Sexl Physik 7, Schulbuch

87 | 14 12 10 8 6 4 2 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Kohle Öl Gas Atom Wasser Abfälle erneuerbare Energie Mrd ÖE t 87.1 Primärenergieverbrauch der Welt von 1972 bis 2008 (1 t Öleinheiten entspricht 11 630 kWh) (Quelle: Internationale Energieagentur IEA) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Benzin Heizöl Flugbenzin Gas andere Produkte Mio t Flüssiggas 87.2 Ölverbrauch Chinas von 1972 bis 2008 (Quelle: Internationale Energieagentur IEA) 87.3 In vielen Ländern wird noch die Muskel- kraft von Tieren eingesetzt. Energieträger: Feste, flüssige, gasförmige und radioaktive Stoffe, die Energie in sich speichern. Sie dienen der Energieerzeugung. Primärenergieträger werden im Wesent- lichen in ihrer natürlich vorkommenden Form genutzt (Erdöl, Erdgas, Kohle, Uran- erz, Wasserkraft). Sekundärenergieträger entstammen ei- nem Umwandlungsprozess (Benzin, Heizöl, Strom, Fernwärme). Weltweit ist Erdöl (32,8 %) der wichtigste Energieträger, gefolgt von Kohle (27,2 %) und Erdgas (20,9 %). Kernenergie (5,8 %), erneuerbare Energieformen (davon Was- serkraft 2,3 %), und Müllverbrennung tragen zusammen mit 13,3 % zur Primär- energieversorgung der Welt bei ( 86.4 ). In den letzten 35 Jahren ist der weltweite Primärenergiebedarf mit einer mittle- ren jährlichen Zunahme von 2,0 % von 1973 bis 2008 auf das Doppelte (von 256 EJ  auf 514 EJ ) gestiegen ( 87.1 ). Bevölkerungswachstum und eine Verdopplung des Pro-Kopf-Verbrauchs in den Industrieländern, sowie die zunehmende Industriali- sierung in den Staaten Asiens ( 87.2 ) und Südamerikas sind die Ursachen. Der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch an Primärenergie ist sehr unterschiedlich: In Nordamerika liegt der jährliche Pro-Kopf-Verbrauch bei etwa 78 500 kWh , in Österreich bei rund 41 000 kWh , in Indien bei nur 4200 kWh . Erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen Während des größten Teils seiner Entwicklung war der Mensch auf die eigene Muskelkraft angewiesen. Vor rund 10 000 Jahren ergänzte er sie durch die Mus- kelkraft von Tieren. (Die „Pferdestärke“ PS als Einheit der Leistung ist zumindest im Automobilsektor noch nicht ganz verschwunden!) Im 19. Jh. begann mit der Dampfmaschine das Industriezeitalter mit seiner rasch wachsenden Nutzung zahl- reicher von der Natur angebotener Energiequellen. Heute verwendet jeder Mensch in den Industrienationen durchschnittlich so viel Energie, wie sie früher nur durch den Arbeitseinsatz von etwa 60 Sklaven zur Verfügung gestellt werden konnte: Die Technik erleichtert dem Menschen die mechanische Arbeit, macht ihn mobil, ver- sorgt ihn mit Licht und Wärme und ermöglicht es, Informationen zu übertragen und zu speichern. Elektrische Energie ist besonders wichtig. Die Umwandlung kann in manchen Fäl- len direkt erfolgen wie z. B. bei der Erzeugung von elektrischem Strom durch So- larzellen. Oft ist allerdings eine längere Kette von Energieumwandlungen notwen- dig, an deren Ende schließlich ein Generator elektrische Spannung erzeugt. Wegen des ständig steigenden Energieverbrauchs drohen die Erschöpfung der irdischen Energiequellen und die Zerstörung der Umwelt . In welchem Maß un- sere Umwelt beeinträchtigt wird, hängt davon ab, aus welchen Quellen die Energie stammt und mit welchem Wirkungsgrad sie genutzt wird. Betrachten wir einige Energiequellen. Fossile Brennstoffe Weltweit beruht die Energieversorgung überwiegend auf der Verbrennung von Kohle , Erdöl und Erdgas . Man schätzt, dass die gegenwärtig bekannten abbau- würdigen Lagerstätten an Kohle bei gleich bleibendem Verbrauch noch 250 Jahre reichen, die bekannten Erdöllager hingegen in etwa 40 Jahren ausgebeutet sein werden. Dies sind sicher eher pessimistische Schätzungen, da mit steigenden Prei- sen auch der Abbau von sonst unwirtschaftlichen Lagerstätten lohnt. Jedenfalls sind die Vorräte begrenzt. Abbau und Verteilung fossiler Brennstoffe führen zu ökologischen Problemen, z. B. Landschaftszerstörung durch den Kohletagbau und Verschmutzung der Weltmeere. Zudem wird die Umwelt durch die Abgase aus Wärmekraftwerken und Verkehrs- mitteln wie Autos, Flugzeugen und Schiffen stark belastet. Ein besonderes Problem stellt der Ausstoß von CO 2 dar. Der CO 2 -Gehalt in der Atmo- sphäre stieg von 1750 bis 2015 um ca. 40 %. Das CO 2 in der Atmosphäre ist für den verstärkten Treibhauseffekt verantwortlich, der zu einer Erwärmung der Erd- atmosphäre führt, weil CO 2 in starkem Maße Wärmestrahlung absorbiert (s. Phy- sik 8). Daher sind Ingenieure und Physiker aufgerufen, Wege zu finden, um den Ver- brauch der fossilen Brennstoffe und den CO 2 -Ausstoß zu verringern, Maßnahmen zur Energieeinsparung zu entwickeln, die Energieeffizienz zu steigern und neue Energietechnologien zu entwickeln. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv