Lexikon

Abgase sind die bei einem Verbrennungs- oder Produktionsprozeß anfallenden, nicht mehr nutzbaren gasförmigen Abfallprodukte. Die Abgase enthalten luftverunreinigende Stoffe wie Kohlenstoffoxide, Schwefeloxide, Stickoxide sowie Staub und Ruß. Bei der Erdgasförderung wird zu hoher Druck häufig durch Abfackeln gesenkt.

Abgase aus Verbrennungsprozessen flüssiger und fester Brennstoffe werden auch als Rauchgase bezeichnet. Die Abgase von Kraftfahrzeugmotoren enthalten neben Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Wasserdampf auch Kohlenstoffmonoxid, Stickoxide, Aldehyde und Kohlenwasserstoffe.

Ein Teil des Wärmeinhaltes der Abgase kann bei ausreichender Temperatur zur Erzeugung von Dampf und Warmwasser beziehungsweise zum Vorwärmen der Verbrennungsluft ausgenutzt werden. Nicht ausnutzbar ist der Teil des Wärmeinhaltes, der für den Auftrieb der Abgase im Kamin oder Auspuff erforderlich ist. Die Abgase von Verbrennungsmotoren können genutzt werden für den Antrieb eines Turbogebläses, das die Verbrennungsluft vorverdichtet (Turbolader).

Hohe Abgaskonzentrationen können bei bestimmter Wetterlage unter dem Einfluss von Licht, UV-Strahlung und Ozon in Ballungsgebieten zu gefährlichen Umweltbelastungen (Smog) führen. Aus Gründen des Umweltschutzes ist es erforderlich, die Abgase einer Abgasreinigung zuzuführen.

Abgase tragen zum großen Teil zu den Treibhausgasen bei, weshalb sich der Gesetzgeber gezwungen sieht, diesbezügliche Untersuchungen einzufordern. Beim Auto ist es die Abgasuntersuchung, bei der Hausheizung und anderen Prozessen eine Abgasmessung.

Als Abwärme bezeichnet man diejenige Wärme, welche von einem technischen Gerät oder einer technischen Anlage erzeugt, jedoch nicht genutzt wird. Oft kann ein technisches Gerät oder eine technische Anlage nicht betrieben werden, ohne dass Abwärme erzeugt wird. Die Abwärme muss meistens in geeigneter Form abgeleitet werden um das Gerät oder die Anlage nicht zu überhitzen oder, bei geschlossenen Anlagen, den Ausgangspunkt des Kreislaufmediums wiederherzustellen (z.B. Wärmepumpe).

Abwärme entsteht meist durch Reibung. Elektrische Geräte erwärmen sich im Betrieb ebenfalls. Bei Wärmekraftmaschinen muß ein Teil der eingesetzten Wärmeenergie wieder abgeführt werden.

Beispiele:

• Ein Verbrennungsmotor erzeugt Abwärme, welche durch den Kühler meist vorne unter der Kühlerhaube an die Umgebungsluft abgegeben wird.
• Ein Kühlschrank erzeugt Abwärme, welche durch ein Kühlgitter hinter dem Kühlschrank an die Umgebungsluft abgegeben wird.
• Ein Kraftwerk erzeugt Abwärme, welche für Fernwärme genutzt werden kann.
• Abwasserabwärme aus der Kanalisation kann wegen seiner gleichmäßigen Temperatur zu einem rentablen Heizungsbetrieb einer Wärmepumpe beitragen.

Als Alkane bezeichnet man in der organischen Chemie eine Stoffgruppe einfacher Kohlenwasserstoffe, bei der keine Mehrfachbindungen zwischen den Atomen auftreten. Sie bestehen wie der Name Kohlenwasserstoff bereits andeutet nur aus den beiden Elementen Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) und gehören zu den gesättigten Verbindungen.

