Wird dabei Erdgas als Energieträger eingesetzt, lassen sich Wirkungsgrade von bis zu 90 Prozent erzielen und zusätzlich die Schadstoffemissionen der Abgase erheblich reduzieren., Brennstoffzelle, Anlage zur Erzeugung von Strom und Wärme durch Vereinigung von wasserstoffhaltigem Gas und Sauerstoff. Über einen Katalysator und bei Betriebstemperaturen von 800 bis 1000°C ionisiert der Luftsauerstoff, gibt Elektronen an die Anode ab und reagiert chemisch mit dem Wasserstoffgas. Zwischen Anode und Kathode fließt Gleichstrom. Der Prozess setzt so gut wie keine Schadstoffe frei, nur Wasser und wenige Stickoxide. Noch arbeiten Brennstoffzellen nicht wirtschaftlich. Um die Technik weiter zu entwickeln, testen einige Energieversorger Erdgas-Brennstoffzellen., Elektrizität, Elektrizität ist bedeutungsgleich mit Strom, der Schlüsselenergie für Haushalt, Industrie, Landwirtschaft und Gewerbe., Elektrosmog, Elektrische Leiter, die unter Spannung stehen, bewirken in ihrer Umgebung elektrische Felder. Fließt dabei Strom durch die Leiter, entsteht zusätzlich ein Magnetfeld. Elektromagnetische Felder treten in hochfrequenter Form (TV, Radio, Funkgeräte) und in niederfrequenter Form (Stromleitungen, diverse Maschinen und Geräte) auf. Gesundheitliche Schäden durch diesen "Elektrosmog" konnten bisher ebenso wenig nachgewiesen wie ausgeschlossen werden., Emissionen, Abgabe von Luftschadstoffen, Radioaktivität und Staub sowie Erzeugung von Lärm und Erschütterungen durch Gewerbe, Industrie, Landwirtschaft, Wohnungsheizung und Verkehr. Aufgabe des staatlichen Umweltschutzes ist es, die Emissionen durch Gesetze und Verordnungen so konsequent wie möglich zu begrenzen., Energie, Energie ist in einem Körper oder System gespeicherte Arbeit oder das Vermögen, Arbeit zu verrichten oder Wärme abzugeben., Energieformen, Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet, sondern nur von einer Energieform in eine andere gebracht werden (Energieerhaltungssatz)., Energiekosten, In den Energiekosten summieren sich alle Kosten, die bei der Erzeugung und Verteilung von Energie entstehen - etwa Investitionen in Anlagen, Betriebsmittel, Instandhaltungs- und Personalkosten., Energiesparen, Da die Vorräte an fossilen Brennstoffen begrenzt sind und der Treibhauseffekt das Weltklima gefährdet, ist die Menschheit angehalten, Energie zu sparen. Einsparpotential bietet die Wohnungsheizung: Eine optimale Dämmung der Hauswände sowie die Umrüstung auf moderne Erdgas-Heiztechnik zahlt sich für die Umwelt und in barer Münze aus - schließlich machen sich die notwendigen Investitionen schon nach relativ kurzer Zeit über die eingesparten Brennstoffkosten bezahlt., Erdgas, Fossiler Brennstoff, gasförmig. Förderung aus unterirdischen Lagern (off- und inshore, d.h. im Meer und an Land). Transport zum Verbraucher durch Pipelines. Wichtiger Brennstoff für die Wohnungsheizung. Zunehmender Marktanteil. Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht weniger Kohlendioxid als bei Erdöl und Kohle, weil Erdgas bei gleichem Energieinhalt weniger Kohlenstoff und mehr Wasserstoff enthält., Erdwärme, Im Erdkern ist es über 6000 Grad Celsius heiß. Erdwärme steigt durch die Erdkruste zur Oberfläche auf, wo sie noch 10 Grad Celsius heiß ist. Je 1000 Meter Tiefe nimmt sie um 30 Grad Celsius zu, und an solchen Stellen, wo die Erdkruste relativ dünn ist, gibt es schon in einer Tiefe zwischen 500 und 2000 Meter Warmwasser mit einer Temperatur von 60 Grad Celsius und mehr. Dieses Tiefenwasser wird in 50 Ländern der Welt angebohrt; in Paris werden 100.000 Wohnungen direkt über solche Wärmepumpen beheizt., Erneuerbare Energien, Erdwärme, Sonne, Wasser und Wind. Sie stehen zur Stromgewinnung nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Etwa 3,5 % des Stroms werden mit Hilfe von Wasserkraftwerken erzeugt. Auch Sonnenkraft und Windenergie werden inzwischen mit Hilfe von Subventionen wirtschaftlich genutzt., Fernwärme, Wohnungs- und Gebäudeheizung für ganze Siedlungen oder Stadtteile. Wärmeerzeugung durch ein zentrales Heizwerk, Verteilung über Warmwasser- oder Dampfrohrsysteme., Gewässerschutz, Ein staatliches System von Verordnungen und Gesetzen zur Reinhaltung stehender und fließender Gewässer sowie des Trinkwassers. Die Aufstellung von Grenzwerten maximaler Stoffkonzentrationen in Gewässern verpflichtet Benutzer, Anwohner und Landwirtschaft, Maßnahmen zur Reinhaltung der Gewässer zu ergreifen. Viele regionale Wasserversorgungsunternehmen kooperieren mit der Landwirtschaft, um die Überdüngung des Bodens einzuschränken., Gezeitenkraftwerk, Wasserkraftwerke, die Gezeitenströme nutzen. Die Gezeitenenergie gilt als erneuerbare Energie. Weltweit sind nur etwa 100 günstige Bauplätze (Gezeitenhübe über 5 Meter, keine in Deutschland) bekannt. Je nach Standort sind Einflüsse auf Tier- und Pflanzenwelt möglich, ebenso Verlandung. Daher nur bedingt umweltverträglich., Heizkraftwerke, Ein meist mit Kohle, aber auch mit Erdöl oder Müll betriebener Kraftwerkstyp zur gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Strom. Wasserdampf treibt eine Turbine an und wird gleichzeitig einem Kondensator zugeführt, der die Abwärme einem Fernheizungskreislauf überträgt. Verglichen mit getrennter Erzeugung von Strom und Wärme verbrauchen Heizkraftwerke deutlich weniger Brennstoff für die gleiche Wärme- und Strommenge. Das bedeutet: Energieeinsparung sowie geringerer Schadstoffausstoß., Heizung, In Deutschland dominieren Zentralheizungen mit Erdgas, Heizöl und Braunkohle als Brennstoffen, dahinter folgen Fern-, Elektro- und Solarheizungen. Die Heizsysteme unterscheiden sich nach Brennstoff, Energiebedarf, Wirkungsgrad und Umweltverträglichkeit. Hinsichtlich Wirtschaftlichkeit liegen - aufgrund niedriger Energiepreise - Erdgas und Erdöl vorn; bezüglich Umweltschonung sind Solar- und Fernheizungen am günstigsten. Wichtige Maßnahmen zum Energiesparen:, ? Stoßlüftung (mehrmals täglich, aber nur kurz lüften), ? Temperatur senken (1 Grad weniger spart 6% Energie), ? Thermostatventile verhindern Überheizung, ? Elektronische Steuerungen und Regelungen einbauen, ? Übergangszeit: Direktheizung nur im Aufenthaltsraum, ? Energiesparende Bautechnik (Wärmedämmung), Hilfsenergie, Meist elektrische Energie für unentbehrliche Hilfsantriebe von Energie-Anlagen. So benötigt z.B. eine Wärmepumpe neben dem Hauptteil, dem Kompressor mit seinem Antriebsmotor, zusätzlich eine Pumpe, die den Wärmeträger (z.B. Grundwasser) zum Verdampfer fördert. Photovoltaikanlagen mit Batteriespeicher haben einen Laderegler, der bis zu 15% des Eigenstroms verbraucht. Die Hilfsenergie macht oft einen nennenswerten Anteil des Energiebedarfs der Anlage aus., Holz, Der Energie-Rohstoff Holz ist die am häufigsten