Energieformen

Könnten wir die natürlich vorkommenden Energieformen auf der Erde nicht nutzen, könnten wir keine Metalle schmelzen, keine Wärme oder Licht erzeugen, keine Lebensmittel verarbeiten etc. Um verschiedene Energieformen wie Kohle, Gas oder Erdöl nutzbar zu machen, müssen sie meist zunächst in eine andere Form gebracht und beispielsweise in Kraftwerken, Solarthermie- oder Photovoltaikanlagen in Strom verwandelt werden. Bei diesem Umwandlungsprozess von Energieformen kommt es zu mehr oder weniger großen Energieverlusten. Außerdem unterscheiden sich alle Energieformen hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit.

Was sind Energieformen?

Um unseren Energiebedarf zu decken, sind wir auf die natürlich vorkommenden Energieformen und Energieumwandlung angewiesen. Bei den Energieformen unterscheidet man zwischen Primär- und Sekundärenergie. Während Primärenergieformen wie Kohle-, Erdöl- und Gasvorkommen meist noch nicht direkt genutzt werden können, handelt es sich bei den sekundären Energieformen um weiterverarbeitete primäre. Durch die Weiterverarbeitung werden die Energieformen nutzbar gemacht. Zudem lassen sie sich danach besser lagern und transportieren.

Welche Energieformen gibt es?

Bei den Energieformen unterscheidet man zwischen Primär-, Sekundär-, End- und Nutzenergie. Die Auflistung der folgenden Energieformen und Beispiele umfasst sämtliche Primärenergieträger:

  • Kohle
  • Erdöl
  • Erdgas
  • Uran
  • Wasserkraft
  • Sonnenstrahlung
  • Windkraft
  • Erdwärme
  • Gezeitenenergie
  • Biomasse

Zu den sekundären Energieformen gehören die folgenden Energieformen Beispiele:

  • Strom
  • Kohlebriketts
  • Holzkohle
  • Heizöl
  • Kraftstoffe (Benzin, Flüssiggas, etc.)
  • Koks und Kokereigas (Steinkohle)
  • Fernwärme
  • verschiedene Gase

Die Energie, die letztlich beim Verbraucher ankommt, nennt sich Endenergie. Es handelt sich also beispielsweise um das Heizöl oder den Strom, den man aus Tank oder Steckdose entnimmt.

Die vierte Kategorie ist die sogenannte Nutzenergie. Dies sind die Energieformen, die dem Verbraucher tatsächlich zur Verfügung stehen und die er für die gewünschte Energiedienstleistung benötigt, also beispielsweise warmes Wasser oder mechanische Energie.[1]

Was ist der Unterschied zwischen primären und sekundären Energieformen?

Als primäre Energieformen bezeichnet man in der Natur vorhandene Energieträger. Diese Energieformen müssen vor der Nutzung durch den Menschen noch umgewandelt werden, damit sie besser transportiert, gelagert und weiterverarbeitet werden können. Diese zweite Art der Energieformen nennt man sekundäre Energie.

Energie ist in der Natur in bestimmten Quellen gespeichert, man spricht auch von Energieträgern. Während sich einige primäre Energieformen unmittelbar nutzen lassen, müssen die meisten Energieformen zunächst in andere Formen umgewandelt werden. Beispielsweise werden aus Stein- und Braunkohle Koks, Briketts und Gas hergestellt. Aus Erdöl entstehen Benzin, Diesel und Heizöl, aus Erdöl, Erdgas, Kohle und Uranerz stellt man thermische Energie (Fernwärme) und Strom her.

Die wohl wichtigste Form sekundärer Energie ist elektrische Energie. Diese kann aus verschiedenen primären Energieformen gewonnen werden und lässt sich problemlos und schnell über große Distanzen transportieren und verteilen. Zudem kann man sie leicht in verschiedene Formen von Nutzenergie umsetzen und in Geräten, Maschinen und Anlagen nutzen. Der einzige Nachteil elektrischer Energie ist, dass sie sich nur in kleinen Mengen speichern lässt.[2]

Übrigens: Nicht immer lässt sich exakt einordnen, ob es sich um einen Primär- oder Sekundärenergieträger handelt. So erfolgt beim Erdgas keine Umwandlung von Primär- und Endenergie, sondern es wird direkt verfeuert. Auch Wärmeenergie kann mehrere Energieformen annehmen: Als Geothermie ist sie Primärenergie, als Fernwärme Sekundär- und als Heizwärme Nutzenergie. Zum Teil kommt Geothermie sogar ohne jede Umwandlung als Heizwärme zum Einsatz – beispielsweise in Island.[3]

Wie berechnet man die Energieformen?

Nach dem SI-System (Internationales Einheitensystem) ist Joule die Maßeinheit für alle Energieformen. Dabei ist ein Joule gleichzusetzen mit einer Wattsekunde (Ws) oder einem Newtonmeter (Nm).

Je nach Energieformen gibt es weitere Energie-Einheiten, die jeweils einer bestimmten Anzahl Kilojoule entsprechen. Dazu zählen Kilowattstunden (1 kWh – 3.600 kJ), Kilokalorien (1 kcal – 4,1868 kJ), Kubikmeter (1 m³ Gas – 31.736 kJ), Steinkohleeinheiten (1 kg SKE – 29.308 kJ) und Rohöleinheiten (1 kg RÖE – 41.868 kJ). In der Energiewirtschaft wird die Kilowattstunde sogar häufiger verwendet als das Joule.[3]

Welche Energieform ist die Zukunft?

Besonders vielversprechend für private und industrielle Anwendungen sind erneuerbare Energieformen wie Wasserstoff und Methanol. Die Vorteile der beiden primären Energieformen sind, dass sie besonders umweltverträglich sind und sich in großen Mengen speichern und transportieren lassen. Um sie nutzbar zu machen, kommt die Brennstoffzellen-Technologie in Form der Wasserstoff-Brennstoffzelle oder der Direktmethanol-Brennstoffzelle Direktmethanol-Brennstoffzelle zum Einsatz. Nach der Herstellung und der Umwandlung können die Energieformen Wasserstoff und Methanol also genau dort eingesetzt werden, wo man sie als Nutzenergie braucht – egal, ob in Haushaltsgeräten, in Fahrzeugen oder in industriellen Maschinen und Anlagen.

Gasförmiger Was­ser­stoff kann in al­len Ver­brauchsbereichen genutzt werden und bie­tet zahlreiche Po­ten­zi­a­le. Er wird nicht nur aus Wind- und Sonnenstrom gewonnen, sondern ist auch über längere Zeiträume hinweg speicherbar. Im Vergleich zu anderen regenerativen Energieformen hält das Gas damit eine Lösung für ein Kernproblem der Energiewende bereit. Er kann als E-Fuel für Brennstoffzellen genutzt werden und ist damit ein klimaneutraler Antrieb für Autos, Schiffe und Flugzeuge. Zudem dient er als Heizenergie in klimaneutralen Gebäuden, für die die Installation einer Wärmepumpe nicht in Frage kommt. Vorteilhaft ist auch, dass durch den Ein­satz von Was­ser­stoff nur Wasserdampf und kei­ne di­rek­ten CO2-Emis­si­o­nen freigesetzt werden.[4]

Welche Vorteile hat die Wasserkraft gegenüber anderen Energieformen?

Die Energieform Wasserkraft erzeugt Strom aus fließendem Wasser. Wasser lässt sich hervorragend als erneuerbare Energiequelle nutzen und hat gegenüber anderen Energieformen gleich mehrere Vorteile. Hier wird ausschließlich die Kraft des Wassers genutzt, um Strom zu erzeugen – es handelt sich also um eine Energiequelle, die immer wieder für die Stromerzeugung zur Verfügung steht. Dabei wird die wertvolle Ressource nicht verschmutzt oder reduziert.

Auch ist die Nutzbarkeit meist unabhängig vom Wetter, was einen großen Vorteil im Vergleich zu Sonnen- und Windenergie darstellt. Wasser fließt jederzeit und bei jedem Wetter, wodurch eine konstante, zuverlässige Stromversorgung gesichert ist. Kurzfristige Schwankungen im Strombedarf lassen sich daher gut abdecken.

Im Unterschied zu Kraftwerken, die Strom aus fossilen Energieformen gewinnen, erzeugen Wasserkraftwerke Strom ohne direkte CO₂-Emissionen. Zudem ist Wasserkraft dank eines hohen Wirkungsgrades sehr effizient. Während Kohlekraftwerke einen Wirkungsgrad von etwa 30 bis 45 Prozent erreichen und dieser bei Photovoltaik-Anlagen bei etwa 15 bis 25 Prozent liegt, sind es bei Wasserkraft 85 bis 90 Prozent. Damit ist Wasserkraft die effizienteste Art der Energiegewinnung.[5]

Was gibt es sonst noch über Energieformen und SFC Energy zu wissen?

SFC Energy stellt verschiedene Produkte auf Basis von Brennstoffzellen her und trägt damit zur Versorgung zahlreicher Anwendungen mit sauberer sekundärer Energie bei. Bei SFC helfen moderne Brennstoffzellen-Lösungen dabei, die Klimaschutzziele der EU und der Bundesregierung zu erreichen.

Fazit

Unter den primären Energieformen gibt es sowohl nicht-erneuerbare als auch erneuerbare, alternative Energieformen. Nach der Aufbereitung oder Umwandlung primärer Energieformen – beispielsweise von Rohöl in Benzin, Heizöl oder Schweröl – spricht man von einem sekundären Energieträger. Als besonders zukunftsträchtige unter den erneuerbaren Energieformen gilt Wasserkraft. Zum einen werden bei ihrer Gewinnung keine direkten CO2-Emissionen freigesetzt, zum anderen hat Wasserkraft im Vergleich zu vielen anderen Energieformen einen sehr hohen Wirkungsgrad.