{"id":26219,"date":"2013-04-03T16:58:34","date_gmt":"2013-04-03T14:58:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/?page_id=26219"},"modified":"2013-11-05T16:11:44","modified_gmt":"2013-11-05T15:11:44","slug":"exergie","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/energie\/exergie\/","title":{"rendered":"Exergie"},"content":{"rendered":"<p>Home &gt;<a title=\"Energiepolitik\" href=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/energie\/\">Energie<\/a> &gt;Exergie<\/p>\n<div id=\"attachment_15649\" style=\"width: 647px\" class=\"wp-caption alignnone\"><a href=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/selbsthilfe\/krise\/konflikte\/schauinsland6bergstation-pan121115\/\" rel=\"attachment wp-att-15649\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-15649\" class=\"size-full wp-image-15649\" title=\"schauinsland6bergstation-pan121115\" src=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/11\/schauinsland6bergstation-pan121115.jpg\" alt=\"\" width=\"637\" height=\"237\" srcset=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/11\/schauinsland6bergstation-pan121115.jpg 637w, https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2012\/11\/schauinsland6bergstation-pan121115-180x66.jpg 180w\" sizes=\"auto, (max-width: 637px) 100vw, 637px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-15649\" class=\"wp-caption-text\">Blick von der Bergstation am Schauinsland nach Westen \u00fcber den Rheintalnebel zu den Vogesen am 15.11.2012<\/p><\/div>\n<ul>\n<li>(1) Prim\u00e4renergie &#8211; Sekund\u00e4renergie &#8211; Endenergie &#8211;\u00a0Nutzenergie &#8211; Energiedienstleistung<\/li>\n<li>(2) Energie bleibt in der Summe immer gleich<\/li>\n<li>(3) Exergie * Anergie = Energie<\/li>\n<li>(4) Der Physiker spricht von Energie\u00a0&#8211; der Techniker von Exergie\u00a0<\/li>\n<li>(5) Energiewende? Exergiewende (3.4.2013)<\/li>\n<li><a title=\"Kraft-Waerme-Kopplung\" href=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/kraft-waerme-kopplung\/\">Kraft-W\u00e4rme-Kopplung<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><strong>(1) Begriffskl\u00e4rung: Prim\u00e4renergie \u2013 Sekund\u00e4renergie \u2013 Endenergie &#8211;\u00a0 Nutzenergie \u2013 Energiedienstleistung<\/strong><strong>\u2028<\/strong><strong>\u00a0<br \/>\n<\/strong>Die in der Natur vorkommenden \u201eEnergiequellen\u201c nutzt der Mensch\u00a0 entweder in ihrer urspr\u00fcnglichen Form (man spricht von Prim\u00e4renergie) oder nach Umwandlung (Sekund\u00e4renergie). Ist die Energie am Ort der Nutzung angelangt spricht man von Endenergie. Die Energie, welche tats\u00e4chlich von den eingesetzten Ger\u00e4ten ben\u00f6tigt wird ist die Nutzenergie. Die Energiedienstleistung beschreibt die Aufgabe, welche die eingesetzte Energie f\u00fcr den Verbraucher letztlich leistet.<br \/>\nPrim\u00e4renergie:\u00a0 Kohle-, Erd\u00f6l- und Erdgasvorkommen, Uran, Wasserkraft, Sonnenstrahlung, Windkraft, Erdw\u00e4rme, Gezeitenenergie und Biomasse.\u2028<br \/>\nSekund\u00e4renergien:\u00a0 Kohlebriketts, Kraftstoffe, Biogase, Erdgas (in aufbereiteter Form, Edelgase) und auch\u00a0 Strom (da\u00a0 aus\u00a0 Umwandlung von Prim\u00e4renergien oder auch anderen Sekund\u00e4renergien gewonnen.\u2028<br \/>\nEndenergie: Vom Verbraucher bezogene Energie. Beispiele: Heiz\u00f6l im Tank,\u00a0 Strom aus der Steckdose.\u2028<br \/>\nNutzenergie: Nach Umwandlung beim Verbraucher verf\u00fcgbare Energie, zum Beispiel in Form von warmem Wasser, Hei\u00dfluft\u00a0 oder mechanischer Energie in einem K\u00fcchenmixer.\u00a0<br \/>\nEnergiedienstleistung:\u00a0 Auf diese Dienstleistung kommt es dem Verbraucher letztendlich an. Sie entsteht durch die Kombination von Nutzenergie, Energiewandler (Ger\u00e4t) und dem Verbraucherverhalten.\u00a0 Z.B. das Aufschlagen von Sahne oder die Verhinderung eines Absinkens der Raumtemperatur.<\/p>\n<p><strong>(2) Energie bleibt in der Summe immer gleich<\/strong><\/p>\n<p><strong>Erster Hauptsatz der Thermodynamik\u00a0\u00a0 \u2013 Gesetz von der Erhaltung der Energie -Energiesatz<br \/>\n<\/strong>Energie kann weder erzeugt noch verbraucht werden, sondern allenfalls ihre Form \u00e4ndern: als W\u00e4rme, Bewegung, Kernenergie, chemischer Stoff, Bewegungsenergie, Lageenergie oder Elektrizit\u00e4t.