vorkommende Biomasse. Jedoch hat Holz nur ein Fünftel des Energiegehalts von Heizöl, zudem sind seine Schadstoffemissionen größer als die von Kohle, Erdgas oder Erdöl. Andererseits wächst Holz nach und bindet das bei der Verbrennung freigewordene Kohlendioxid wieder., Immissionen, Einfall von Lärm und Schadstoffen in eine bestimmte Umhebung. Im Gegensatz zu Emissionen - dies bedeutet den Ausstoß von Lärm und Schadstoffen an der Quelle - beschreibt dieser Begriff die Wirksamkeit der Schadstoffe z.B. als Luft- und Wasserverschmutzung in der Umgebung. Immissionswerte werden meist in Gramm je m³ (bzw. Lärm in Dezibel) angegeben. In Deutschland begrenzt das Bundes-Immissionsschutzgesetz schädliche Emissionen., Internalisierung, Einberechnung von Umweltbelastungen in Produkt- und Energiepreise, dadurch verschiebt sich die Wirtschaftlichkeit zugunsten umweltverträglicher Produkte. Z.B.kommen Autohalter nicht für den Ausstoß von Lärm und Schadstoffen auf; die Kosten trägt die Allgemeinheit (Krankenkasse, Klimaveränderungen)., Katalysatoren, Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen bzw. ermöglichen, angewendet beispielsweise zur Abgasreinigung in Autos und zur Rauchgasentstickung in Kraftwerken, wo sie zu drastischen Emissionsreduzierungen führen. Es finden vor allem Metalle (z.B. Platin) und Metalloxide (Molybdänoxid) Verwendung. Problematisch beim Auto ist die Temperaturabhängigkeit des (Drei-Wege-)Katalysators, so dass nach Kaltstart und bei hoher Leistung die Funktionstüchtigkeit eingeschränkt ist. Nach mehreren 10.000 km Fahrstrecke ist die Wirkung meist halbiert., Kernfusion, Energieerzeugung durch das Verschmelzen von Schwerem Wasserstoff zu Helium. Aus einem Gramm Fusionsstoff ließe sich soviel Energie wie aus sechs Tonnen Steinkohle gewinnen. Allerdings gibt es noch technische Probleme, eine kontrollierte Fusionsreaktion aufrechtzuerhalten., Kernkraftwerk (KKW), Wärmekraftwerk, das überwiegend der Stromversorgung dient. Bei einem Kernkraftwerk wird die bei der Kernspaltung in einem Reaktor freigesetzte Kernbindungsenergie in Wärme und über einen Wasser-Dampf-Kreislauf mittels Turbine und Generator in elektrische Energie umgewandelt. In Deutschland sind 19 Kernkraftwerke mit einer elektrischen Bruttoleistung von 22 264 MW in Betrieb (Stand: Januar 1999).Im Jahr 1998 erzeugten sie 161,7 Mrd. kWh elektrischen Strom, das entspricht einem Anteil von 34 % an der Stromversorgung in Deutschland. In der Bundesrepublik Deutschland gibt es die folgenden Kernkraftwerke: GKN-1 Neckar, GKN-2 Neckar, KBR Brokdorf, KKB Brunsbüttel, KKE Emsland, KKG Grafenrheinfeld, KKI-1 Isar, KKI-2 Isar, KKK Krümmel, KKP-1 Philippsburg, KKP-2 Philippsburg, KKS Stade, KKU Unterweser, KRB B Gundremmingen, KRB C Gundremmingen, KWB A Biblis, KWB B Biblis, KWG Grohnde, KWO Obrigheim., Kernspaltung, Wenn ein spaltbarer Atomkern von einem Neutron getroffen wird, spaltet er sich in zwei Teile. Dabei entstehen zwei bis drei Neutronen, die weitere Kernspaltungen auslösen können. Gegebenenfalls kann eine Kettenreaktion entstehen. Die derart freigesetzte Wärme wird in Kernkraftwerken nutzbar gemacht., Klima, Unter Klima versteht man den weitgehend stabilen Zustand der Atmosphäre in Abhängigkeit von Sonneneinstrahlung, Treibhauseffekt, geographischer Breite und Topografie (Ebene, Gebirge, Land, Meer). Klimaforscher weisen nach, dass die beobachtete Erwärmung im Laufe dieses Jahrhunderts anthropogen, also vom Menschen verursacht ist. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe werden Kohlendioxid, Methan, Lachgas und FCKW freigesetzt, was über den Treibhauseffekt zu einem globalen Temperaturanstieg führt. Dies könnte gravierende Klimaverschiebungen mit unabsehbaren sozialen und wirtschaftlichen Konsequenzen zur Folge haben., Kohle, Kohle ist ein fester fossiler Brennstoff. Er bildete die Grundlage der Industrialisierung und ist auch heute noch ein wichtiger Energieträger für die Strom- und Wärmeerzeugung. Aufgrund des hohen Kohlenstoffanteils von bis zu 75 Prozent bringt die Verbrennung von Kohle eine vergleichsweise hohe Umweltbelastung mit sich, die im Kraftwerk durch aufwendige Maßnahmen reduziert werden kann. Entstanden ist Kohle im Laufe von Jahrtausenden unter Luftabschluss und hohem Druck aus urweltlicher Biomasse - vor allem Pflanzen., Kohlekraftwerke, Mit Braun- oder Steinkohle befeuerte Dampfkraftwerke. In der Bundesrepublik Deutschland erzeugen sie etwa die Hälfte des Stroms. Zwar wurde ihre Umweltverträglichkeit in den vergangenen Jahren erheblich verbessert, jedoch ist die Abgabe von rund 300 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre problematisch., Kohlendioxid, Kohlendioxid entsteht bei der Verbrennung von Kohle, Erdgas, Erdöl. Als Treibhausgas beeinträchtigt es den natürlichen Kohlendioxid-Kreislauf und trägt zu einer Klimaverschiebung bei. Der jährliche Ausstoß liegt weltweit bei 22 Milliarden Tonnen., Kraft-Wärme-Kopplung, Nutzung der Abwärme von Stromerzeugungsanlagen für Heizzwecke. Man kennt zwei Möglichkeiten:, 1) Blockheizkraftwerke nutzen die Abwärme von Benzin-, Diesel- oder Gasmotoren; dadurch sind Wirkungsgrade bis zu 85 Prozent möglich., 2) In Heizkraftwerken wird durch Entnahme von Dampf aus der Turbine die Stromerzeugung leicht reduziert, dafür aber wesentlich mehr Heizenergie gewonnen. So lässt sich der Wirkungsgrad von 40 Prozent bei der reinen Stromgewinnung auf bis zu 90 Prozent Gesamtwirkungsgrad steigern., Kraft-Wärme-Kopplung führt zu besserer Umweltverträglichkeit und hilft Energie einzusparen., Kraftwerk, Große Anlage zur Stromerzeugung. Die Kraftwerke unterscheiden sich nach Brennstoff oder Ausgangsenergie. Es gibt Gas-, Öl- und Kohlekraftwerke sowie Wasserkraftwerke, Solarkraftwerke und Kernkraftwerke., Nachfragesteuerung, Strom kann nur in geringem Maß - beispielsweise durch Batterien - gespeichert werden, weshalb er stets im Moment seines Verbrauchs erzeugt werden muss. Somit bestimmen die Verbraucher, welche Leistung aktuell benötigt wird. Da der Verbrauch tages- und jahreszeitlich stark schwankt, sind die Stromversorger bemüht "Lastspitzen" abzubauen - hohen Verbrauch also, der große Kraftwerkskapazitäten erfordert. Dies geschieht durch die Steuerung der Nachfrage, beispielsweise durch die Förderung des Nachtstromverbrauchs. Idealfall ist eine möglichst "glatte" Verbrauchskurve., Luftreinhaltung, Aufgabe des Staates zur Erhaltung der Luft als Lebenselement. Es besteht ein System von Verordnungen und Gesetzen, das die Abgabe von Luftschadstoffen, Staub und Radioaktivität begrenzt. Die Kamine von Großfeuerungsanlagen müssen mit Filtern und Rauchgasentschweflern ausgestattet sein und es werden nur Neufahrzeuge mit Katalysatoren zugelassen. Die Heizanlagen von Häusern und Wohnungen werden regelmäßig auf ihre Schadstoffemission hin überprüft. Alle Maßnahmen zusammen konnten in den letzten Jahren die Emissionen reduzieren - in den Ballungszentren bleibt die Luftverschmutzung jedoch ein Problem., Müllverbrennung, Mangels Deponieraum vernichten immer mehr Städte und Regionen den eingesammelten Müll in zentralen Verbrennungsanlagen. Die anfallende Wärme kann man für die Fernheizung nutzen. Große Probleme bei allen Verbrennungstechniken bereitet die Freisetzung von Schadstoffen. Um Dioxine zurückzuhalten, werden aufwändige Filter in den Abgaskaminen installiert., Nahwärme, Unter Nahwärmeversorgung versteht man - im Gegensatz zur Fernwärmeversorgung - die Verteilung von Wärme im direkten Umfeld des Ortes der Energieerzeugung, z.B. in kleinen Siedlungen oder Mehrfamilienhäusern. Dabei werden häufig Blockheizkraftwerke eingesetzt, die gleichzeitig Wärme und Strom liefern (Kraft-Wärme-Kopplung)., Netzeinspeisung, Energieversorger müssen überschüssige Energie aus Wasserkraftwerken, Solar- oder Windkraftanlagen in ihr Netz einspeisen. Die Vergütung darf einen bestimmten Prozentsatz des durchschnittlichen Strompreises nicht unterschreiten., Niedrigenergiehaus, Durch sorgfältige Planung und moderne Technik ist in Niedrigenergiehäusern der Wärmebedarf stark reduziert. Deshalb haben solche Häuser einen jährlichen Heizwärmebedarf von nur 30 bis 70 Kilowattstunden pro Quadratmeter Wohnfläche. Sie sind in Skandinavien bereits weit verbreitet. Auch in Deutschland entstehen immer mehr Häuser nach diesem Standard., Nukleare Entsorgung, Besonders problematisch ist die Entsorgung hoch radioaktiver (wärmeerzeugender) Abfälle aus den KKW. Allein in Deutschland fallen etwa 500 Tonnen pro Jahr an. Das deutsche Entsorgungskonzept sieht vor, dass die abgebrannten Brennelemente mindestens ein Jahr in den KKW zwischengelagert werden, bis ihre Wärme deutlich abgeklungen ist. Dann kommen sie entweder zum Recycling in eine Wiederaufarbeitungsanlage (in La Hague, Frankreich, oder Sellafield, Großbritannien) oder sie werden zwischengelagert (Ahaus und Gorleben für je 1500 Tonnen). Die Endlagerung ist noch ungeklärt. Das Material strahlt mehrere tausend Jahre lang und stellt eine Gefahrenquelle für alle Lebewesen dar. Die Entsorgungskosten sind mit etwa 1,5 Pfennig pro kWh im Strompreis enthalten. Die Kosten für die Stilllegung eines KKW belaufen sich auf etwa 500 Millionen DM., Ozon, Das Thema Ozon ist für unsere Umwelt von doppeltem Belang: erstens wegen seines Abbaus in der Stratosphäre und zweitens wegen der Konzentration in Bodennähe. In der Stratosphäre, zwischen 12 und 50 Kilometer Höhe, bildet sich von Natur aus laufend Ozon, das chemisch ein Sauerstoffmolekül mit drei Atomen (O3) darstellt. Die starke einfallende Sonnenstrahlung wird von dieser Schicht absorbiert und so von der Erdkruste ferngehalten. Seit den 70er Jahren wird eine Abnahme dieser Ozonschicht registriert - verursacht vor allem durch den Einsatz des "Treibhausgases" FCKW. An diesen Stellen wird die UV-Strahlung nicht mehr ausreichend absorbiert. Diese vermehrte Strahlung kann bei Menschen zu Hautkrebs führen und stört zudem das Pflanzenwachstum., Ein anderes Phänomen ist die erhöhte Ozonbildung in Bodennähe. Sie kommt zustande, wenn hohe Konzentrationen an Stickoxiden und Kohlewasserstoffen mit starken