Energie und Thermodynamik

Teil 1/2

Ich hatte es hier schon angedeutet ---> Brennstoffzellen, umweltfreundliche Energiequelle der Zukunft!? Jetzt mache ich es wahr und quäle euch mit Thermodynamik.

Was ist Energie, also jetzt technisch betrachtet (nicht der allmorgendliche Halbschlafkoma aus dem man sich irgendwie befreien muss um wach zu werden um sein Tageswerk zu verrichten )?

Es ist unterm Strich nichts anderes als irgendeine Art gespeicherte Arbeit in Form von Wärme, Strom, Licht oder Bewegung (vereinfacht ausgedrückt) die wir nach unserm Belieben gesteuert abrufen können. Mal ein Beispiel: Verbrennt ein Stück Holz, die bei der Verbrennung entstehende Energie nehmen wir als Wärme wahr. Legt eine Batterie an eine Lampe, erzeugen wir Licht. Legt eine Batterie (Öl, Gas…) an einen Motor, erzeugen wir Bewegung. So einfach ist das!

Damit könnte ich diesen Beitrag beenden, wenn da nicht so diverse physikalisch-chemische-Gesetze uns in die Suppe spucken würden. Oha, wat will er denn nu wieder!?
Ich will euch sensibilisieren für die heutige und zukünftige Energiepolitik heutiger und zukünftiger Regierungen die glauben und meinen das Allheilrezept in Händen zu haben. Wer Energie verbraucht, produziert zwangsläufig Abfall (ausser es ist reine Sonnenenergie).

Kommen wir zum Kern der Sache ansich, die sich da Thermodynamik schimpft. Thermodynamik ist ein Fach an Universitäten mit den Studenten in diversen Studiengängen seit Generationen gequält werden. Viele scheitern im Ansatz, einige begreifen jedoch irgendwann die wahren Zusammenhänge (zu denen mit Sicherheit nicht ein Horst Lüning auf Youtube gehört!!! Falls ihr mal über den Typen auf Youtube stolpern solltet) wie der Fluss von Energie zu verstehen ist.

Im wesentlichen geht es um die ersten beiden Hauptsätze der Thermodynamik. Ich halte jetzt hier keinen Vortrag, sondern versuche mit einfachen Worten euch die Wahrheiten von Energiefluss, Energieeffizienz und ihren Eigenschaften näher zu bringen. Lasst euch einfach drauf ein.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet, sondern nur von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden…auch „Energieerhaltungssatz“ genannt.


Hääääh was ist los? Leute, ich hab den wissenschaftlichen Jargon nicht erfunden, aber übersetze ihn mal. Nehmt ein Stück Holz und verbrennt es. Was passiert dabei. Es wird mollig warm inner Bude und als Abfall bleibt nen Häufchen Asche, das wir natürlich in die Biotonne werfen. Soweit so gut. Aber vorher war da doch ein schwerer Brocken Holz und nachher nen Häufchen Asche das fast nichts wiegt, wo ist der Rest geblieben? Naja, den habt ihr als Abgas komplett in die Luft gepustet und zwar im grossen und ganzen als das böse CO2 über das alle klagen. Also wurde ein Energieträger (das Stück Holz) umgewandelt und Wärme wurde frei, dabei wir gleichzeitig nen Haufen Dreck in die Luft gepustet. So isses und wird sich auch nicht ändern (ausser ihr wollt erfrieren im Winter). Und genau da sind wir beim ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Energie wurde nur umgewandelt von einer Form (Holz) in die andere Form (Dreck den keiner haben will), dabei wurde Wärme frei.

Oha…und nu? In diesem Fall kann ich euch beruhigen, denn die gespeicherte Energie (in Form von Wärme), die bei der Verbrennung frei wurde, hatte der Baum bereits im Wachstum durch die Sonne umgewandeltes CO2 und Wasser gespeichert. Also eine Nullnummer (auch zu neudeutsch CO2-Neutral genannt), also ist doch alles OK! Das wäre es auch, wenn da nicht der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wäre, der da lautet…

…weiter mit Teil 2…

Teil 2/2

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik:Energie kann nie vollständig von einer Form in eine andere Form überführt werden, es entstehen immer „Abfallprodukte“ in Form nicht nutzbarer Energie.

Für diese Formulierung werden mich wahrscheinlich alle Wissenschaftler teeren und federn. Ist aber für mich die einzige Möglichkeit euch die Zusammenhänge halbwegs verständlich zu machen.

Was heißt das für unser Stück Holz das wir im Kamin verbrannt haben? Sehr viel! Wir haben es verbrannt und uns wurde warm. Aber…einiges an Wärme haben wir durch den Schornstein gepusstet, warum? Naja, damit der Rauch überhaupt abziehen kann, braucht es Wärme. Ansonsten würden wir im Rauch ersticken, was wir ja gar nicht wollen. Der Rauch braucht eine gewisse Wärme um ab zu ziehen. Kann man dagegen etwas tun? Nein, ausser ihr wollt ersticken. Es wird noch schlimmer. Damit das Holz (das wir verbrennen) überhaupt entstehen konnte, musste der Baum CO2 und Wasser mit Hilfe von Sonnenenergie in Holz umwandeln. Dieser Prozess nennt sich Photosynthese und ist einer der ineffizientesten Vorgänge die man sich vorstellen kann. Moment mal…durch die Sonne wird umgewandeltes CO2 in Energie gespeichert? Ja, wird es! Unsere Sonne ist, bleibt, wird immer so sein, unsere einzige Energiequelle für alles auf Mutter Erde (auch das Wetter, Jahreszeiten, Öl, Benzin, Gas, Strom…sonst was)! Gibt es sie nicht mehr, gibt es uns nicht mehr!

Puuh, starker Tobak…wenn ihr mich fragt. Warum macht der Baum denn sowas? Naja, die Evolution hat entschieden, dass soviel Sonnenenergie da ist, dass er das auch darf. Klingt jetzt ziemlich einfältig, ist aber so. Von sämtlich einstrahlender Sonnenenergie auf die Erde werden mal gerade ein paar Prozent genutzt, der Rest verpulvert ins Nirvana.

Zurück zum 2. Hauptsatz. Wir haben gerade gelernt, wenn wir Energie verbrauchen, entsteht Abfall und zwangsweise ungenutzte Energie. Für den, der es noch nicht verstanden hat, denken wir mal als Verbrennungsmotor. JA, das Auto muss mal wieder als Vergleich herhalten. Wahrscheinlich habt ihr schon mal gehört, dass euer Automotor ein „Viertakter“ ist. Er hat vier Takte zu bewältigen, damit er läuft. Diese lauten…ansaugen, verdichten, verbrennen(arbeiten), ausstossen (für Infos diesbezüglich hat Google Unmengen an Links samt Videos). Dürfte eigentlich klar sein. Aber, bei der eigentlichen Verbrennung, wo Bewegung entsteht (das Auto fährt), muss gleichzeitig ein Teil der Energie verwendet werden um in einem anderen Kolben das Benzin-Luft-Gemisch zu verdichten für die nächste Verbrennung. Das kostet Energie. Also geht zwangsläufig Energie verloren um den Motor am Laufen zu halten. Das ist jetzt sehr vereinfacht, aber auch sehr anschaulich ansich. Die Heizung in eurem Auto ist auch Abfallenergie vom Motor (im Winter wird’s warm, im Sommer muss der Kühler die Wärme nach draussen ungenutzt abführen).

Kommen wir zum Wirkungsgrad. Auch da hat die Thermodynamik Unmengen an Infos zu bieten. Fakt ist nur eins, es gibt keinen grösseren Wirkungsgrad als den „Carnot-Prozess“. Der liegt ungefähr bei ca. 70% und ist rein theoretischer Natur. Ein durchschnittlicher, sehr moderner Otto-Motor liegt heute bei ca 30-35%. Der Witz an der Sache ansich ist, man kann das auf jedweden chemischen, biologischen , technischen Prozess beziehen. Also auf alles was hier auf Erden geschieht.

Was heisst das für uns? Gaaanz einfach….Verantwortungsvoll mit Energie umgehen (von der CO2-Problematik fang ich erst gar nicht an)! Und zwar in allen Lebensbereichen!

Uwe