\u00a0 Die Summe der Energie bleibt sich dabei immer gleich.<\/p>\n<p><strong>Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik \u2013 Entropiesatz<br \/>\n<\/strong>Entropie ist eine komplexe physikalische Gr\u00f6\u00dfe, welche eng mit dem W\u00e4rmebegriff verbunden ist. Der zweite Hauptsatz besagt: In einem geschlossenen System kann die Entropie ohne \u00e4u\u00dferes Zutun nur anwachsen, aber niemals abnehmen. Oder einfacher ausgedr\u00fcckt: W\u00e4rme kann nicht von selbst von einem K\u00f6rper niedriger Temperatur auf einen K\u00f6rper h\u00f6herer Temperatur \u00fcbergehen.<em>\u00a0 Z.B. k\u00fchlt sich eine hei\u00dfe Tasse Tee von selbst ab. Umgekehrt ist es aber unm\u00f6glich, dass die W\u00e4rme eines k\u00e4lteren K\u00f6rpers von selbst auf einen w\u00e4rmeren K\u00f6rper \u00fcbergeht. <\/em><\/p>\n<p><strong>Dritter Hauptsatz der Thermodynamik:<\/strong><strong>\u2028<br \/>\n<\/strong>Der absolute Nullpunkt der Temperatur von 0 Kelvin (minus 273,15\u00b0C ) kann nicht erreicht werden. Dass liegt vor allem daran, dass sich die Bausteine der Atome bewegen m\u00fcssen und so immer Bewegung sprich Energie vorhanden ist.<\/p>\n<p><strong>Entropie bzw. Zerstreuung als Ma\u00df f\u00fcr die molekulare Unordnung eines Systems<\/strong><strong>\u2028<br \/>\n<\/strong>Entropie kann verstanden werden als ein Ma\u00df f\u00fcr die Wahrscheinlichkeit eines beobachteten Zustandes. Umso mehr M\u00f6glichkeiten es gibt zu einem beobachteten Zustand zu gelangen umso wahrscheinlicher ist er. Z.B. ist es gibt es nur verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig wenig Gr\u00fcnde warum ein Auto sich mit all seinen Atomen gerichtet entlang der Stra\u00dfe bewegt, wohingegen es wesentlich mehr m\u00f6gliche Ursachen gibt dass ein Raum eine Temperatur von 20 \u00b0C aufweist. Diese Temperatur k\u00f6nnte beispielsweise durch Heizung von au\u00dfen, Sonneneinstrahlung, Abw\u00e4rme elektrischer Ger\u00e4te, K\u00f6rperabw\u00e4rme, Konservierung der Lufttemperatur eines 20 \u00b0C Tages durch D\u00e4mmung etc. erreicht werden, w\u00e4hrend das Auto sich nur in Richtung der Stra\u00dfe bewegt, wenn in diese Richtung eine Kraft auf das Auto wirkt, die ausreichend gro\u00df ist.<br \/>\nEntropie ist auch ein Ma\u00df f\u00fcr den physikalischen Grund der Beobachtung, dass es in der Natur unumkehrbare Prozesse gibt: Der Schneemann schmilzt,\u00a0 Ziegel fallen vom Dach (aber noch kein Ziegel ist \u2018selbst\u00e4ndig\u2019 auf\u2019s Dach hochgewandert), jede Statue zerbr\u00f6selt fr\u00fcher oder sp\u00e4ter einmal. Generell ist ein Zustand geringer spezifischer Entropie ein hochwertigerer Zustand als einer bei dem die spezifische Entropie gr\u00f6\u00dfer ist.<\/p>\n<p><strong>\u00a0\u00a0\u00a0<br \/>\n(3) Energie * Energiequalit\u00e4t = Exergie<br \/>\n\u00a0<br \/>\n<\/strong>Die Exergie ist eine physikalische Gr\u00f6\u00dfe, welche sich aus Energie, Umgebungstemperatur und Entropie berechnen l\u00e4sst. Die physikalische Gleichung f\u00fcr die Exergie kann man jedoch vereinfacht als <strong>Energie * Energiequalit\u00e4t = Exergie <\/strong>auf den Punkt bringen<strong>. <\/strong>In dieser Gleichung bezeichnet die Energiequalit\u00e4t den Anteil zu welchem sich ein betrachteter Energiestrom im Idealfall in elektrische Energie oder mechanische Arbeit umwandeln l\u00e4sst. Elektrische Strom und mechanische Arbeit sind gleicherma\u00dfen hochwertig und weisen eine Energiequalit\u00e4t von 100% auf.<br \/>\n\u00a0Die Exergie ist somit ein Ma\u00df f\u00fcr das maximales Strom\u00e4quivalent eines betrachteten Energieflusses, vor dem Hintergrund seiner nat\u00fcrlichen Umgebung. Sie ist gleichzeitig ein Ma\u00df f\u00fcr die minimale Menge an elektrischem Strom, die notwendig w\u00e4re, um den betrachteten Energiefluss ausschlie\u00dflich aus Stoffen und Energie der nat\u00fcrlichen Durchschnittsumgebung zu erzeugen.<br \/>\nDie Exergie ist eine physikalische Zustandsgr\u00f6\u00dfe, die sich nur unter Ber\u00fccksichtigung der Umgebung bestimmen l\u00e4sst. Man unterscheidet die Exergie geschlossener Systeme und die Exergie von Stoff- und Energiestr\u00f6men. Auch wenn die Exergiebetrachtung im wesentlichen auf Stoffstr\u00f6me angewandt wird, so l\u00e4sst sie sich doch am besten an geschlossenen Systemen erkl\u00e4ren:<br \/>\nEin Fahrradreifen mit einem Druck von 4\u00a0 bar und einer Temperatur, die gleich der Umgebungstemperatur ist, enth\u00e4lt in einer Umgebung mit einem Druck von 1 bar eine gewisse Exergie. In einer Umgebung mit 4 bar jedoch null Exergie. In einer Umgebung mit 10 bar\u00a0 jedoch enth\u00e4lt der Reifen wieder Exergie. Fazit: Jedem System und jedem Stoff- oder Energiefluss, die sich von den Umgebungsbedingungen in Druck, Temperatur, Konzentration oder chemische Zusammensetzung unterscheidet, kann ein Exergiewert zugeordnet werden. Je mehr es sich den Umgebungsbedingungen n\u00e4hert, desto geringer wird die Exergie. Bei Umgebungsbedingungen kann einem Stoff- oder Energiefluss oder einem geschlossenen System keine Exergie mehr zugeordnet werden.<br \/>\nH\u00e4ufig findet sich in der Literatur zum Thema Exergie die Gleichung: Energie = Exergie + Anergie \u00fcbersetzbar in: Energie = n\u00fctzliche Arbeit + wertloser Energierest. Diese Gleichung ist jedoch wenn \u00fcberhaupt nur f\u00fcr vereinfacht f\u00fcr W\u00e4rme, Arbeit und Strom g\u00fcltig und kann die Exergie von K\u00e4lte, Druckluft und chemischen Elementen nicht beschreiben. Ein zentrales Missverst\u00e4ndnis in dieser Gleichung ist die Annahme Exergie sei ein Teil der betrachteten Energie. Bei genauer \u00dcberlegung wird klar, dass die Exergie nur ein Ma\u00df f\u00fcr die M\u00f6glichkeit ist, aus der betrachteten Energieform im Kontext mit der zur Verf\u00fcgung stehenden Umwelt Strom oder mechanische Arbeit zu erzeugen. D.h. Exergie kann mit Energiefl\u00fcssen und sogar mit Stofffl\u00fcssen verkn\u00fcpft werden, ist jedoch selbst nur als M\u00f6glichkeit (ein sogenanntes Potenzial) vorhanden. Vorteil dieses Verst\u00e4ndnisses ist, dass Exergie als M\u00f6glichkeit Strom zu erzeugen (oder als Minimum des aufzuwendenden Stromes) allen Energie- und Stoffstr\u00f6men zugeordnet werden kann und so die \u00dcbersetzung komplexer Energie- und Stoffwandlungsprozesse in ein einheitliches Flie\u00dfbild erm\u00f6glicht auf dessen Basis Gesamtsysteme besonders fundiert optimiert werden k\u00f6nnen.<br \/>\n\u00a0\u00a0<\/p>\n<p><strong>(4) Der Physiker spricht von Energie\u00a0 und Entropie &#8211; der Techniker von Exergie\u00a0 <\/strong><\/p>\n<p>Wird ein Holzscheit im offenen Grillfeuer verbrannt oder ein Elektroheizer angeschaltet, dann ist f\u00fcr den Physiker klar, dass keine Energie\u00a0 vernichtet wurde, sondern die Energie\u00a0 vom Zustand geringerer Entropie in einen solchen h\u00f6herer Entropie \u00fcberf\u00fchrt wurde \u2013 sie steckt nun im gegarten Grillschnitzel bzw. im erw\u00e4rmten Zimmer.<br \/>\nF\u00fcr den Techniker hingegen ist der Holzscheit unwiderruflich verbrannt und der Strom durch die Gl\u00fchf\u00e4den des Elektroheizers verbraucht. Da im physikalischen System f\u00fcr diese \u201cderart aufgezehrte\u201d Energie kein Begriff vorgesehen ist, hat der Techniker eine eigene Bezeichnung erfunden namens \u201cExergie\u201d. Exergie ist dabei ein Ma\u00df f\u00fcr die M\u00f6glichkeit elektrischen Strom oder mechanische Arbeit zu erzeugen &#8211; oder vereinfacht ausgedr\u00fcckt Dinge passieren zu lassen,\u00a0 \u201dExergie\u201d l\u00e4sst das Feuer lodern, ein M\u00fchlrad drehen,\u00a0 eine Herdplatte erw\u00e4rmen\u00a0 und ein Haus beheizen oder sonstige n\u00fctzliche Arbeit verrichten. Diese Exergie kann auch \u2013 im Unterschied zur Energie \u2013 tats\u00e4chlich verbraucht werden, indem die Energie, welcher ein Exergiewert zugeordnet wird, sich von Ihren Eigenschaften zunehmend der Umgebungsenergie ann\u00e4hert.