Energieträger und Energienutzung

Energieträger

Wähle die „Energieträger“ aus, die bei euch zu Hause zum Heizen verwendet werden.

Bestimme jetzt die „Energieträger“, die du bzw. deine Familie für eure Mobilität nutzt.

Überlege kurz, wie aus diesen Energieträgern die für uns so wichtige Energieform elektrische Energie erzeugt wird, und beschreibe diesen Vorgang in deinen Gedanken.

Zusatzwissen

Du hast möglicherweise bemerkt, dass der Ausdruck „Energieerzeugung“ verwendet wurde, obwohl Energie nicht wirklich erzeugt werden kann. Deine Beobachtung ist korrekt. In vielen Fällen wird der Begriff „Energieerzeugung“ verwendet, obwohl er eigentlich bedeutet, dass bestimmte Energieformen in elektrische Energie umgewandelt werden.

Aufgabe

Die Umwandlung in elektrische Energie geschieht in Kraftwerken mit verschiedenen Energieträgern.

Überlege einen Moment und notiere, welche Kraftwerkstypen du kennst und welche Energieträger sie jeweils nutzen.

Energieträger lassen sich in zwei Kategorien einteilen: fossile und regenerative Energieträger. Möchtest du mehr dazu wissen? Weiterführende Informationen findest du im Zusatzwissen.

Zusatzwissen

Einteilung von Energieträgern

Fossile Energieträger sind Brennstoffe, die sich vor vielen Millionen Jahren aus den Überresten von verstorbenen Pflanzen und Tieren entwickelt haben. Diese organischen Materialien haben sich im Laufe der Zeit unter hohem Druck und hoher Temperatur in fossile Brennstoffe wie Braunkohle, Steinkohle, Erdgas und Erdöl umgewandelt.

Regenerative Energie wird energetischen Prozessen entnommen, die sich laufend erneuern. Diese erneuerbaren Energien umfassen hauptsächlich die kinetische Energie des Windes, die Strahlungsenergie der Sonne (gewonnen durch Sonnenkollektoren und Solarzellen), die kinetische Energie von Wasser und die Nutzung von Biomasse.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Fossile_Energie (Seite aktuell: 02.06.2023)

Aufgabe

Fertige eine Tabelle mit den Energieträgern gegliedert nach ihrer Art an.

Fossile Energien	Regenerative Energien
...	...
...	...
...	...
	...

Lösungsvorschlag für die Gliederung der Energieträger

Fossile Energien	Regenerative Energien
Chemische Energie in Braun- und Steinkohle	Strahlungsenergie der Sonne
Chemische Energie in Erdöl	Bewegungsenergie des Wassers
Chemische Energie in Erdgas	Bewegungsenergie des Windes
	Chemische Energie in Biomasse

Aufgabe

1. Sieh dir das Diagramm an und fülle dann den Lückentext aus.

2. Vergleiche jetzt die Werte von oben nun mit dem weltweiten Energiemix aus dem Jahr 2021.

Elektrische Energie aus Kraftwerken

Elektrische Energie wird in Kraftwerken „erzeugt“. Bevor diese Energie mithilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt wird, liegt sie in Form von mechanischer Energie vor, die aus der Bewegungsenergie einer Turbine stammt. Die Turbine kann entweder durch die kinetische Energie von Wasser oder Wind angetrieben werden oder, wie es in Wärmekraftwerken üblich ist, durch die Erzeugung von Wasserdampf aus Wasser durch die Verbrennung von meist fossilen Brennstoffen wie Gas, Öl und Kohle. Der erzeugte Wasserdampf wird dann in die Turbinen geleitet und treibt diese an.

Aufgabe

Grundsätzlich funktionieren alle Wärmekraftwerke nach dem gleichen Prinzip, jedoch werden unterschiedliche Energiequellen verwendet, um den Wasserdampf zu erzeugen.

Um die verschiedenen Energieformen zu wiederholen, führe bitte die folgenden Schritte aus:

Starte die Animation durch einen Klick auf 'Systeme'.
Klicke auf den Button 'Energiesymbole', um die verschiedenen Energieformen zu visualisieren.
Wähle verschiedene Energieumwandler (links und rechts) aus.

Unterschiedliche Kraftwerktypen

Sieh dir zuerst die Abläufe in einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk (1) an.
Ordne dann den beiden anderen Kraftwerkstypen die jeweiligen Energieformen zu (2 und 3).

In diesem Beispiel eines Gas- und Dampfturbinenkraftwerks werden zwei verschiedene Energiearten verwendet, um schließlich elektrische Energie zu erzeugen:

chemische Energie, die im Brennstoff gespeichert ist und in der Gasturbine in Bewegungsenergie umgewandelt wird.
thermische Energie, die in den Abgasen der Verbrennung vorhanden ist und im Abhitzekessel genutzt wird, um Wasser zu verdampfen. Die entstehende Bewegungsenergie des Wasserdampfs treibt eine Dampfturbine an.

Sowohl die Dampfturbine als auch die Gasturbine sind mit Generatoren verbunden, die die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln und ins Stromnetz einspeisen.

Ordne den markierten Bereichen im Bild die Energieformen zu!

Zusatzwissen

In der Infografik 1 war zu sehen, dass in einem Kraftwerk zwei Turbinen gleichzeitig in Betrieb sind. Dies hat eine einfache Erklärung: In den Abgasen – das sind die Verbrennungsprodukte bei einem Wärmekraftwerk – steckt immer noch eine beträchtliche Menge an thermischer Energie. Früher wurde diese Energie einfach in die Umwelt abgegeben und konnte nicht weitergenutzt werden. In modernen Kraftwerken wird jedoch versucht, diese Energie bestmöglich zu nutzen. Dazu dient ein moderner Wärmetauscher, der Wasser erhitzt, um Wasserdampf zu erzeugen. Dieser Wasserdampf kann dann eine zusätzliche Turbine antreiben, was den Wirkungsgrad des Kraftwerks erheblich steigert.

Aufgabe

Kraftwerkstypen: Vor- und Nachteile

Es ist offensichtlich, dass uns in Bezug auf Energie große Herausforderungen bevorstehen. Die Weltbevölkerung wächst rapide, und der individuelle Energiebedarf steigt exponentiell an. Daher wird der bewusste und effiziente Umgang mit Energie immer wichtiger. Wir stehen vor der Aufgabe, nachhaltige Entscheidungen zu treffen. Ob es sich um den Ausstieg aus der Kohle, den Verzicht auf Kernenergie oder den verstärkten Ausbau erneuerbarer Energien handelt, all diese Entscheidungen haben nicht nur Auswirkungen auf unser eigenes Leben, sondern auch auf das Leben zukünftiger Generationen.

Es ist klar, dass es keine Einheitslösung gibt, sondern dass ein ausgewogener Mix von Maßnahmen erforderlich ist.

Eine Möglichkeit, die jeder und jede von uns in der Hand hat, ist der verantwortungsbewusste Umgang mit der bereits verfügbaren Energie.

Energie sparen