Energieversorgung (2)

Heute im PHYSIKUNTERRICHT: Reaktionen, bei denen Energie freigesetzt wird ✔ | Umweltverschmutzung bei der Energieproduktion ✔ | Energie aus Wasser und Wind ✔ | Einheiten der Energie ✔

Reaktionen, bei denen Energie freigesetzt wird

Wenn Stoffe verbrennen, verbinden sie sich mit dem Luftsauerstoff. Bei den meisten Brennstoffen, einschließlich fossiler Brennstoffe, wird die Energie durch diese chemische Reaktion freigesetzt:


$\mathrm {\underbrace{Brennstoff \ + \ Sauerstoff}_{Ausgangsstoffe} \ \ \ \ {\underset{Verbrennung}\longrightarrow} \ \ \ \ \underbrace{Kohlendioxid \ + \ Wasser}_{Abfallprodukte} \ + \ thermische \ Energie}$


Es können auch andere Abfallprodukte und Abgase entstehen. Beim Verbrennen von Kohle entsteht beispielsweise etwas Schwefeldioxid. Erdgas, das hauptsächlich aus Methan besteht, ist der "sauberste" (am wenigsten umweltbelastende) Stoff, der in Kraftwerken verbrannt wird.

In einem Kernkraftwerk erzeugen die Kernreaktionen zwar keine Abgase, produzieren jedoch gefährlichen radioaktiven Abfall.


Einheiten der Energie:
Die Energieversorger verwenden die Kilowattstunde (kWh) als Maßeinheit für Energie:
1 kWh ist die Energie, die von einer 1 kW-Stromquelle in 1 Stunde geliefert wird.
Da 1 Watt = 1 Joule pro Sekunde ($\mathrm {\frac {J}{s}}$) liefert eine 1-kW-Stromquelle Energie mit einer Rate von 1.000 Joule pro Sekunde. So liefert 1 kW in 1 Stunde oder 3.600 Sekunden 3.600 x 1.000 Joule (J). Also:
1 kWh = 3.600.000 J


Umweltverschmutzung

Wärmekraftwerke können auf verschiedene Weise zu Verschmutzung führen:

Schadstoffe zerstören Kunstwerke
Schadstoffe der Luft, wie zum Beispiel saurer Regen, zerstören historische Bauwerke oder Kunstwerke, wie z.B. Heiligenfiguren an Kirchen.
(Hier Kölner Dom).
  • Brennstoffkraftwerke bringen Kohlendioxid in die Atmosphäre. Das Kohlendioxid fängt die Energie der Sonne ein und trägt möglicherweise zur globalen Erwärmung bei.
  • Das Schwefeldioxid aus Kohlekraftwerken verursacht sauren Regen. Dieser kann Mauerwerk beschädigen und die Tierwelt schädigen. Eine Lösung besteht darin, teure schwefelarme Kohle zu verbrennen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Kraftwerke mit Rauchgasentschwefelungsanlagen auszustatten.
  • Selbst der Transport von Brennstoffen kann zur Umweltverschmutzung führen. Zum Beispiel kann ein Öltanker auslaufen oder untergehen.
  • Der radioaktive Abfall aus Kernkraftwerken ist sehr gefährlich. Er muss in verschlossenen Behältern transportiert werden und über viele Jahre hinweg sicher aufbewahrt werden - in einigen Fällen Tausende von Jahren.
  • Unfälle in Kernkraftwerken sind selten. Geschehen sie aber doch, können radioaktives Gas und Staub über Tausende von Kilometern mit dem Wind verbreitet werden.

Energie aus Wasser und Wind

Viele Generatoren werden durch die Kraft des Wassers oder des Windes angetrieben. Weiter unten sind drei Beispiele. Stromversorgungssysteme wie diese haben keine Kraftstoffkosten und geben keine umweltbelastenden Gase ab. Sie müssen jedoch für viel Geld gebaut werden und benötigen große Flächen. Im Vergleich zu fossilen Brennstoffen ist die Energieausbeute bei fließenden Gewässern und Wind viel niedriger:


Elektrische Energie von 1 kWh liefern ...


Windkraft und Windpark Windräder in Aktion
...0,5 Liter Erdöl bei der Verbrennung
Windkraft und Windpark Windräder in Aktion
... 5000 Liter schnell fließendes Wasser (20 m/s)

Windkraft und Windpark Windräder in Aktion
In einem Windpark stehen mehrere Windräder auf einer begrenzten Fläche. Oben befinden sich Generatoren, die von riesigen Windrädern angetrieben werden.

Fragen

Die folgende Tabelle zeigt Werte von fünf verschiedenen Kraftwerken (A - E)

Kraftwerk
(1 MW = 1 000 000 W)
A
Kohle
B
Gas-und-Dampf-Kombi-kraftwerk
C
Nuklear
D
Windpark
E
großes Gezeiten-kraftwerk
Energie output in MW 1.800 600 1.200 20 6.000
Nutzeffekt (Kraftstoff / elektrische Energie) 35% 45% 25% - -
Die folgenden Werte befinden sich auf einer Skala von 0 - 5
Baukosten pro MW Ausbeute 2 1 5 3 4
Brennstoffkosten pro kWh Ausbeute 5 4 2 0 0
Luftverschmutzung pro kWh 5 5 < 1 0 0

Richtig ist:
fließendes Wasser

Richtig ist:
Das bedeutet, dass nur ein Viertel der Energiemenge des Kernbrennstoffs genutzt werden kann.

Richtig ist:
Kraftwerk B hat den höchsten Wirkungsgrad. Ein weiterer Vorteil sind die niedrigen Baukosten.

Richtig ist:
Das Kernkraftwerk ist hat die höchsten Baukosten.

Richtig ist:
Das Kohlekraftwerk hat die höchsten Brennstoffkosten.

Richtig ist:
Kohlekraftwerke sind die unsaubersten Kraftwerke.

Richtig ist:
Der Windpark (D) und das Gezeitenkraftwerk (E) brauchen zum Betrieb keinen Brennstoff und sie verursachen keine Luftverschmutzung.


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