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Energiedichte

Der Begriff Energiedichte ist nicht einheitlich definiert. Die folgenden Arten seiner Verwendung sind üblich:

• Die volumetrische Energiedichte ist eine z. B. gespeicherte Energiemenge pro Volumen. Sie ist anzugeben z. B. in Joule pro Kubikmeter (J/m³) oder auch in Megajoule pro Liter (MJ/l). Dieser Wert kann z. B. für verschiedene Typen von aufladbaren Batterien (Akkumulatoren) angegeben werden und beschränkt bei einem Elektroauto die mitführbare Energiemenge für einen gegebenen maximalen Platzbedarf der Batterien. Entsprechend bezieht sich die volumetrische Energiedichte von Brennstoffen auf ihren Heizwert oder Brennwert pro Volumen. Flüssige und feste Brennstoffe erreichen hier weit höhere Werte als gasförmige Brennstoffe.
• Manchmal ist die Masse (ungenau auch als Gewicht bezeichnet) wichtiger als das Volumen. Man betrachtet dann die gravimetrische Energiedichte in J/kg. Hier erreichen auch gasförmige Brennstoffe sehr hohe Werte. Wenn allerdings die Energiedichte eines ganzen Speichers (z. B. einer Druckgasflasche und nicht nur des darin eingeschlossenen Erdgases) berücksichtigt wird, können wieder erheblich reduzierte Werte der Energiedichte resultieren.

Manchmal wird der Begriff Energiedichte auch sehr unscharf statt Leistungsdichte verwendet. Beispielsweise bedingt die geringe Leistungsdichte der Sonneneinstrahlung (in der Größenordnung von 1 kW/m²) den hohen Flächenbedarf von Anlagen zur Nutzung von Sonnenenergie. Bei aufladbaren Batterien bedeutet eine hohe Energiedichte nicht unbedingt eine hohe Leistungsdichte, und umgekehrt.

Wichtigkeit der Energiedichte

Bei Akkumulatoren für Elektroautos und andere Fahrzeuge (allgemeiner bei mobilen Energiespeichern) ist eine hohe gravimetrische Energiedichte sehr wünschenswert, da nur so eine gute Reichweite ohne allzu hohes Gewicht erzielt wird. Gleichzeitig senkt dies tendenziell den Energieaufwand für die Herstellung (graue Energie) und die dabei auftretende Umweltbelastung.

Generell steigt für Energieträger mit geringer Energiedichte der Transportaufwand für eine Menge, die einer bestimmten Energiemenge entspricht. Deswegen wird z. B. Steinkohle eher über weite Strecken transportiert als Braunkohle, und Bioabfälle für eine Biogasanlage müssen näher am Ursprungsort verwertet werden als Biodiesel. Der Transport von energetisch zu nutzender Biomasse könnte optimiert werden durch Verfahren, die dezentral Bio-Rohstoffe mit höherer Energiedichte (z. B. einen "Bio-Slurry", "Biosyncrude" beim bioliq-Konzept) erzeugen.

Kernbrennstoffe wie Uran haben eine weit höhere Energiedichte als z. B. alle fossilen Energieträger. Deswegen ist hier der Energieaufwand für ihren Transport zum Ort der Nutzung vernachlässigbar. Die mit ihnen erzielbare Leistungsdichte übertrifft diejenige von chemischen Energieträgern nochmals weitaus stärker. Beide Aspekte zusammen ermöglichen die unvergleichliche Wirkung von Kernwaffen (Atombomben).

Siehe auch: Energie, Leistung, Leistungsdichte