Energie von A-Z

Wichtige Begriffe aus der Welt der Energie – knapp erklärt.

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Geothermie

Bewegt man sich von der Erdoberfläche in Richtung Erdmittelpunkt, steigt ungefähr alle 100 Meter die Temperatur um 3 Grad. Diese Wärmeenergie, die die Erdkruste aufheizt, kommt aus dem Inneren unseres Planeten, das zu 99 Prozent heißer als 1.000 Grad ist. Sie stammt zu etwa gleichen Teilen aus der Zeit der Erdentstehung und von radioaktiven Zerfallsprozessen in der Erdkruste. Diese Wärmeenergie kann technisch genutzt werden, man spricht von „Geothermie“. Bei der direkten Nutzung befördern Wärmepumpen die Energie nach oben, wo sie zum Heizen oder zur Produktion von warmem Wasser genutzt wird. In Deutschland gibt es mittlerweile aber auch vier Kraftwerke, die sie für die Stromproduktion mit Dampfturbinen verwenden. 2009 trug die Geothermie mit 19 Gigawattstunden nur 0,003 Prozent zum deutschen Stromverbrauch bei, langfristig könnten es 90.000 Gigawattstunden werden. Geothermie hat den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energiequellen rund um die Uhr gleichmäßig Energie liefern kann.

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Gravitation

Was oben liegt, kann herunterfallen. Physiker sprechen davon, dass sich alle Körper mit einer Masse gegenseitig anziehen – zum Beispiel Erde und Marmeladebrot. Dahinter steckt eine Kraft, die „Gravitationskraft“ oder „Gravitation“ genannt wird. Dabei gilt für die Anziehung zwischen zwei Körpern: Die Kraft zwischen ihnen ist proportional zu den beiden Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstandes (Gravitationsgesetz von Newton) Die Gravitationskraft zwingt die Erde auf eine Umlaufbahn um die Sonne und sorgt dafür, dass nur Körper mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit die Erde verlassen können. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist die Gravitation keine Kraft mehr – stattdessen „krümmen“ massereiche Körper den Raum, so dass andere Objekte auf gekrümmte Bahnen gezwungen werden.

H2

H2

ist das chemische Zeichen für Wasserstoff. Wasserstoff ist das leichteste und häufigste chemische Element des Universums und der Hoffnungsträger unter den Energieträgern. Die Verbrennung von Wasserstoff ist nämlich mit geringen oder gar keinen Umweltbelastungen verbunden. Er verbrennt zu Wasser, aus dem er im Prinzip wieder gewonnen werden kann. Somit geht er nicht verloren und ist ein dauerhaft verfügbarer Energieträger. Wasserstoff wird beispielspweise als alternativer Treibstoff für Fahrzeuge eingesetzt.

Holzhackschnitzel

Holzhackschnitzel

„Herr Ober, ich hätte gern einmal die Buletten und ein Holzhackschnitzel mit Pommes.“ Ja, dies ist ein schlechter Scherz. Außerdem würde man sich an dieser Mahlzeit wohl sprichwörtlich die Zähne ausbeißen. Holzhackschnitzel bestehen nicht aus Pressfleisch, sondern aus maschinell zerkleinertem Holz. Laut Normvorgabe sollen sie maximal drei bis fünf Quadratzentimeter messen. Die Holzteile sind als Alternative zu den bekannteren Pellets gedacht. Aber Vorsicht: Nicht alle modernen vollautomatischen Heizungsanlagen, die mit Holzpellets befeuert werden, sind für die Verbrennung von Holzhackschnitzeln ausgelegt. Für Holzschnitzelheizungen gibt es staatliche Zuschüsse.

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Impuls

Der (mechanische) Impuls ist eine wichtige Größe in der Physik, weil er in einem abgeschlossenen System – ohne Einwirkungen von außen – bei allen Prozessen erhalten bleibt. Stoßen beispielsweise viele Billardkugeln zusammen, bleibt die Summe ihrer Impulse vor und nach dem Stoß genau gleich. Allerdings ändert sich der Impuls der einzelnen Kugeln bei diesem Vorgang – nur die Summe ist konstant. In der klassischen Mechanik ist der Impuls einfach das Produkt aus der konstanten Masse und der veränderlichen Geschwindigkeit eines Teilchens. In der Relativitätstheorie ist der Impuls genauso definiert, hier wächst aber die Masse des Körpers mit seiner Geschwindigkeit. Die zeitliche Änderung des Impulses ist in beiden Fällen die Kraft, die auf den Körper wirkt.

Joule

Joule

Das Joule ist seit 1978 die internationale Maßeinheit für Energie. Namensgeber ist der englische Naturforscher James Prescott Joule (1818-1889). Er untersuchte, wie kräftiges Rühren Wasser erwärmt. Das gebräuchlichere Kilojoule (also 1000 Joule) kennt man von jeder Lebensmittelverpackung, wo oft auch noch die ältere Bezeichnung Kilokalorie (kcal) benutzt wird: Ein Glas Vollmilch zum Beispiel enthält ungefähr 130 Kilokalorien, was 544 Kilojoule entspricht.

Kalorie

Kalorie

Auf vielen Lebensmittelverpackungen steht, wie viele Kalorien darin enthalten sind. Aber was ist eine Kalorie genau? Zunächst einmal ist sie eine Maßeinheit für Energie. Physiker definieren eine Kalorie („cal“) als diejenige Energiemenge, die man braucht, um ein Gramm Wasser von 14,5 Grad auf 15,5 Grad zu erhitzen. Eine Kilokalorie („kcal“) ist das Tausendfache davon – also die Energie, die man braucht, um ein Kilogramm Wasser entsprechend zu erwärmen. Allerdings ist die Kalorie als Maßeinheit veraltet und wurde durch die Einheit „Joule“ (J) ersetzt, wobei gilt: 1 cal = 4,184 J.

Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung

Der Begriff Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bezeichnet eine Kraftwerkstechnik, bei der gleichzeitig Strom und Wärme produziert wird. Bei anderen Kraftwerken werden Brennstoffe verheizt, um Wasser zu erhitzen. Der entstehende Wasserdampf treibt Turbinen an, die Strom erzeugen. Der Anteil an Abwärme ist dabei ziemlich hoch. Abwärme ist Energie, die ungenutzt ausgestoßen wird, in diesem Fall mit dem Wasserdampf. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird die bei der Verbrennung entstehende Wärme nicht einfach aus dem Schornstein geblasen, sondern an Haushalte weitergeleitet. Damit verdoppelt sich der Wirkungsgrad, also die Ausnutzung der Energie, die im Brennstoff gespeichert ist, von 40 auf 80 bis 90 Prozent. So spart man Geld und die Umwelt zugleich. Diese Technik ist nicht auf große Industriekraftwerke beschränkt. Es gibt auch Kleinanlagen wie Blockheizkraftwerke, die ein bis zwei Familien versorgen.

Leistung

Leistung

Leistung ist eine physikalische Größe, die den Energieaufwand in einer bestimmten Zeit beschreibt. Die übliche Formel ist Energie durch Zeit oder auch Arbeit durch Zeit. Angegeben wird Leistung in der Einheit Watt (W). Der Name geht auf den schottischen Erfinder James Watt (1736-1819) zurück. Watt war ein Mechaniker, der an der Universität von Glasgow Instrumente herstellte. Unter anderem hat er die erste verwendbare Dampfmaschine und die Kopierpresse erfunden.

Forschungsbörse

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