<br \/>\nAufgabe des Technikers ist, Maschinen, Anlagen und Technologien so zu verschalten, dass die Energiequalit\u00e4t in m\u00f6glichst vielen Stufen abgebaut wird und so mit einer Energieeinheit m\u00f6glichst viele energetische Bedarfe durch Energienachnutzung gedeckt werden k\u00f6nnen. Z.B. Kann in einer Gasturbine Strom erzeugt werden und mit der Abw\u00e4rme werden Geb\u00e4ude geheizt. Auch die Nutzung des elektrischen Stroms erzeugt aufgrund des Energieerhaltungssatzes W\u00e4rme und auch diese k\u00f6nnte wieder genutzt werden. Z.B. braucht man R\u00e4ume nicht heizen in denen ausreichend viele elektrische Maschinen betrieben werden.<br \/>\nEin Ma\u00df f\u00fcr die Ausnutzung der Exergie, also der M\u00f6glichkeit Strom zu erzeugen, ist der exergetische Wirkungsgrad. Dieser kann aufgrund des Entropiesatzes (2. Hauptsatz der Thermodynamik) niemals 100% \u00fcberschreiten.\u00a0<br \/>\nNicht jede Kilowattstunde ist in der Anwendung gleich viel wert. Im Rahmen des Energiewendeprozesses ist es notwendig, st\u00e4rker zu unterscheiden, welche Energiearten wo genutzt werden. \u00dcber den Begriff der\u00a0 Exergie kann man energetische Prozesse besonders gut und vollst\u00e4ndig technisch beurteilen und bewerten. Dazu als Beispiel die Kraft-W\u00e4rme-Kopplung: Bei jeder Stromerzeugung (Kraft)\u00a0 entsteht W\u00e4rme. Im\u00a0 <a href=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/kraft-waerme-kopplung\/\">Blockheizkraftwerk (BHKW)<\/a> wird beides kombiniert genutzt \u2013 ein BHKW erzeugt z.B. 50% W\u00e4rme und 38% Strom. Beides wird in kWh (Kilowattstunden) gemessen und angegeben. Wenn man beides einfach addiert, dann impliziert man, dass Strom und W\u00e4rme dieselbe Energiequalit\u00e4t h\u00e4tten. Dem ist aber nicht so: Strom \u201ebesteht\u201c zu 100% aus Exergie und ist sehr wertvoll. Bei der W\u00e4rme von 80\u00b0C liegt die Energiequalit\u00e4t bei ca. 17 % .\u00a0<br \/>\n\u00a0\u00a0<\/p>\n<p><strong>Erneuerbare Energien und Exergie<br \/>\n<\/strong>Auch erneuerbare Prim\u00e4renergien &#8222;haben&#8220; Exergie. Allerdings darf man sie nicht \u00fcber einen Kamm scheren. Sonne, Wind und Str\u00f6mungen sind nur dann f\u00fcr uns n\u00fctzlich, wenn wir sie jetzt auch nutzen. Tun wir das nicht, ist die heutige Wind-, Sonnen- oder\u00a0 Str\u00f6mungsenergie f\u00fcr uns unwiederbringlich verloren. Bei Biomasse, Holz und Biogas, handelt es sich allerdings um bereits speicherbare Energieformen. D.h. Wir\u00a0 k\u00f6nnen Sie im Prinzip aufbewahren, bis wir einen m\u00f6glichst effizienten Nutzungsweg gefunden haben.<br \/>\nAlle erneuerbaren Prim\u00e4renergien sind wertvoll und haben eine Energiequalit\u00e4t von 100% oder bei Solarstrahlung fast 100%. F\u00fcr die Technologieauswahl muss aber ber\u00fccksichtigt werden, dass nur bei Biomasseprodukten wie Holz und Biogas eine effiziente Nutzung unbedingt geboten ist. F\u00fcr Sonne und Wind ist eine effiziente Nutzung zwar auch erstrebenswert, allerdings ist es wichtiger sie \u00fcberhaupt zu nutzen als effizient &#8211; denn morgen sind die Energieeinheiten aus Wind, Sonne und Str\u00f6mung die heute zur Verf\u00fcgung stehen verloren.<br \/>\nPhysikalisch gesehen gibt es auf der Erde nur 4 Prim\u00e4renergien: Solare Strahlung, Kernenergie, Erdw\u00e4rme (aus Kernenergie) und Gravitationsenergie. Alle fossilen Rohstoffe sind letztlich aus solarer Strahlung entstanden. F\u00fcr einen gerechten Vergleich auf Prim\u00e4renergiebasis k\u00f6nnte man daher alles auf die urspr\u00fcnglich ben\u00f6tigte solare Strahlung zur\u00fcckrechnen. Allerdings w\u00e4re das kompliziert und sehr fehleranf\u00e4llig. Eine einfachere M\u00f6glichkeit Systeme in Hinblick auf Ihre Effizienz fair zu vergleichen ist der Bezug auf die Exergie der &#8222;nach Bedarf einsetzbare Prim\u00e4renergie&#8220;. D.h. erst die Sekund\u00e4renergie Strom oder W\u00e4rme wird im Fall von Solar, Wind oder Str\u00f6mungsenergie als Prim\u00e4renergie angesehen. So sind diese Energiequellen rechnerisch wesentlich effizienter als die fossilen Alternativen. F\u00fcr Biomasseprodukte wie Holz und Biogas bleibt der Aufwuchs auf einer Fl\u00e4che der Bezugspunkt. Aufgrund\u00a0 der Tatsache das es technisch aufw\u00e4ndiger ist Biomasse als fossile Brennstoffe energetisch zu nutzen sind Energieerzeuger auf Biomassebasis sogar h\u00e4ufig weniger exergetisch effizient als wenn die selbe Technologie mit fossilen Brennstoffen betrieben wird.