Energieumwandlung

Energie, die ein Körper besitzt, kann in andere Energieformen umgewandelt werden. So wird z. B. beim Verbrennen von Holz die im Holz gespeicherte chemische Energie in thermische Energie und Lichtenergie umgewandelt. Bei einem Wasserkraftwerk wird die potenzielle Energie des angestauten Wassers in elektrische Energie umgewandelt. Bei einem Elektroherd wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt. Bei Pflanzen wird die Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Allgemein gilt:

Bei physikalischen, technischen, chemischen oder biologischen Vorgängen kann Energie von einer Energieform in andere Energieformen umgewandelt werden.

Energieumwandlungen sind häufig auch mit Energieübertragung und Energieentwertung verbunden.

Elektrische Energie und andere Energieformen
Elektrische Energie hat für uns eine besondere Bedeutung.
Diese Energieform

• ist für den Betrieb vieler Geräte und Anlagen unerlässlich,
• lässt sich aus vielen anderen Energieformen gewinnen,
• lässt sich gut in andere Energieformen umwandeln,
• kann in großen Mengen über weite Strecken transportiert werden.

Bild 2 zeigt an Beispielen, aus welchen Energieformen elektrische Energie gewonnen und in welche Formen sie umgewandelt werden kann. Die im Bild genannten technischen Geräte, in denen Energieumwandlungen vor sich gehen, kann man auch als Energiewandler bezeichnen. Fast alle technischen Geräte und Anordnungen, die wir nutzen, sind solche Energiewandler.

Es gelingt dabei aber nicht vollständig, eine Energieform in eine gewünschte andere umzuwandeln. So haben z. B. Elektromotoren einen Wirkungsgrad bis zu 98 %, d. h. 98 % der elektrischen Energie werden in mechanische Energie umgewandelt. Der Rest von 2 % fällt in Form von Wärmeenergie (u. a. Reibung) an und kann nicht genutzt werden. Dieser Rest geht praktisch „verloren“. Selbst ein Schaltgetriebe in einem Pkw erreicht „nur“ einen Wirkungsgrad von etwa 99 %.

Verbrennungsmotoren haben aber wesentlich schlechtere Wirkungsgrade. So erreichen derzeit Dieselmotoren mit Direkteinspritzungen nur Wirkungsgrade von max. 45 % und Benzinmotoren mit Einspritztechnik sogar nur max. 37 %. Der Rest der Energie geht in Form nicht nutzbarer Wärmeenergie verloren. Ähnlich ist die Situation bei der Elekroenergie-Erzeugung. Der Wirkungsgrad eines Großkraftwerks auf Kohlebasis neuester Technologie beträgt 45 %, in älteren sind es 35 %. Die anfallende restliche Wärmeenergie kann oft nur schlecht genutzt werden, da potenzielle Verbraucher nicht in der Nähe sind.
Wesentlich günstiger ist hingegen die Situation bei einem kleinen Block-Heizkraftwerk im Keller eines Hauses. Bei diesem wird zwar nur ein geringer Output an Elekroenergie angestrebt, aber die Abwärme wird im Haus mit genutzt. Dadurch kann ein Wirkungsgrad von 90 bis 95 % erreicht werden.