Das Grundgerüst der Alkane kann sowohl aus unverzweigten und verzweigten Ketten als auch aus Ringen bestehen. Die ersten beiden Typen, die man jeweils als n-Alkane und iso- beziehungsweise neo-Alkane bezeichnet, bilden eine homologe Reihe mit der allgemeinen Summenformel CnH2n+2. Die ringförmigen Moleküle bezeichnet man als Cycloalkane; sie weisen sowohl bezüglich ihrer Struktur als auch hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften einige Unterschiede zu den kettenförmigen Alkanen auf.

Alkane stellen eine besonders einheitliche Stoffgruppe dar, die das Gerüst für viele weitere organische Stoffgruppen bildet. Cycloalkane haben aufgrund der anderen Molekültopologie allerdings Eigenschaften, die sich zum Teil erheblich von denen der Kettenalkane unterscheiden.

Benzin ist eine Mischung aus verschiedenen leichten Kohlenwasserstoffen. Es wird als Brennstoff für Kraftmaschinen verwendet.

Es gibt verschiedene Arten von Benzinen, die sich darin unterscheiden, aus welchen Kohlenwasserstoffen sie bestehen.

Die für Benzin benötigten Kohlenwasserstoffe werden normalerweise aus Erdöl durch fraktionierte Destillation und Cracken gewonnen. Benzin kann auch aus Kohle durch Kohleverflüssigung gewonnen werden. Dabei wird der Wasserstoffbedarf durch die endotherme Reaktion von Kohle und Wasser gedeckt (Kohlevergasung). Der hohe Energieaufwand und der hohe CO2-Ausstoß machen das Verfahren unwirtschaftlich, solange billiges Erdgas und Erdöl zur Verfügung stehen.

Bestandteile des Normalbenzins:

1. verschiedene Kohlenwasserstoffe
2. Antiklopfmittel - spezielle Ether
3. Fettsäureester (höhere Alkohole, verhindern Einspritzvereisung)
4. Phenole (verhindern Rußabscheidung, gegen Benzinalterung durch Autoxidation (Oxidation an Luft))
5. Komplexbildner; verhindern, dass Metalle frei im Benzin vorkommen
6. Amine - Korrosionsschutz
7. Farbstoffe

Biodiesel wird aus mit Methanol veresterten Pflanzenölen hergestellt. Basis der Pflanzenöle ist unter anderem der Samen der Rapspflanze. Er wird auch dem mineralischen Diesel aus Klimaschutzgründen beigemischt. Da die Eigenschaften von Biodiesel in vielen Punkten denen von mineralischem Diesel sehr ähnlich sind, können auch nicht umgerüstete Dieselmotoren mit diesem Kraftstoff betrieben werden. Da sich Biodiesel wie ein leichtes Lösungsmittel verhält, können unter Umständen Dichtungen und Schläuche im Kraftstoffsystem angegriffen werden, wenn diese nicht beständig gegen Biodiesel sind. Nachteilig ist der hohe Aufwand zur Herstellung und die geringe Dezentralität der in Deutschland betriebenen Biodieselanlagen. Zudem kann Biodiesel eine große Menge Wasser aufnehmen, was zu Korrosionsproblemen an der Einspritzausrüstung führen kann.

Biomasse bezeichnet die Gesamtheit der biochemisch synthetisierten Masse, also die Masse aller Lebewesen einschließlich ihrer organischen Stoffwechselprodukte.

Primärproduzenten (Pflanzen) sind, durch die Photosynthese in der Lage, aus anorganischen Stoffen (CO2, H2O, Mineralstoffe), unter Energiezufuhr Biomasse, vor allem in Form von Zuckern Glucose, aufzubauen. Die Primärproduzenten werden als Nahrung von Konsumenten genutzt, zur Produktion von tierischer Biomasse.

Die in der Biomasse biochemisch gespeicherte Sonnenenergie kann auch als sich selbst erneuernder Energielieferant (nachwachsenden Energieträger) für die Gewinnung elektrischer Energie oder als Kraftstoff genutzt werden (Regenerative Energie). Die Verwendung von Biomasse zur Erzeugung von Wärme, elektrischer Energie oder als Kraftstoff ermöglicht eine ausgeglichene CO2-Bilanz, da nur die Menge CO2 ausgestoßen wird, die kurz zuvor biochemisch gebunden wurde.

