Energieversorgung
Mit Energieversorgung wird die Infrastruktur der Energieumwandlung und des Energietransports bezeichnet. Die Energieversorgung im engeren Sinne befasst sich mit der Bereitstellung geeigneter Ressourcen für technisch nutzbare Energieformen sowie der Ableitung und Verteilung der umgewandelten Energie, z.B. dem elektrischen Strom.
Begriff
Mit Energieversorgung wird die Bereitstellung von Energie in verschiedenen, für geplante Prozesse gut verwendbaren Formen (Energieträgern) bezeichnet. Die von Menschen am häufigsten benutzte Energieform ist Zucker, der universelle, chemische, dezentrale und dauerhafte Naturspeicher für Sonnenenergie, den Pflanzen bei der Photosynthese aufbauen. Die Energieversorgung in biologischen Systemen wird jeweils durch den Energiestoffwechsel des betreffenden Lebewesens beschrieben. Ziel der Lebensprozesse ist jeweils der Aufbau komplexer, hoch organisierter, stabiler und zur Reproduktion fähiger Organismen. Dabei sind derzeit auf der Erde zwei beherrschende Hauptgruppen zu unterscheiden:
Pflanzliche Organismen nähren ihren Baustoffwechsel energetisch mit dem primären Energieträger Sonnenlicht und gleichen Schwankungen des Versorgungsangebotes aus, indem sie die Strahlungsenergie im universell für sie nutzbaren Zucker deponieren.
Tierische Organismen nähren ihren Baustoffwechsel energetisch mit Zucker und höher organisiertem, ursprünglich aus Zucker hervorgegangenem, organischem Material. Als Depot zum Ausgleich von Versorgungslücken dient hier Fett.
In technischen Zusammenhängen zielen die Prozesse darauf ab, Lebensräume zu beheizen (thermische Energie), Material zu transportieren (kinetische Energie, potentielle Energie) oder zu formen (Wärme, kinetische Energie, Bindungsenergie). Dementsprechend konzentrieren sich Energieversorgungsunternehmen auf die Bereitstellung von Brennstoffen und Treibstoffen sowie von elektrischem Strom.
Die engste Auslegung des Begriffs Energieversorgung meint explizit die Bereitstellung von Elektrizität. Diese Sonderstellung der Elektrizitätswirtschaft basiert auf herausragenden Eigenschaften des physikalischen Phänomens der Elektrizität.
Die verschiedenen, von Energieversorgungsunternehmen bereitgestellten Energieträger können über Leitungen die Verbraucher erreichen, wie typischerweise elektrische Energie, Erdgas, Fernwärme und Nahwärme, oder sie sind weitgehend lagerfähig und beliebig transportfähig, wie z.B. Steinkohle und Braunkohlen, Heizöle, Kraftstoffe (Benzine, Dieselkraftstoffe), Industriegase, Kernbrennstoffe (Uran), Biomassen (Holz u.a.), BtL-Kraftstoff (flüssiger Kraftstoff aus Biomasse).
Die Attraktivität der Vermarktung eines Energieträgers wächst mit der Kontrollierbarkeit des Marktes für diesen Träger. Es wird sehr viel Aufwand betrieben, Geräte für diejenigen Energieträger in grosser Menge und preiswert anzubieten, deren Primärquellen und/oder Energiewandler man zentral kontrollieren kann. Holz ist in diesem betriebswirtschaftlichen Sinne noch zu wenig attraktiv
Energieträger
Hauptartikel: Energieträger und Energiequelle
Elektrischer Strom
Elektrischer Strom, die Grundlage der Elektrizitätsversorgung kann z.B. mit einem elektrischen Generator aus Rotationsenergie gewonnen werden. Daher eignet sich jede Energieform zur Stromerzeugung, die sich zunächst in Rotationsenergie umwandeln lässt. Wärmekraftmaschinen transformieren, wenngleich mit schlechtem Wirkungsgrad, thermische Energie (ungerichtete Bewegung mikroskopischer Korpuskeln) in kinetische Energie (gerichtete Bewegung makroskopischer Körper). Daraus ergibt sich die verlockende Möglichkeit, elektrischen Strom aus relativ trivialen Verbrennungsprozessen zu gewinnen. Elegantere Methoden der Stromerzeugung nutzen die jeweils ebenfalls primär aus Sonnenenergie entstandenen Bewegungsenergien der Atmosphäre (Windkraft), Flüsse (Wasserkraft) oder Meere (Gezeitenkraft), Bindungsenergie chemischer Umwandlungsprozesse (Elektrochemie) oder sehr direkt das Sonnenlicht selbst (Photovoltaik).
Der Transport elektrischen Stroms gelingt mit geringem Aufwand und sehr niedrigen, sehr gut kalkulierbaren "Verlusten" über metallische Leiter. Eine ungewöhnliche Form des Transportes elektrischer Energie ist die Übertragung mittels hochfrequenten elektrischen Magnetfeldern (Rectenna).
