrer Regenerationsfähigkeit
- Erneuerbare Energiequellen: Dies sind Quellen, die sich auf natürliche Weise regenerieren und nahezu unerschöpflich sind, wie z. B. Sonnen-, Wind-, Wasserkraft-, Erdwärme- und Biomasseenergie.
- Nicht erneuerbare Energiequellen: Dabei handelt es sich um solche, die in begrenzten Mengen vorhanden sind und durch die Nutzung erschöpft werden, wie etwa fossile Brennstoffe (Öl, Kohle, Erdgas) und Kernbrennstoffe.
Hauptenergiequelle auf unserem Planeten
Die Sonne ist für die meisten Energieressourcen der Welt die Hauptquelle.
Sonnenenergie wird indirekt in Form fossiler Energie oder als direkt nutzbare Energie (z. B. Wind ) gespeichert.
Sogar Wasserkraft wird aus Sonnenenergie gewonnen, die zur Verdunstung und anschließenden Kondensation von Wasser führt, wenn Wolken auf die Luft von Kaltwetterfronten oder hohen Bergen treffen.
Nicht erneuerbare Quellen
Nicht erneuerbare Energiequellen sind Energieressourcen, die nicht über die Fähigkeit zur Regeneration verfügen oder deren Verbrauchsgeschwindigkeit höher ist als ihre Regeneration.
Die Verfügbarkeit dieser Quellen ist derzeit noch recht hoch und dementsprechend auch die Kosten relativ gering.
Die wichtigsten nicht erneuerbaren Ressourcen sind die folgenden:
Fossile Brennstoffe
Fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, stellen weltweit eine der wichtigsten Energiequellen dar. Durch die Verbrennung dieser natürlichen Ressourcen entsteht eine große Menge Energie, die in verschiedenen Schlüsselsektoren für die Entwicklung und das Funktionieren der modernen Gesellschaft genutzt wird.
Erstens fließt ein erheblicher Teil dieser Energie in Heizsysteme, die Wohnhäuser, Industriebetriebe und andere Infrastrukturen mit Wärme versorgen. Darüber hinaus sind fossile Brennstoffe für den Betrieb von Motoren in verschiedenen Transportmitteln wie Autos, Flugzeugen und Schiffen unerlässlich. Die bemerkenswerteste Verwendung ist jedoch die Erzeugung elektrischer Energie, bei der durch die Verbrennung von Kohle und Erdgas in thermoelektrischen Kraftwerken der Strom erzeugt wird, der Millionen von Haushalten, Unternehmen und Industrien versorgt.
Trotz ihrer Energieeffizienz stellt die Nutzung fossiler Brennstoffe aufgrund ihrer Treibhausgasemissionen erhebliche Umweltprobleme dar.
Kernenergie
Die Kernenergie kann als Mutter aller Energien angesehen werden, auf der Erde und sogar im Universum. Tatsächlich sind alle Energien, von Solarenergie bis zu fossilen Energien , von Wind bis Wasserkraft, nichts anderes als ein Nebenprodukt der Umwandlung dieser Energieart.
Es gibt zwei Arten von Kernreaktionen: Spaltung und Fusion. Heutzutage sind alle Kernreaktoren aus technischen Gründen Spaltreaktoren.
Die Energie der Atomspaltung basiert auf der Spaltung eines schweren Atomkerns (normalerweise Uran-235), um zwei kleinere Kerne zu erhalten, die weniger wiegen als der ursprüngliche Kern. Durch den geringen Massenunterschied kann eine große Energiemenge erzeugt werden.
Kernspaltungsanlagen produzieren derzeit 16 % des weltweiten Stroms.
Erneuerbare Energiequellen
Erneuerbare Energiequellen sind Energiearten, die unerschöpflich sind. Seine Verwendung bedeutet keine Verringerung der Ressource.
Die wichtigsten erneuerbaren Energiequellen sind die folgenden:
Brennholz und Biomasse
Die Verbrennung von Biomasse, Holz oder anderen leicht verfügbaren organischen Materialien stellt die älteste Art der Wärme- und damit Energieerzeugung dar.
In letzter Zeit hat jedoch ein erneutes Bewusstsein im Kampf gegen den Klimawandel in Verbindung mit einer wachsenden Sorge um die Suche nach Energieressourcen diese Energiequelle wieder in den Vordergrund gerückt.
Sonnenenergie
Sonnenenergie ist die grundlegende Energiequelle für fast alle Aktivitäten auf der Erde. Auch fossile Brennstoffe wie Öl sind eine indirekte Form der Sonnenenergie. Dies liegt daran, dass sie aus der organischen Substanz von Pflanzen und anderen Organismen stammen, die über Millionen von Jahren die Energie der Sonne durch Photosynthese eingefangen haben. Diese organische Substanz, die im Laufe geologischer Zeitalter dem Druck und der Hitze unter der Erdoberfläche ausgesetzt war, wurde in die Ölreserven umgewandelt, die wir heute nutzen.
Solarenergie kann auf verschiedene Arten genutzt werden, die bemerkenswerteste ist die folgende:
- Photovoltaische Solarenergie : Diese Methode basiert auf dem photovoltaischen Effekt, einem physikalischen Phänomen, bei dem bestimmte Materialien wie Silizium Strom erzeugen, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt werden. Photovoltaik-Solarmodule wandeln Sonnenstrahlung direkt in Strom um und stellen so eine saubere, erneuerbare Energiequelle bereit.
- Solarthermie : Dieser Ansatz konzentriert sich auf die direkte Nutzung der Sonnenwärme. Mithilfe von Solarkollektoren wird Sonnenstrahlung eingefangen und konzentriert, um Flüssigkeiten zu erwärmen, die dann zur Erzeugung von Dampf und damit Strom oder zur Heizung in häuslichen und industriellen Anwendungen verwendet werden können.
Windenergie
Windenergie ist eine der ältesten Energiequellen: Windmühlen werden seit dem 7. Jahrhundert n. Chr. genutzt, um Windenergie in mechanische Energie umzuwandeln.
Die Nachteile sind die geografische Lage, der große Platzbedarf für die zentrale Produktion und die Umweltbelastung.
Wasserkraft
Wasserkraft ist eine saubere Energie, die sich die potenzielle Energie von Wasser in großen Höhen in Gebirgsbecken zunutze macht, das beim Fallen auf eine Turbine einwirkt und Strom erzeugt. Das Prinzip ist das gleiche wie in einem thermoelektrischen Kraftwerk: Der Unterschied besteht darin, dass das Medium, das die Turbine dreht, Wasser und nicht Dampf ist.
Derzeit stammen 16 % des weltweiten Stroms aus Wasserkraft: Einer der Nachteile der Wasserkraft sind jedoch gerade die ökologischen und sozialen Auswirkungen des Baus von Staudämmen.
Geothermie
Geothermie ist Energie, die durch geologische Wärmequellen erzeugt wird und als eine Form erneuerbarer Energie betrachtet werden kann. Es basiert auf der thermodynamischen Nutzung der inneren Wärme der Erde, gespeist durch die Wärmeenergie, die bei den nuklearen Zerfallsprozessen radioaktiver Elemente wie Uran, Plutonium oder Thorium freigesetzt wird.
Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur allmählich an und steigt in der Erdkruste um etwa 30 °C pro km.
Die Nutzung dieser Quelle besteht bei geothermischen Quellen mit hoher Enthalpie darin, die Dämpfe aus unterirdischen Wasserquellen zu speziellen Turbinen zu leiten, die zur Erzeugung elektrischer Energie dienen. Und bei der Wiederverwendung von heißem Wasserdampf für städtische Heizung, Gewächshauskulturen und Thermalismus.