Brennstoff ist ein brennbares Material, das gespeicherte Energie durch Verbrennung in nutzbare Energie umwandelt. Kernbrennstoffe wie Uran oder Plutonium werden nicht chemisch verbrannt, sondern Energie wird durch eine nukleare Kernspaltung oder eine Kernfusion gewonnen.

Brennstoffe sind Rohstoffe. Die meisten derzeit genutzten Brennstoffe sind Kohlenstoffverbindungen. Sie werden unterschieden in fossile Rohstoffe und nachwachsende Rohstoffe. Hinzu kommen Wasserstoff und Kernbrennstoff.

Beim Brennwert wird die Kondensationswärme des bei der Verbrennung gebildeten Wassers, 2.44 MJ/kg bezogen auf 25 °C, zum Heizwert hinzugezählt. So ist der Heizwert von trockenem Holz (Rest-Feuchtigkeit 20 %) um etwa 7 % niedriger als sein Brennwert.

Beispiel:

* Brennwert Holz: 16-18 MJ/kg Trockenmasse.
* Heizwert Holz: 15-17 MJ/kg Trockenmasse.

Ein Brennwertkessel ist ein Heizkessel für Warmwasserheizungen, der den Energieinhalt des eingesetzten Brennstoffes nahezu vollständig nutzt. Der Unterschied zu konventionellen Kesseln besteht darin, dass Brennwertkessel auch die Kondensationswärme des Abgases weitgehend nutzen. So erreichen Brennwertkessel heizwertbezogene Wirkungs-/ Nutzungsgrade von über 100 %. Physikalisch sinnvoller ist jedoch der Bezug auf den Brennwert, ein idealer Brennwertkessel ohne Verluste erreicht einen brennwertbezogenen Wirkungs-/ Nutzungsgrade von genau 100 %.

Funktionsweise

Bei der Verbrennung der (kohlen-)wasserstoffhaltigen Brennstoffe entsteht wasserdampfhaltiges Abgas. In Brennwertkesseln kühlt man das Abgas soweit ab, dass die Wasserdampfanteile des Abgases kondensieren. Durch die Nutzung der Kondensationswärme tritt eine deutliche Verbesserung des verbrennungstechnischen Wirkungsgrades ein.

Die Brennwertnutzung wird häufig dadurch erreicht, dass die Eintrittstemperatur des Heizungswassers in den Heizkessel ("Rücklauftemperatur") so weit abgesenkt wird, dass der Taupunkt des Abgases an den Wärmeübertragerflächen unterschritten wird. Dies kann je nach Konstruktion im Kessel selbst oder auch in einem separaten Wärmeübertrager geschehen. Ein weiteres Prinzip der Brennwertnutzung ist die Verbrennungsluftvorwärmung. In diesem Fall tritt die Kondensation im Luft-Abgas-System auf und sorgt für eine Vorwärmung der Verbrennungsluft.

Briketts sind ziegelförmige Stücke aus gesiebtem Braunkohlen- oder Steinkohlenstaub. Sie werden durch Pressen oder Formen hergestellt, wobei Steinkohlenteerpech als Bindemittel verwendet wird.

Gegenüber normaler Kohle haben sie den Vorteil, dass sie sich wegen ihrer regelmäßigen Form gut und leicht zusammenstellen lassen und demnach einen nur verhältnismäßig geringen Raum einnehmen. Sie geben dabei aber ein sehr gutes Brennmaterial ab und eigneten sich früher auch für Lokomotiven und Dampfschiffe. Der sonst nicht verwendbare Steinkohlenstaub lässt sich auf diese Weise gut verwerten.

Braunkohlenbriketts werden ohne Bindemittel unter hohem Druck gepresst.

Eine modernere Form des Briketts wird aus verschiedenen feinvermahlenen Materialien gewonnen, z. B. aus Sägespänen oder Altpapier.

