Strom statt Wärme
Der Umstieg von Verbrennungsprozessen auf elektrische Energie bringt einen großen Effizienzgewinn mit sich.
Axel Kleidon & Harald Lesch
In der Energiewende geht es auch um den Umstieg auf strombasierte Technologien wie Wärmepumpen und Elektromobilität. Sie vermeiden Wärme als Zwischenschritt und sind dadurch wesentlich effizienter. Dies kann den Bedarf an Primärenergie in Zukunft deutlich senken, der dann vollständig durch den Ausbau von erneuerbaren Energien gedeckt werden kann. Warum Verbrennung so ineffizient ist, kann man mit der Entropie und der maximal möglichen Verbrennungstemperatur nachvollziehen.
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Die Notwendigkeit der Energiewende hin zu erneuerbaren Energien wird typischerweise durch den globalen Klimawandel motiviert, denn er wird hauptsächlich durch Verbrennung fossiler Energieträger verursacht. Diese stellen nach wie vor etwa 80 % des Primärenergieverbrauchs Deutschlands, 70 % davon werden importiert für etwa 80 Milliarden Euro jährlich. Dies entspricht einer gewaltigen Summe – etwa 20 % des Bundeshaushalts. Um fossile Energieträger zu ersetzen, dem Klimawandel entgegen zu wirken und unabhängiger von den gewaltigen Energieimporten zu werden, sollten wir sie durch nachhaltige und klimaneutrale Energiequellen ersetzen.
Dabei gerät in den Hintergrund, dass die Energiewende auf modernere Technologien setzt, die Strom nutzen und Verbrennung und Wärme als Zwischenschritt vermeiden, was ihre Effizienz enorm erhöht. Effizienz ist hierbei wie der klassische Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine definiert: Die Nutzung ist effizienter, je weniger Energie aufgewendet werden muss, um das gleiche Ziel zu erreichen, wie etwa die Erzeugung von Licht, Bewegung oder Raumwärme.
Der maximal mögliche Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen wird durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik bestimmt, also durch die Entropie. Dies führt uns auch zu der Frage, wie man diese Effizienzsteigerungen physikalisch grundsätzlich mithilfe der Entropie erklären kann.
Den ausführlichen Artikel hierzu finden Sie, auch online frei lesbar, in der „Physik in unserer Zeit“. Ebenso in dieser Ausgabe enthalten sind eine ausführliche Besprechung des Physik-Nobelpreises 2026 sowie eine Reihe weiterer Themen aus der aktuellen Forschung.