Die außergewöhnlich hohe technische Qualität elektrischen Stroms drückt sich in der breiten Verfügbarkeit von Wandlern aus, die Elektrizität in Wärmeenergie (Elektroheizung), kinetische Energie (Motor), Licht (Leuchtmittel), Schall (Lautsprecher), chemische Energieformen (Elektrolyse) oder potentielle Energie (Elektromagnet) transformieren.
Für die wirtschaftliche Verwertung mit kommerzieller Ausrichtung bieten die Eigenschaften der einfachen Gewinnung, des verlustarmen Transports in preisgünstigen Leitungen, der universellen Verwendbarkeit und der vollen, ökonomischen Kontrollierbarkeit ideale Voraussetzungen.
Energieversorgung im Kontext Elektrizität bedeutet die Umwandlung beliebiger Energieformen in elektrischen Wechselstrom, der von einer möglichst genau einzuhaltenden elektrischen Spannung getrieben werden soll und mit möglichst exakter Frequenz schwingen soll. Diese Energieform ist in das jeweilige Stromnetz einzuspeisen, an welches die Benutzer, üblicherweise als Verbraucher bezeichnet, angeschlossen sind. Die Normierung der Netzparameter schafft eine hervorragend zentral kontrollierbare Marktsituation.
Hauptnachteil der elektrischen Energie ist, dass sie nur schlecht gespeichert werden kann.
Fossile Energieträger
Hauptartikel: Fossile Energie
Chemische Bindungsenergie kann sehr leicht durch das Verbrennen der organischen, kohlenstoffhaltigen Substanzen in thermische Energie überführt werden. Die meisten hochverfügbaren und bequem mit geringem technischem Aufwand verheizbaren Materialien sind Kohlenwasserstoffe, die initial aus den Zuckern der Kohlenstoffassimilation phototropher Pflanzen stammen. Die Dichte der bei vollständiger Verbrennung freigesetzten Energie pro Kilogramm des Ausgangsstoffs ist bei fossilen Kohlenwasserstoffen befriedigend. Die fossilen Energieträger stellen also eine Art von Brennstoffkonzentrat aus prähistorischer Biomaterie dar, wodurch sie zu den bevorzugten Primärquellen der Energieversorgung wurden.
Bei der Nutzung von fossilen Energieträgern wird Kohlendioxid freigesetzt, das zur globalen Erwärmung beiträgt.
Biomasse
Hauptartikel: Biomasse
Hölzer und andere Pflanzenfasern als Träger energiereicher, unter Nutzung von Sonnenenergie nachwachsender Kohlenstoffverbindungen müssen getrocknet werden und weisen auch dann noch einen geringfügig ungünstigeren spezifischen Heizwert auf, als die Fraktionsprodukte aus der Mineralölindustrie. Die Aufbereitung von Biomasse für die technische Nutzung als Energieträger (Biogas, Biokraftstoff) für Zwecke der Energieversorgung tritt wirtschaftlich betrachtet als Verlust in der Gesamtbilanz auf. Das realistische, technische Potenzial von Biomasse kann schwer abgeschätzt werden, solange sie für Prozesse eingesetzt wird, die hervorragend an die Bedürfnisse und Eigenschaften fraktionierter Erdölprodukte angepasst sind. Hauptsächlich durch diesen Umstand, dass die als CO2-neutral geltende Biomasse in die vorgegebenen Technologien gezwungen wird, gerät sie in ein Spannungsverhältnis zur Lebensmittelversorgung und zu Natur- und Landschaftsschutz.
moderierte Kernspaltung
Hauptartikel: Kernenergie
Analog dazu wurde und wird zum Teil noch heute die Spaltung schwerer Kerne (Uran, Plutonium) als zu favorisierende Energieumwandlung propagiert und umgesetzt. Kerne, die mehr Protonen enthalten als Eisen, können im übertragenen Sinn als fossile Materie betrachtet werden. Um Kerne der Größe des Urans zu fusionieren, bedarf es thermodynamischer Extremalbedingungen, wie zum Beispiel bei einer Supernova.
Vor mehr als 5 Milliarden Jahren bildete sich aus der Materie eines explodierenden Sterns die interstellare Wolke, deren Kollaps dann vor rund 5 Milliarden Jahren unser Sonnensystem entstehen ließ. Alle Atome der Erde mit Kernen so schwer wie oder schwerer als ein Eisenkern sind entweder in gigantischen, modernen Forschungsanlagen (CERN) unter enormen Anstrengungen künstlich fusioniert worden oder Relikte des Sterns vor unserer Sonne, also präsolare Materie. Bei der Spaltung eines solchen Kerns wird eine sehr hohe Energiedichte befreit. Der extrem hohe Aufwand, der in technischer Hinsicht für die friedliche Nutzung der Kernenergie zu betreiben ist, steigert die Attraktivität dieser Technologie enorm, da vom Uranbergwerk bis zum Stromzähler die lückenlose Kontrolle des Marktes garantiert wird.
