Sexl Physik 7, Schulbuch

Globale Energieversorgung Welche Rolle spielen Erdöl, Kernenergie und erneuerbare Energieträger in der Energienutzung, welche anderen Energieträger sind wichtig? Wer sind die größten Verbraucher, welche Energieträger nutzen sie? Werden wir auch in Zukunft unse- ren Energiebedarf decken können? Kann die globale Erwärmung gestoppt und der Klimawandel gebremst werden? In diesen und vielen weiteren Fragen greifen phy- sikalisch-technische und politische Probleme ineinander ( 23.2 ). Weltweit ist Erdöl ( 31,3% ) der wichtigste Energieträger, gefolgt von Kohle ( 28,6% ) und Erdgas ( 21,2% ). Kernenergie ( 4,8% ), erneuerbare Energieformen (davon Was- serkraft 2,4% ), und Müllverbrennung tragen zusammen mit 13,8% zur Primärener- gieversorgung der Welt bei ( 23.1 ). In den letzten 40 Jahren ist der weltweite Primärenergiebedarf mit einer mittleren jährlichen Zunahme von 2,0% von 1973 bis 2014 auf mehr als das Doppelte (von 255EJ auf 573EJ ) gestiegen ( 23.3 ). Bevölkerungswachstum und eine Verdopplung des Pro-Kopf-Verbrauchs in den Industrieländern, sowie die zunehmende Indus- trialisierung in den Staaten Asiens ( 23.4 ) und Südamerikas sind die Ursachen. Der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch an Primärenergie ist sehr unterschied- lich: In den USA liegt der jährliche Pro-Kopf-Verbrauch bei etwa 80700 kW h, in Österreich bei rund 43 800 kW h, in Indien bei nur 7400 kWh . Erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen Während des größten Teils seiner Entwicklung war der Mensch auf die eigene Muskelkraft angewiesen. Vor rund 10000 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 der Arbeitskraft von etwa 60 Menschen entspricht. Die Technik erleichtert dem Menschen die mechani- sche Arbeit, macht ihn mobil, versorgt 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 ir- dischen Energiequellen und die Zerstörung der Umwelt . In welchem Maß unsere 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, z. B. bei Tankerunfällen. Zudem wird die Umwelt durch die Abgase aus Wärme- kraftwerken und Verkehrsmitteln wie Autos, Flugzeugen und Schiffen stark belas- tet. Ein besonderes Problem stellt das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe ausge- stoßene CO 2 dar. Der CO 2 -Gehalt in der Atmosphäre stieg von 1750 bis 2015 um ca. 40% . Das CO 2 in der Atmosphäre ist für den verstärkten Treibhauseffekt verant- wortlich (s. S. 74), der zu einer Erwärmung der Erdatmosphäre führt, weil CO 2 in starkem Maße Wärmestrahlung absorbiert. Erdöl Erdgas Kohle 31,3% 28,8% 10,3% 21,2% 2,4% Wasserkraft Biomasse 4,8% Kernenergie 1,4% andere 23.1 Weltweite Anteile der Primärenergie- träger 2014 (Quelle: Internationale Energie- agentur IEA) 23.2 Jährlicher Primärenergieverbrauch der Welt von1850 bis 2000 in Exajoule (1 EJ = 10 18 Joule). Die Grafik verdeutlicht den starken Anstieg des Energieverbrauchs seit 1950. (Quelle: Marchetti, Nakićenović, Grübler) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Primärenergie in EJ 1850 1900 1950 2000 Jahr Biomasse Kohle Öl Gas Kernenergie erneuerbare Energieformen Dampf- maschine Elektro- motor Benzinmotor Vakuumröhre kommerzielle Luftfahrt Kernenergie Microchip Fern- sehen 23.3 Primärenergieverbrauch der Welt von 1971 bis 2014 (in 10 9 t ÖE, 1 t Öleinheiten ent- spricht 11 630 kWh) (Quelle: Internationale Energieagentur IEA) 23.4 Ölverbrauch Chinas von 1971 bis 2014 (Quelle: Internationale Energieagentur IEA) 23.5 In vielen Ländern wird noch die Muskel- kraft von Tieren eingesetzt. 23 | ENERGIE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv