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Energieträger

Definition: ein Stoff oder anderes Medium, mit dem Energie gespeichert und übertragen werden kann

Englisch: energy carrier

Kategorien: Grundbegriffe, physikalische Grundlagen

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 06.03.2010; letzte Änderung: 03.11.2018

Energie kann in Form von Energieträgern bereitgestellt werden. Hierbei handelt es sich meist um Stoffe (Materialien), die den Verbrauchern geliefert werden, damit sie damit Energie verschiedener Formen freisetzen können. Hierbei unterscheidet man

Chemische Energieträger

Alle fossilen Energieträger sind Träger chemischer Energie:

  • Kohle kommt vor in der Form von Braunkohle, Steinkohle und Anthrazit. Kohle entstand vor langer Zeit, als unverweste Pflanzenreste von schweren Erdschichten bedeckt und unter hohem Druck entwässert wurden. Größtenteils blieb vom ursprünglichen Pflanzenmaterial nur noch der Kohlenstoff übrig (Karbonisierung). Durch chemische Umsetzungen lassen sich aus Kohle auch flüssige Energieträger herstellen, um etwa Erdöl zu ersetzen.
  • Erdöl ist ein Gemisch von flüssigen Kohlenwasserstoffen. Es entstand nach vorherrschender wissenschaftlicher Meinung aus abgestorbenen Meeresorganismen, die unter weitgehender Abwesenheit von Sauerstoff begraben unter Sedimentgesteinen hohen Drucken und Temperaturen ausgesetzt wurden. Nur wo geeignete undurchlässige Gesteinsschichten das Entweichen des Öls verhinderten, entstanden Erdöllagerstätten, die für lange Zeit stabil blieben. Aus Erdöl werden diverse Sekundärenergieträger hergestellt: Benzin, Dieselkraftstoff, Kerosin, Heizöl und Schweröl.
  • Erdgas besteht hauptsächlich aus dem brennbaren und ungiftigen Methan (CH4) Es entstand nach vorherrschender Meinung ähnlich wie Erdöl, häufig mit diesem zusammen.

Ähnliche Energieträger lassen sich auch künstlich herstellen:

  • Gemische flüssiger Kohlenwasserstoffe, ähnlich dem Erdöl, können mit verschiedenen Verfahren aus Kohle oder aus Biomasse hergestellt werden (→ Kohleverflüssigung, Biokraftstoffe).
  • Stadtgas (Leuchtgas) ist ein brennbares Gas, welches früher in vielen Städten durch Kohlevergasung hergestellt wurde. Anders als Erdgas enthält es große Mengen von giftigem Kohlenmonoxid, weswegen bei Undichtigkeiten des Leitungsnetzes eine hohe Gefahr tödlicher Vergiftungen entsteht. Der Heizwert von Stadtgas ist nur etwa halb so groß wie der von Erdgas. Seitdem Erdgas große Verbreitung fand, wird Stadtgas kaum mehr hergestellt.
  • EE-Gas wird mit Hilfe elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen gewonnen.

Bei Verfahren wie der Kohlevergasung und -verflüssigung geht jeweils ein nicht unerheblicher Teil der Energie des primären Rohstoffs verloren.

Da alle fossilen Energieträger Kohlenstoff enthalten, wird bei ihrer Verbrennung Kohlendioxid frei, welches gewöhnlich in die Atmosphäre entlassen wird und dort zur menschengemachten Klimaerwärmung beiträgt. Bezogen auf die Energiemenge entsteht bei Braunkohle die höchste Menge von Kohlendioxid, gefolgt von Steinkohle, Anthrazit, Erdöl und Erdgas.

In Zukunft könnte Wasserstoff als CO2-freier Energieträger eine Rolle spielen, in ferner Zukunft womöglich eine große Rolle im Rahmen einer umfassenden Wasserstoffwirtschaft. Auch die Speicherung von Methan (nach der Methanisierung von Wasserstoff) könnte eine Rolle spielen, vor allem für die chemische Energiespeicherung.

Nukleare Energieträger

Nukleare Energie (Kernenergie) ist in verschiedenen Formen verfügbar:

  • Eine Reihe von Substanzen (Kernbrennstoffe) enthält Atomkerne, bei welchen durch Beschuss mit Neutronen eine Kernspaltung ausgelöst werden kann. Hierbei entstehen zwei Fragmente und häufig noch zusätzliche hochenergetische Teilchen wie Neutronen, und eine vergleichsweise sehr hohe Energiemenge wird letztlich in Form von Wärme frei. In der Natur kommt das spaltbare Uran 235 (235U) vor als Anteil von 0,7 % des Natururans. Weitere spaltbare Materialien können aus anderen Substanzen durch Neutronenbeschuss “erbrütet” werden (am effektivsten in Brutreaktoren), beispielsweise Plutonium 239 (239Pu) aus Uran 238 (238U) und Uran 233 (233U) aus Thorium 232 (233Th) (jeweils mit Zwischenschritten). Die heutigen Kernreaktoren nutzen weitgehend Uran 235, teilweise auch Plutonium 239, wobei in einer Kettenreaktion die freiwerdenden Neutronen für die Spaltung weiterer Atome verwendet werden.
  • Noch größere Energiemengen werden umgesetzt bei der Kernfusion (Verschmelzung leichter Atomkerne), beispielsweise bei der Bildung von Helium 4 (4He) aus Deuterium (2H) und Tritium (3H). Solche Prozesse könnten unter Umständen in zukünftigen Fusionsreaktoren genutzt werden, welche allerdings bis heute trotz jahrzehntelanger Forschung technisch nicht realisierbar sind.
  • Einfache radioaktive Zerfälle können für die Erzeugung von Wärme genutzt werden. Technisch werden darauf basierende Radionuklidbatterien gelegentlich für lange dauernde Weltraummissionen benutzt, insbesondere wenn die Photovoltaik aufgrund zu großer Ferne von der Sonne oder auch wegen der Größe der benötigten Solarzellen bei militärischen Satelliten auf tiefen Umlaufbahnen ausscheidet.

Die Energiedichte nuklearer Energieträger ist sehr viel höher als die von chemischen Energieträgern. Entsprechend geringere Mengen müssen pro Energieeinheit umgesetzt werden. Allerdings ist der Aufwand für die Gewinnung nuklearer Energieträger sehr hoch, und alle heute verwendeten nuklearen Energieträger führen zur Bildung von hochgefährlichen radioaktiven Abfällen, der teils aus extrem langlebigen radioaktiven Substanzen besteht.

Elektrizität

Elektrizität (→ elektrische Energie) stellt den wohl am flexibelsten einsetzbaren Energieträger dar. Elektrische Energie lässt sich leicht und effizient mit Leitungen übertragen, auch über große Entfernungen (Tausende von Kilometern). Sie lässt sich in viele andere Energieformen umwandeln, beispielsweise in mechanische Energie und (weniger effizient) in Licht.

Gewinnen lässt sie sich insbesondere aus mechanischer Energie (in elektrischen Generatoren, angetrieben z. B. über Wasser-, Gas- oder Dampfturbinen) und durch Photovoltaik aus Licht.

Elektrische Energie lässt sich in Kondensatoren speichern, aber nur in geringen Mengen. Etwas größere Mengen lassen sich in aufladbaren Batterien (Akkumulatoren) speichern, dort jedoch in chemischer Form.

Andere Energieträger

Druckluft und bestimmte Öle werden als Energieträger für pneumatische bzw. hydraulische Antriebe verwendet. In großen unterirdischen Kavernen gespeicherte Druckluft kann als Kurzzeit-Energiespeicher für Druckluftspeicherkraftwerke dienen.

Wasserdampf kann ebenfalls dem Transport von Wärme und auch von Exergie dienen. Beispielsweise können Industriebetriebe Dampf als Zusatzprodukt aus einem Kraftwerk beziehen.

Licht ist der Energieträger, auf dem die Photovoltaik basiert. Auch technisch (etwa mit Lasern) erzeugtes Licht kann zur Energieübertragung dienen (→ power over fiber), z. B. zur Energieversorgung faseroptischer Sensoren.

Siehe auch: Energie, fossile Energieträger, chemische Energie, Primärenergie, Sekundärenergie, Energiedichte, Substitution
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, physikalische Grundlagen

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