Sonneneinstrahlungen zusammentreffen. Da Ozon ein Atemgift ist, kann es Atemwegserkrankungen verursachen. Ozon kommt auch als Ursache für Waldschäden in Betracht., Photovoltaik, Eine Solarzelle, die aus Licht Strom erzeugt, arbeitet nach dem photovoltaischen Prinzip: Auf die Grenzschicht zwischen zwei Halbleitern von unterschiedlichen Stromleitungs-Mechanismen fällt Sonnenlicht. Dadurch bildet sich zwischen den Halbleitern elektrische Spannung. Mit der Beleuchtungsstärke und der Flächengröße nimmt die Stromstärke zu. Die Technik ist umweltfreundlich, aber teuer und bisher nur in Nischen (Kleingeräte, netzferne Anwendungen) wirtschaftlich., Prozesswärme, Wärme für gewerbliche und industrielle Produktionsverfahren wie Schmelzen von Metallen, Raffinierung von Erdöl, Wäschereien. In allen Temperaturbereichen wird mit wachsendem Anteil Elektrizität eingesetzt, weil dies unter anderem Vorteile wie eine bessere Wärmedosierung und eine Reduktion des Primärenergiebedarfs mit sich bringt. Bei vielen Prozessen wird meist Abwärme zum Energiesparen zurückgewonnen., Pumpspeicherkraftwerk, Wasserkraftwerk, das Wasser in ein Staubecken pumpt, um im Bedarfsfall einen höheren Energiebedarf abdecken zu können: Steht ausreichend Strom zur Verfügung, wird Wasser in das Staubecken gepumpt; wird vermehrt Energie benötigt, wird das derart gespeicherte Energiepotenzial genutzt, indem Wasser abgelassen und eine stromerzeugende Turbine angetrieben wird., Radioaktivität, Es existieren ungefähr 60 natürliche Radionuklide (Nuklide einer Atomsorte zeichnen sich durch eine unterschiedliche Neutronenzahl aus). Überdies lassen sich 1500 Radionuklide in Kernreaktoren künstlich herstellen. Die Halbwertzeit gibt an, in welcher Zeit sich die Hälfte einer Anzahl Mutternuklide in die Tochternuklide umgewandelt hat. Die dabei freigesetzte Energie in Form von Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung kann, in Abhängigkeit von der Dosis und vom Organismus, gesundheitsschädlich sein. Zulässige Emissionen sind gesetzlich vorgeschrieben, zum Beispiel dürfen aus KKW gasförmige Radionuklide wie Jod-131,-133 und Cäsium-137 nur bis zu einer Gesamtaktivität von einigen tausend Milliarden Becquerel im Jahr (1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde), das sind einige Tausendstelgramm, abgegeben werden., Rauchgasreinigung, Die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehenden Gasgemische werden als Rauchgase bezeichnet. Dies sind meistens Schadstoffe wie Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickoxid, Kohlenwasserstoffe, Staub und Ruß. Mit Ausnahme von Kohlendioxid lassen sich durch Filterung, Absorption und Adsorption drastische Reduktionen erzielen. Die aufgefangenen Rückstände müssen nach Möglichkeit der Reststoffverwertung zugeführt werden., Reaktorsicherheit, Darunter versteht man alle Maßnahmen, die in Kernanlagen getroffen werden, um im Störfall die Freisetzung von Radioaktivität zu vermeiden bzw. um zumindest die Folgen minimal zu halten. So werden physikalische Effekte ausgenutzt, die eine zuverlässige Reaktorregelung, vor allem ein sicheres Abschalten des Reaktors auch in Störfällen, gewährleisten. Dabei ergänzen Maschinen und Personal einander. Wichtig ist außerdem eine zuverlässige Notkühlung, um der Überhitzung des abgeschalteten Reaktors durch Nachzerfallswärme entgegenzuwirken.