<br \/>\nBiomasse f\u00fcr Technologievergleiche muss also exergetisch \u00e4hnlich wie ein fossiler Brennstoff betrachtet werden, da diese auch direkt aus Biomasse hervorgegangen sind. Ihr Vorteil gegen\u00fcber den fossilen Brennstoffen liegt in der M\u00f6glichkeit bei angemessener Landbewirtschaftung die Treibhausgasemissionen pro verbrauchte Energieeinheit rechnerisch gegen Null zu senken.<br \/>\nDie Treibhausgasemissionen sind ein Bewertungskriterium, welches es erlaubt einen zentralen &#8222;Verschmutzungsaspekt&#8220; zu bewerten. Der Verbrauch an nach Bedarf einsetzbarer Exergie der Prim\u00e4renergie ist ein paralleles Bewertungskriterium und bewertet den &#8222;Ressourceneinsatz&#8220;. Beide Aspekte sollten m\u00f6glichst getrennt betrachtet werden, da sonst eine Nachvollziehbarkeit des Bewertungsergebnisses nicht immer gew\u00e4hrleistet werden kann.<\/p>\n<p><strong><br \/>\n(5) Energiewende? Exergiewende!<\/strong><\/p>\n<p>Es gibt verschiedenwertige Energiequellen und verschieden hohe Anspr\u00fcche an Energiequalit\u00e4t. \u00dcberall, wo hohe Temperaturen ben\u00f6tigt werden, m\u00fcssen Technologien und Energiequellen eingesetzt werden, mit denen diese hohen Temperaturen \u00fcberhaupt erreichbar sind. Wo niedrige Temperaturen ausreichend sind, ist es Verschwendung, wenn zu deren Erreichung eine Energiequelle benutzt wird, die auch h\u00f6herwertige Anspr\u00fcche erf\u00fcllen k\u00f6nnte. Erd\u00f6l durch direkte Verbrennung in Hausheizungen zu verwenden, ist deshalb Verschwendung. Mit Erd\u00f6l lie\u00dfen sich sehr hohe Temperaturen herstellen oder es k\u00f6nnte, eingesetzt in Verbrennungsmotoren, mechanische Energie bereitstellen, sogar um Flugzeuge anzutreiben. Ebenso lassen sich komplexe Molek\u00fcle aus Erd\u00f6l vergleichsweise einfach \u2013 unter Verwendung von wenig zus\u00e4tzlicher Exergie \u2013 erzeugen. All dies k\u00f6nnen z.B. solarthermische Anlagen nicht, aber die von ihnen gelieferten Temperaturen reichen aus, um ein Haus und Wasser zu erw\u00e4rmen. Daher w\u00e4re es exergetisch sinnvoll, z.B. H\u00e4user konsequent mit Niedrigtemperaturheizsystemen auszustatten und die Umgebungs- und Strahlungsw\u00e4rme zu nutzen zum Beispiel durch Solarthermie oder den Betrieb von Erdw\u00e4rmepumpen in Kombination mit Windstrom oder Photovoltaik. Nat\u00fcrlich gibt es eine Menge weiterer Prozesse die exergetisch sinnvoller sind als die direkte Verbrennung von Erd\u00f6l in Heizkesseln zur W\u00e4rmeerzeugung, wie z.B. die angesprochene Kraft-W\u00e4rme-Kopplung, Geothermie oder die Nutzung industrieller Abw\u00e4rme. Diese Energiequellen k\u00f6nnen allerdings meist nur \u00fcber Nah- oder Fernw\u00e4rmesysteme eingebunden werden und sind somit nur in relativ dicht besiedelten Gegenden wirtschaftlich einsetzbar. Fest steht: exergetisch hochwertigere Energietr\u00e4ger wie Erdgas oder Erd\u00f6l aber auch Holz sollten f\u00fcr jene Prozesse und Anwendungen aufgespart bleiben, f\u00fcr die eine Abw\u00e4rmenutzung oder der Einsatz von Solar- oder Tiefengeothermie nicht m\u00f6glich ist. Vor dem dargestellten physikalisch-technischen Hintergrund w\u00e4re es genau genommen sinnvoller statt von der Energiewende von einer Exergiewende zu sprechen.<\/p>\n<p>Fachliche \u00dcberarbeitung am 5.11.13 von Dr. Andrej Jentsch<br \/>\nRichtvert | Energiesystemberatung,\u00a0<a href=\"https:\/\/www.richtvert.de\">www.richtvert.de<\/a><\/p>\n<p>Hinweis: Dieser Artikel stellt eine \u00dcberarbeitung des auf dieser Seite urspr\u00fcnglich eingestellten Artikels zum Thema Exergie dar (siehe unten). Dieser wiederum baute auf dem Artikel \u201cEnergiewende? Exergiewende&#8220; von Norbert Rost und Kristof Neminis vom 3.4.2013 auf: <a href=\"https:\/\/www.heise.de\/tp\/artikel\/38\/38742\/1.html\">https:\/\/www.heise.de\/tp\/artikel\/38\/38742\/1.html<\/a>\u00a0\u00a0<br \/>\n&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;-<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><strong>(1) Prim\u00e4renergie &#8211; Sekund\u00e4renergie &#8211; Endenergie &#8211;\u00a0Nutzenergie &#8211; Energiedienstleistung<br \/>\n\u00a0 <\/strong><br \/>\nDie in der Natur vorkommenden Energiequellen nutzt der Mensch\u00a0entweder in ihrer urspr\u00fcnglichen Form (man spricht von Prim\u00e4renergie) oder nach Umwandlung (Sekund\u00e4renergie).