Kritik
Nach weit verbreitetem Sprachgebrauch wird im Gegensatz zu naturwissenschaftlich-technischen Erkenntnissen die Eigenschaft vieler genutzter Energieträger, sich beim Energieumwandlungsprozeß bis hin zur Unbrauchbarkeit zu verwandeln (zu "verbrauchen") oft auf die Energie als solche übertragen. Dadurch entsteht leicht der Eindruck, Energie sei ein Konsumgut, das erschöpft werden könne. Dieser Eindruck lenkt aber von der tatsächlichen Bedrohung ab, die nicht in einem Versiegen der Energie besteht, sondern darin, dass die in großem Umfang von Menschen installierten Energieversorgungssysteme jeweils eine über lange Zeit natürlich gewachsene Ordnung in kurzer Zeit zu grosser Unordnung verwandeln.
Aus physikalischer Sicht ist es evident, dass Energie aufgrund des Energieerhaltungssatzes grundsätzlich nicht erzeugt oder verbraucht, sondern nur umgewandelt werden kann. Energieverbrauch ist ein irreführender Begriff, der den Zusammenhang von Energieumwandlungsprozessen und Entropie zu verschleiern hilft. Vielfach wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die "Verluste" bei Energieumwandlung überwiegend in Form von Wärme anfallen. Dies ist jedoch nicht grundsätzlich richtig. Verlustreiche Energieumwandlung vermindert nach den Erkenntnissen des österreichischen Physikers Ludwig Boltzmann vor allem die Ordnung in einem System bzw. erhöht die Unordnung dieses Systems. Im Gegensatz zum Energieinhalt eines geschlossenen Systems ist die Entropie nicht konstant, sondern kann ansteigen. Wärme, einen prinzipiell positiv empfundenen Begriff, als hauptsächliche Manifestation der Verluste bei Energieversorgung zu nennen, verharmlost den tatsächlichen Tatbestand, gewachsene Ordnung durch Unordnung zu ersetzen.
Die Energieversorgungsunternehmen stärken die Irritation durch ihre Selbstdarstellung als "Energieerzeuger" und bieten bevorzugt Techniken und Dienstleistungen an, die Sauberkeit und Bequemlichkeit der angebotenen Energieformen suggerieren und in den Vordergrund rücken. Dabei wird in der Regel verschwiegen, dass etwa das Heizen mit elektrischem Strom (Haartrockner, Nachtstromspeicherofen, Elektroherd, ...) aus physikalischen Gründen typisch nur etwa ein Drittel des Potenzials des ursprünglich zur Stromerzeugung verwandten Energieträgers nutzt, während die restlichen zwei Drittel die Unordnung im Ökosystem der Erde erhöhen.
Die Entropieerzeugung pro Kopf ist weltweit sehr unterschiedlich und in den Industrieländern um ein Vielfaches höher als z.B. in der dritten Welt.
Geschichte
In industriell hoch entwickelten Ländern haben sich seit dem 19. Jahrhundert Unternehmen mit der Bereitstellung von technisch bequem nutzbarer und wirtschaftlich hervorragend kontrollierbarer Energie für den allgemeinen Verbrauch beschäftigt. Hierbei steht die zentrale Erzeugung von Elektrizizät sowie die Übertragung an die einzelnen Verbraucher im Vordergrund. Weiterhin ist die Beschaffung, der Transport und die Verwandlung von Brennmaterial zu Heizzwecken ein wichtiger Wirtschaftszweig.
Der Weltenergiebedarf ist ein statistischer Wert der Umsatzdaten aller Energieversorgungsunternehmen. Er besagt nichts darüber, wie sich durch die Transformationsprozesse die Ökosysteme verändern. Die gleichen Bedarfszahlen können bei intelligentem Technikeinsatz ohne erhebliche Umweltschäden erreicht werden, die bei Einsatz stark Entropie erhöhender Technologie Umweltkatastrophen heraufbeschwören. Den Energieversorgern kommt also sehr hohe gesellschaftliche Verantwortung zu.
Unsere Energieversorgung ist historisch gewachsen. Auf die modernen Anforderungen wie Klimaschutz, Umweltschutz, Nachhaltigkeit und Versorgungssicherheit sind die alten Technologien kaum adaptierbar. Es besteht ein parteiübergreifender Konsens, dass den erneuerbaren Energieformen die Zukunft gehört. Erstaunlich ist dabei, dass trotz dieser Bemühungen bisher das Bewusstsein über die entscheidende Rolle der Entropie in Energieumwandlungsprozessen keinen Weg aus dem Kreis der Physiker ins allgemeine Bewusstsein gefunden hat.
Energieversorger
In Deutschland sind Energieversorgungsunternehmen überwiegend kommunale Stadtwerke sowie regionale Tochterunternehmen der großen Regelzonenbetreiber. Zunehmende Bedeutung erlangen Private Haushalte mit der Bereitstellung von elektrischem Strom aus erneuerbaren Energien, z. B. Solarstrom oder aus Windenergieanlagen.
Siehe auch
Literatur
- Jochen Monstadt: Die Modernisierung der Stromversorgung. Regionale Energie- und Klimapolitik im Liberalisierungs-
und Privatisierungsprozess, Verlag für Sozialwissenschaften, Wiesbaden 2004, ISBN 3531142771.