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Geschichte der Energieumwandlung
Ausgangsbasis für die Energieumwandlung in technischer Hinsicht sind Primärenergieträger wie die Sonnenenergie und davon abgeleitet Windenergie und Wasserkraft, …
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Grundprinzip und Bedeutung
Die Geschichte der Energieumwandlung behandelt die Entwicklung von Techniken und Systemen, die Energie von einer Form in eine andere überführen. Solche Umwandlungen erweitern die begrenzten körperlichen Möglichkeiten des Menschen und verbessern seine Lebensbedingungen.
Auch Lebewesen sind energieumwandelnde Systeme: Pflanzen wandeln bei der Photosynthese Strahlungsenergie der Sonne in chemische Energie um. Tiere nehmen die in Pflanzen gespeicherte Energie auf und nutzen sie durch die Atmung in einer exothermen, also Wärme freisetzenden Reaktion für ihre Lebensfunktionen. Die umgewandelte Energie zeigt sich unter anderem als Bewegung und Körperwärme.
Energiequellen und frühe Nutzung
Die technische Energieumwandlung beginnt mit Primärenergieträgern, also ursprünglich verfügbaren Energiequellen. Dazu gehören Sonnenenergie sowie die davon abgeleitete Windenergie und Wasserkraft, außerdem Kernbrennstoffe und fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas.
Eine besonders ursprüngliche Form der Energieumwandlung ist das Feuer. Dabei wird die in Pflanzen beziehungsweise Biomasse chemisch gebundene Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Wärme ermöglichte das Überleben in kalten Gebieten und das Garen von Nahrung.
Menschen nutzten außerdem die Muskelkraft von Haustieren. Für das alte Ägypten ist beispielsweise der Schaduff belegt, mit dem Agrarflächen bewässert wurden. Spätere, durch Muskelkraft angetriebene Anlagen werden als Göpel bezeichnet. Die Ägypter nutzten um 3.500 v. Chr. zudem Wind- und Wasserkraft.
Maschinen, Strom und Mobilität
Seit der Antike waren frühe Formen der Wärmekraftmaschine bekannt, etwa der „Heronsball“. Solche Maschinen wandelten chemische Energie zunächst in Wärmeenergie und schließlich in Bewegungsenergie um. Eine erhebliche Erweiterung der technischen Möglichkeiten brachte jedoch erst die ab dem 18. Jahrhundert vervollkommnete Dampfmaschine.
An der Wende zum 20. Jahrhundert folgte der Elektromotor, der elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandelt. Durch den Ausbau der Stromnetze während der Elektrifizierung wurde elektrische Energie in vielen Lebens- und Arbeitsbereichen verfügbar. Sie konnte nun unter anderem in Bewegungsenergie für Werkzeugmaschinen, in Strahlungsenergie in Form von Licht und in Wärmeenergie für Öfen umgewandelt werden.
Der Verbrennungsmotor erhöhte die Bedeutung der Mobilität. Er wandelt die chemische Energie eines Brennstoffs in nutzbare Bewegungsenergie um. Bei Dieselmotoren beträgt der maximale Wirkungsgrad 43 %. Der Wirkungsgrad beschreibt, welcher Anteil der eingesetzten Energie als gewünschte nutzbare Energie zur Verfügung steht.
Kernenergie und erneuerbare Energien
Ab Mitte des 20. Jahrhunderts führte die zivile Nutzung der Kernenergie dazu, dass elektrische Energie umfassender verfügbar wurde. In Kernkraftwerken wird sie mithilfe der Kernspaltung erzeugt.
Die weitere Entwicklung wird durch die Grenzen und Folgen bisheriger Energiequellen bestimmt. Die Nutzung bestimmter Primärenergiequellen ist zeitlich begrenzt und mit dem Ausstoß klimaschädlicher Gase verbunden. Bei Kernbrennstoffen stellt besonders die Entsorgung der entstehenden Abfälle ein Problem dar. Deshalb wird nach weiteren Möglichkeiten der Energieumwandlung gesucht. Der Schwerpunkt liegt dabei im Wesentlichen auf erneuerbaren Energien, besonders auf Photovoltaik und Windenergie. Photovoltaik nutzt Sonnenstrahlung zur Erzeugung elektrischer Energie; Windenergie erschließt die Energie bewegter Luft.