<br \/>\nPrim\u00e4renergie:\u00a0Kohle-, Erd\u00f6l- und Erdgasvorkommen, Uran, Wasserkraft, Sonnenstrahlung, Windkraft, Erdw\u00e4rme, Gezeitenenergie und Biomasse.<br \/>\nSekund\u00e4renergien:\u00a0Kohlebriketts, Kraftstoffe, Biogase, Erdgas (in aufbereiteter Form, Edelgase) und auch\u00a0Strom (da\u00a0aus\u00a0Umwandlung von Prim\u00e4renergien oder auch anderen Sekund\u00e4renergien gewonnen.<br \/>\nEndenergie: Vom Verbraucher bezogene Energie. Beispiele: Heiz\u00f6l im Tank,\u00a0Strom aus der Steckdose.<br \/>\nNutzenergie: Nach Umwandlung beim Verbraucher verf\u00fcgbare Energie, zum Beispiel in Form von warmem Wasser, Hei\u00dfluft\u00a0oder mechanischer Energie.\u00a0<br \/>\nEnergiedienstleistung:\u00a0Auf diese Dienstleistung kommt es dem Verbraucher letztendlich an. Sie entsteht durch die Kombination von Nutzenergie, Energiewandler (Ger\u00e4t) und dem Verbraucherverhalten.\u00a0<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><strong>(2) Energie bleibt in der Summe immer gleich<\/strong><\/p>\n<p><strong>Erster Hauptsatz der Thermodynamik\u00a0 &#8211; Gesetz von der Erhaltung der Energie &#8211;\u00a0Energiesatz<\/strong><br \/>\nEnergie kann weder erzeugt noch verbraucht werden, sondern allenfalls ihre Form \u00e4ndern: als W\u00e4rme, Bewegung, chemischer Stoff, Bewegungsenergie, Lageenergie oder Elektrizit\u00e4t.\u00a0Die Summe der Energie bleibt sich dabei immer gleich.<\/p>\n<p><strong>Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik &#8211; Entropiesatz<br \/>\n<\/strong>In einem geschlossenen System nimmt die W\u00e4rmeenergie st\u00e4ndig ab, sie strebt unaufhaltsam und unumkehrbar einem Zustand v\u00f6lliger Zerstreuung (Entropie) zu. Anders\u00a0ausgedr\u00fcckt:\u00a0In einem geschlossenen System kann die Entropie ohne \u00e4u\u00dferes Zutun nur anwachsen, aber niemals abnehmen.<br \/>\n<em>W\u00e4rme geht von w\u00e4rmeren auf k\u00e4ltere K\u00f6rper \u00fcber &#8211; die hei\u00dfe Tasse Tee k\u00fchlt sich ab. Umgekehrt ist es aber unm\u00f6glich, da\u00df die W\u00e4rme eines k\u00e4lteren K\u00f6rpers von selbst auf einen w\u00e4rmeren K\u00f6rper \u00fcbergeht. Sie ist deshalb wertlos f\u00fcr die Umwandlung in Arbeit &#8211; es sei denn, es f\u00e4nde sich ein K\u00f6rper, der noch k\u00e4lter ist. <\/em><\/p>\n<p><strong>Dritter Hauptsatz der Thermodynamik:<br \/>\n<\/strong>Der Zustand absoluter Entropie liegt beim absoluten Nullpunkt von minus 273,15\u00b0C .<\/p>\n<p>Nach dem Entropiesatz der Thermodynamik strebt Energie innerhalb eines geschlossenen Systems unumkehrbar in einem Zustand v\u00f6lliger Zerstreuung. Ohne Sonne w\u00e4re dieser Zustand erreicht. Aber immer wenn die Sonne scheint, dann versorgt sie die Erde mit Energie h\u00f6herer Wertigkeit. Die Sonneneinstrahlung beschenkt uns mit einer angenehmen mittleren Temperatur von ca 15 Grad bzw. mit einer Differenz von ann\u00e4hernd 300 Grad bis zum absoluten Nullpunkt bei minus 273,15 Grad. Diese Differenz zwischen geringeren und h\u00f6heren Zust\u00e4nden der Entropie k\u00f6nnen wir nutzen \u00fcber unsere Methoden des Verbrennens von Kohle, Gas, \u00d6l und Holz, durch die Nutzung von Wind- und Wasserkraft, durch direktes &#8222;Anzapfen&#8220; der solaren Einstrahlung oder eine W\u00e4rmepumpe.<\/p>\n<p><strong>Entropie bzw. Zerstreuung als Ma\u00df f\u00fcr die molekulare Unordnung eines Systems<br \/>\n<\/strong>Badewannenwasser als W\u00e4rmemenge, die unaufhaltsam erkaltet und damit an Entropie zunimmt.<br \/>\nDer Zustand geringer Entropie ist energetisch der hochwertigere Zustand.<br \/>\nEntropie bezeichnet den Unterschied zwischen Zust\u00e4nden h\u00f6herer Ordnung und solchen geringerer Ordnung.