Energia (fast) ohne Ende
Energie ist notwendig, um Bewegung, Verformung, Wärme, elektrischen Strom, elektromagnetische Strahlung oder bestimmte chemische Reaktionen zu erzeugen. Jeder Körper, der das bewirken kann, besitzt Energie. Ein Auto, das fährt, der Wind, der weht, das gespeicherte Wasser im Stausee, eine gespannte Feder, dunkle Gewitterwolken, aufgeladene Batterien, wärmende Heizkörper, aus der Erde sprudelndes Erdöl, Uraniumkerne, ja, selbst Kartoffeln enthalten Energie, wenn auch in den verschiedensten Formen. Alle Energie, die wir auf der Erde vorfinden, ist entweder umgewandelte Sonnenenergie (Windenergie, im Erdöl gespeicherte Energie) oder Kernenergie (Energie, welche die Atomkerne beim Urknall oder bei Sternexplosionen erhalten haben).
Wir können also gar keine Energie erzeugen, sie ist einfach vorhanden. Ebenso wenig können wir sie vernichten. Energie kann nur von einem Körper auf einen anderen übertragen und von einer Form in die andere umgewandelt werden. Dabei nimmt die Energie des einen Körpers ab und die des anderen nimmt um den gleichen Betrag zu. Die Gesamtenergie bleibt nahezu unverändert. Benannt ist die Einheit der Energie nach James Prescott Joule. Ein Joule entspricht der Energie, die in einer Tafel Schokolade (100 Gramm) gespeichert wird, wenn man sie einen Meter anhebt.
Der Wirkungsgrad beschreibt, wie effizient eine Energieform in eine bestimmte andere umgewandelt wird. Eine Glühbirne macht nur aus fünf Prozent der elektrischen Energie Licht, der Rest geht als Wärme verloren. Bei allen Energieumwandlungen entsteht mehr oder weniger Abwärme, die an die Umwelt abgegeben wird. Wir Menschen können sie nun nicht mehr nutzen. Wir sprechen dann von Energieverbrauch, um auszudrücken, dass Energie von einer gut zugänglichen und umwandelbaren Form in eine andere, für uns nicht mehr verfügbare Form umgewandelt wird und sich schnell in der Umwelt verteilt.
Die Legende vom Poz dal Drago
Einst, so erzählt eine alte Geschichte, befand sich hier ein See, in dem ein furchtbarer Drache hauste. Er war grün und böse und hatte rot funkelnde Augen. Weil er riesig war und schwer, konnte er sich kaum bewegen. Des Nachts aber, wenn der Mond hell schien und es nicht stürmte, lauerte er seiner Beute auf. Am liebsten frass er Kinder, die am See vorbei gehen mussten. Diese spedierte er mit seinem langen grünen Schwanz direkt in seinen Schlund und schluckte sie lebendigen Leibes hinunter. Zur gleichen Zeit lebte im Tal ein böser Mann, der raubte und mordete, um Geld und Gold zu erbeuten. Immer, wenn der Mond hinter den Wolken versteckt war und der Wind so wild blies, dass man sein eigenes Wort nicht verstand, schleppte er das Raubgut hoch und am See vorbei. Denn das Ungeheuer konnte im Dunkeln nichts sehen und im Sturm nichts hören. Der Bösewicht vergrub seine Schätze auf der dahinterliegenden Wiese, der Prù dal Vent. Er war sicher, dass niemand je sein Versteck finden würde.
Welche Energieformen gibt es?
Die Kraft des Drachen: Die vielen Formen der Energie.
Woher stammt die Energie auf unserer Erde?
Ursprung aller Energie auf der Erde sind vier Phänomene: die Kernfusion in der Sonne, der Zerfall radioaktiver Elemente, die Entstehungshitze der Erde und die Gravitation der Himmelskörper.
- Die Kernfusion in der Sonne ist die wichtigste Energiequelle für uns. Durch das Verschmelzen von Wasserstoffkernen entsteht Energie, die als Sonnenstrahlung die Erde erreicht. Pflanzen machen daraus in der Fotosynthese Biomasse. Zerfällt diese unter Luftabschluss, entstehen fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Thermische Solarkraftwerke und Fotovoltaikanlagen wandeln Sonnenenergie in elektrische Energie um. Weil die Sonnenstrahlung die Erde ungleichmässig erwärmt, bilden sich Wind und Meeresströmungen, die man mit Windkraftanlagen, Wellen- und Strömungskraftwerken nutzen kann. Auch Verdunstung und Niederschlag von Wasser entstehen durch die Sonneneinstrahlung. Es bilden sich Wasserläufe, die sich zu Flüssen zusammenschliessen oder in den Bergen in Speicherseen gesammelt werden, um in Wasserkraftwerken Turbinen anzutreiben.
- Der radioaktive Zerfall von Uran, Thorium und Kalium in der Erdkruste setzt thermische Energie frei. Etwa 60 Prozent der Erdwärme entstehen auf diese Weise. In Kernkraftwerken wird die Hitze einer radioaktiven Kettenreaktion genutzt, um Dampf zu erzeugen.
- Die Entstehungshitze der Erde sorgt für rund 40 Prozent der Erdwärme. Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstand der Planet durch die Zusammenballung von Materie, die sich dabei stark erhitzte. Die Gesteine, die sich während der Abkühlung bildeten, leiten die Wärme aus dem Erdinneren nur langsam ab. Deshalb ist sie zum Teil bis heute erhalten. Nutzbar ist sie nur dort, wo Heisswasservorkommen und oberflächennahe, heisse Gesteinsschichten auftreten.
- Die Gravitation der Himmelskörper lässt Ebbe und Flut auf der Erde entstehen. In Gezeitenkraftwerken wird versucht, deren Energie zu nutzen.
E=mc2
Der Begriff «Energie» geht auf Aristoteles zurück, der diese als «Wirksamkeit» bezeichnete. 1905, als das Kraftwerk in Campocologno gerade im Bau war, publizierte Albert Einstein seine berühmt gewordene Formel E=mc2. Sie besagt, dass Energie das Produkt von Masse und Lichtgeschwindigkeit im Quadrat ist. Das bedeutet unter anderem, dass Energie in Materie (mit Masse) und auch umgekehrt Materie in Energie umgewandelt werden kann. Dies geschieht fortlaufend in der Sonne bei der Fusion von Wasserstoffkernen zu Heliumkernen. Die Verschmelzung von Atomkernen setzt die Energie frei, die in Form von Wärme und Licht auf die Erde fällt.