Meeres- oder Meeresenergie
Unter Meeresenergie versteht man die Energiemenge, die in verschiedenen Formen in den Meeren und Ozeanen enthalten ist. Diese immense Energiemenge kann mit verschiedenen Technologien aus Meerwasser gewonnen werden: basierend auf der kinetischen Energie von Flüssigkeiten (Strömungen, Wellen, Gezeiten) und auf dem Gefälle (thermisch und salzhaltig). Heutzutage sind viele Energiegewinnungssysteme getestet und einige befinden sich bereits in einem vorkommerziellen Stadium.
Kernfusion
Die Kernfusion ist eine Variante der Kernenergie . Dabei handelt es sich um den Prozess der Verbindung der Kerne zweier Wasserstoffatome, bei dem eine enorme Energiemenge freigesetzt wird.
Durch diesen Prozess entsteht die Energie der Sonne. Dabei entstehen große Mengen Wärme , die zur Stromerzeugung genutzt werden könnten. Aufgrund der zur Aufrechterhaltung der Fusion erforderlichen Temperaturen und Drücke ist dieser Prozess jedoch nur sehr schwer zu kontrollieren.
Einer der potenziellen Vorteile der Kernfusion ist die theoretische Möglichkeit, große Energiemengen sicher und mit relativ geringer Umweltverschmutzung zu liefern.
Der Brennstoff für die Kernfusion ist Wasserstoff. Aufgrund der enormen Präsenz von Wasserstoff auf dem Planeten würde die Kernfusion als erneuerbare Energiequelle gelten.
Historische Entwicklung der Energiequellen
Die Geschichte der Energiequellen ist ein Spiegelbild der menschlichen Entwicklung und der technologischen Entwicklung. Seit prähistorischer Zeit nutzt der Mensch verschiedene Energiequellen, um seine Grundbedürfnisse zu befriedigen, etwa zum Kochen von Nahrungsmitteln, zum Heizen und zum Beleuchten.
In der Antike war Biomasse , insbesondere Brennholz, die Hauptenergiequelle. Die frühen Menschen waren auf Feuer angewiesen, das sie durch die Verbrennung von Holz und anderen organischen Materialien gewannen, nicht nur zum Kochen und Wärmen, sondern auch als Werkzeug bei der Herstellung von Utensilien und bei der Jagd.
Im Laufe der Zeit begannen Zivilisationen, andere Energiequellen zu nutzen. Beispielsweise wurde die Wasserkraft mindestens seit dem 3. Jahrhundert v. Chr. im antiken Griechenland und Rom genutzt, wo Wassermühlen zum Mahlen von Getreide und zur Ausführung anderer mechanischer Aufgaben eingesetzt wurden. Mit der Erfindung von Segeln, die es Schiffen ermöglichten, weite Strecken zurückzulegen, begann auch die Nutzung der Windenergie , vor allem in der Schifffahrt.
Die Nutzung fossiler Brennstoffe wurde während der industriellen Revolution im 18. Jahrhundert populär. Kohle war die erste weithin genutzte fossile Quelle und trieb die ersten Dampfmaschinen an, die Fabriken, Züge und Schiffe antrieben. Dieser Wandel markierte einen Meilenstein in der Geschichte der Menschheit und ermöglichte ein beispielloses Wirtschaftswachstum und eine beispiellose Stadtentwicklung.
Im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert begannen Öl und Erdgas an Bedeutung zu gewinnen, insbesondere mit der Erfindung des Verbrennungsmotors und dem Aufstieg der Automobilindustrie.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts schließlich entwickelte sich die Kernenergie zu einer neuen Energiequelle und bot eine leistungsstarke, aber umstrittene Alternative zu fossilen Brennstoffen. Im Laufe des Jahrhunderts wurden auch erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind wiederentdeckt, als Reaktion auf die wachsende Besorgnis über die Erschöpfung nicht erneuerbarer Ressourcen und die Auswirkungen auf die Umwelt.