<br \/>\nChaos-Theorie: Ein\u00a0sauber aufger\u00e4umter Schreibtisch\u00a0weist eine geringe Entropie auf. Bei wildem Durcheinander mit schwieriger Suche hat der\u00a0Schreibtisch den Zustand gro\u00dfer Entropie erreicht.<br \/>\nEntropie bezeichnet den physikalischen Grund, da\u00df es in der Natur unumkehrbare Prozesse gibt: Der Schneemann schmilzt,\u00a0Ziegel fallen vom dach (aber noch kein Ziegel ist &#8217;selbst\u00e4ndig&#8216; auf&#8217;s Dach hochgewandert), jede Statue zerbr\u00f6selt fr\u00fcher oder sp\u00e4ter einmal.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><strong>(3) Exergie + Anergie = Energie<\/strong><\/p>\n<p>In der Gleichung\u00a0<em>Exergie + Anergie = Energie bezeichnet<\/em> Anergie den nicht mehr arbeitsf\u00e4higen bzw. nutzbaren Teil der Energie. Die Exergie gibt an, wie viel mechanische Arbeit maximal unter Beteiligung der Umgebung gewonnen werden kann. Exergie ist die F\u00e4higkeit, Arbeit zu leisten.<br \/>\nAnergie und Exergie sind Zustandsgr\u00f6\u00dfen, die sich nur unter Ber\u00fccksichtigung der Umgebung bestimmen lassen: <em>Ein Glas\u00a0Wasser hat keinen objektiv feststellbaren Wert &#8211;\u00a0in der W\u00fcste (Umgebung Sahara) ist sein Wert h\u00f6her als an einem verregneten Novembertag (Umgebung Freiburg).<\/em> Entsprechend\u00a0verh\u00e4lt es sich mit der Exergie: Ein Fahrradreifen mit einem Druck von 4\u00a0bar und einer Temperatur, die gleich der Umgebungstemperatur ist, enth\u00e4lt in einer Umgebung mit einem Druck von 1 bar eine gewisse Exergie. In einer Umgebung mit 4 bar jedoch null Exergie, sondern nur Anergie. In einer Umgebung mit 10 bar\u00a0jedoch enth\u00e4lt der Reifen wieder Exergie. Fazit: Jedes System, dass von den Umgebungsbedingungen (Druck, Temperatur, Konzentration)\u00a0nach oben oder unten abweicht, enth\u00e4lt\u00a0Exergie. Je mehr es sich den Umgebungsbedingungen n\u00e4hert, umso h\u00f6her wird der Anergieanteil, bis das System in dem Moment, da es im thermodynamischen Gleichgewicht mit der Umgebungszustand ist, nur noch aus Anergie besteht.<\/p>\n<p><strong>(4) Der Physiker spricht von Energie\u00a0&#8211; der Techniker von Exergie\u00a0<br \/>\n\u00a0\u00a0<br \/>\n<\/strong>Wird ein Holzscheit im offenen Grillfeuer verbrannt oder ein Elektroheizer angeschaltet, dann ist f\u00fcr den Physiker klar, dass keine Energie\u00a0vernichtet wurde, sondern die Energie\u00a0vom Zustand geringerer Entropie in einen solchen h\u00f6herer Entropie \u00fcberf\u00fchrt wurde &#8211; sie steckt nun im gegarten Grillschnitzel bzw. im erw\u00e4rmten Zimmer. F\u00fcr den Techniker hingegen ist der Holzscheit unwiderruflich verbrannt und der Strom durch die Gl\u00fchf\u00e4den des Elektroheizers verbraucht. Da im physikalischen System f\u00fcr diese &#8222;derart aufgezehrte&#8220; Energie kein Begriff vorgesehen ist, hat der Techniker eine eigene Bezeichnung erfunden namens &#8222;Exergie&#8220;. Diese Art von Energie l\u00e4\u00dft sich\u00a0f\u00fcr den Menschen in\u00a0Arbeit umsetzen l\u00e4\u00dft,\u00a0&#8222;Exergie&#8220; l\u00e4\u00dft das Feuer lodern, ein M\u00fchlenrad drehen,\u00a0eine Herdplatte erw\u00e4rmen\u00a0und ein Haus beheizen oder sonstige n\u00fctzliche Arbeit verrichten l\u00e4\u00dft. Diese Exergie kann auch &#8211; im Unterschied zur Energie &#8211; tats\u00e4chlich verbraucht werden, indem sie zum Teil in eine niederwertigere Energieart umgewandelt wird. Die restliche, nicht nutzbare bzw. entweichende bzw. verpuffte Energie bezeichnet der Techiker als\u00a0&#8222;Anergie&#8220; gepr\u00e4gt, woraus folgende Gleichung resultiert:<br \/>\n<strong>Energie = Exergie + Anergie<br \/>\nEnergie = n\u00fctzliche Arbeit + wertloser Energierest\u00a0<br \/>\n<\/strong>Aufgabe des Technikers ist, der Energie m\u00f6glichst viel Exergie abzuringen &#8211; unter Beachtung des Wirkungsgrades. Ein hoher Wirkungsgrad beinhaltet\u00a0also eine m\u00f6glichst geringe Anergie.<br \/>\nNicht jede Kilowattstunde ist in der Anwendung gleich viel wert. Im Rahmen des Energiewendeprozesses ist es notwendig, st\u00e4rker zu unterscheiden, welche Energiearten wo genutzt werden. Nur \u00fcber den Begriff der\u00a0Exergie kann man energetische Prozesse beurteilen und bewerten. Dazu als Beispiel die Kraft-W\u00e4rme-Kopplung: Bei jeder Stromerzeugung (Kraft)\u00a0entsteht W\u00e4rme. Im\u00a0<a title=\"Kraft-Waerme-Kopplung\" href=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/kraft-waerme-kopplung\/\">Blockheizkraftwerk (BHKW)<\/a> wird beides kombiniert genutzt &#8211; ein BHKW erzeut z.B. 50% W\u00e4rme und 38% Strom. Beides wird in kWh (Kilowattstunden) gemessen und angegeben. Wenn man beides einfach addiert, dann impliziert man, dass Strom und W\u00e4rme dieselbe Energie-Qualit\u00e4t h\u00e4tten. Dem ist aber nicht so: Strom besteht zu hundert Prozent aus Exergie und ist sehr wertvoll. Bei der W\u00e4rme hingegen\u00a0wird der\u00a0Exergie-Gehalt\u00a0 vom relativ geringen\u00a0thermodynamischen Wirkungsgrad begrenzt.\u00a0<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><strong>(5) Energiewende? Exergiewende<\/strong><\/p>\n<p>Es gibt verschiedenwertige Energiequellen und verschieden hohe Anspr\u00fcche an Energiequalit\u00e4t. \u00dcberall, wo hohe Temperaturen ben\u00f6tigt werden, m\u00fcssen Technologien und Energiequellen eingesetzt werden, mit denen diese hohen Temperaturen \u00fcberhaupt erreichbar sind. Wo niedrige Temperaturen ausreichend sind ist es Verschwendung, wenn zu deren Erreichung eine Energiequelle benutzt wird, die auch h\u00f6herwertige Anspr\u00fcche erf\u00fcllen k\u00f6nnte. Das gilt umso mehr, wenn nicht W\u00e4rme bereitgestellt werden soll, sondern mechanische Energie (z.B. Antriebsenergie f\u00fcr Fahrzeuge) oder Strom f\u00fcr den Betrieb von Elektronik. Erd\u00f6l in Hausheizungen zu verwenden, ist beim Stand der Dinge deshalb Verschwendung. Mit Erd\u00f6l lie\u00dfen sich sehr hohe Temperaturen herstellen oder es k\u00f6nnte, eingesetzt in Verbrennungsmotoren, mechanische Energie bereitstellen, sogar um Flugzeuge anzutreiben. Es lassen sich sogar komplexe Molek\u00fcle aus Erd\u00f6l vergleichsweise einfach &#8211; unter Verwendung von wenig Exergiegef\u00e4lle &#8211; erzeugen. All dies k\u00f6nnen solarthermische Anlagen nicht, aber die von ihnen gelieferten Temperaturen reichen aus, um ein Haus und Wasser zu erw\u00e4rmen. Daher w\u00e4re es exergetisch sinnvoll, H\u00e4user konsequent mit Niedrigtemperaturheizsystemen auszustatten und die Umgebungs- und Strahlungsw\u00e4rme zu nutzen. Exergetisch hochwertigeres Erdgas oder Erd\u00f6l sollte f\u00fcr jene Prozesse und Anwendungen aufgespart bleiben, f\u00fcr die Solar- oder Geothermie nicht ausreicht. &#8230;.<br \/>\nKompletten Artikel &#8222;Energiewende? Exergiewende!&#8220; von Norbert Rost und Kristof Neminis vom 3.4.2013 lesen auf<br \/>\n<a href=\"https:\/\/www.heise.de\/tp\/artikel\/38\/38742\/1.html\">https:\/\/www.heise.de\/tp\/artikel\/38\/38742\/1.html<\/a><br \/>\n<a href=\"https:\/\/www.regionalentwicklung.de\">www.regionalentwicklung.de<\/a><br \/>\n&#8230;.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Home &gt;Energie &gt;Exergie (1) Prim\u00e4renergie &#8211; Sekund\u00e4renergie &#8211; Endenergie &#8211;\u00a0Nutzenergie &#8211; Energiedienstleistung (2) Energie bleibt in der Summe immer gleich (3) Exergie * Anergie = Energie (4) Der Physiker spricht von Energie\u00a0&#8211; der Techniker von Exergie\u00a0 (5) Energiewende? Exergiewende (3.4.2013) &hellip; <a href=\"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/energie\/exergie\/\">Weiterlesen <span class=\"meta-nav\">&rarr;<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":0,"parent":15,"menu_order":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-26219","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/26219","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=26219"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/26219\/revisions"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/15"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.freiburg-schwarzwald.de\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26219"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}