BtL-Kraftstoff (Biomass to Liquid) wird auch als SunDiesel bezeichnet. Er wird aus Holz, Stroh oder anderer Biomasse gewonnen. BtL befindet sich noch in der Testphase und hat noch einen großen Forschungsbedarf. Vorteil: Die ganze Pflanze kann genutzt werden. Auch konventionelle Dieselfahrzeuge können damit fahren. Eine Gesamtenergiebilanz der BTL-Prozesse liegt derzeit noch nicht vor.

Butan ist die Bezeichnung für zwei gasförmige, farblose, gesättigte Kohlenwasserstoffe (Alkane), die in den zwei strukturisomeren Formen n-Butan CH3-CH2-CH2-CH3 und Isobutan (2-Methylpropan) CH(CH3)3 auftreten. Davon abgeleitet sind der Butyl- und Isobutyl-Rest (C4H9)-, die in vielen chemischen Verbindungen auftreten.

Butan ist die Bezeichnung für zwei gasförmige, farblose, gesättigte Kohlenwasserstoffe (Alkane), die in den zwei strukturisomeren Formen n-Butan CH3-CH2-CH2-CH3 und Isobutan (2-Methylpropan) CH(CH3)3 auftreten. Davon abgeleitet sind der Butyl- und Isobutyl-Rest (C4H9)-, die in vielen chemischen Verbindungen auftreten.

Ein Dampfkraftwerk ist eine spezielle Bauart eines Kraftwerks zur Erzeugung elektrischer Energie, bei der die thermische Energie dampfförmigen Wassers in einer Dampfturbine (in der Frühzeit in einer Kolbendampfmaschine) ausgenutzt wird. Der zum Betrieb der Dampfturbine notwendige Dampf wird in einem Dampferzeuger aus zuvor gereinigtem und entsalztem Wasser erzeugt. Dazu wird Wasser unter hohem Druck in dem Dampferzeuger verdampft. Dabei nimmt die Temperatur des Dampfes stark zu, dessen spezifisches Volumen stark ab.

Vom Dampferzeuger aus strömt der Dampf über Rohrleitungen in die Dampfturbine, wo er einen Teil seiner zuvor aufgenommenen Wärme in Form von Bewegungsenergie an die Turbine abgibt. An die Turbine ist ein Generator angekoppelt, der die Bewegung der Turbine in elektrische Energie umwandelt. Anschließend strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in den Kondensator, wo er durch Wärmeübertragung an die Umgebung weiter abkühlt und zuletzt in flüssiger Form als Wasser über eine Speisepumpe erneut dem Dampferzeuger zugeführt wird.

Der Dampferzeuger kann sowohl mit konventionellen Brennstoffen wie Öl, Gas sowie Kohle oder aber auch nuklear in einem Atomkraftwerk beheizt sein. Der Kondensator steht mit seiner Bauform als Rohrbündelwärmetauscher zumeist mit einem Kühlturm in Verbindung, über den die nicht mehr nutzbare Wärme des Dampfes mit Hilfe von Kühlwasser an die Umgebung abgegeben wird.

Diese Art der Nutzung der Wärmeenergie zur Stromerzeugung unterliegt den Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik, mit deren Hilfe auch eine Aussage über den Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerkes gemacht werden kann. Moderne Dampfkraftwerke haben einen Wirkungsgrad von bis zu 45 %. Das heißt: Mehr als 55 % der eingesetzten Energie in Form von Wärme können nicht genutzt werden und gehen über den Kühlturm verloren.

Der Wirkungsgrad einer Dampfturbine hängt in erster Linie von dem Temperaturgefälle ab, das der Dampf durchläuft. Dies erklärt die beiden Bedingungen für eine effiziente Turbine:

* Eine möglichst hohe Dampftemperatur am Eintritt der Turbine,
* Eine möglichst niedrige Dampftemperatur am Austritt der Turbine.

Die Dampftemperatur am Eintritt läßt sich durch den Betrieb des Dampferzeugers gestalten, daneben spielen Werkstofffragen der beteiligten Bauteile eine wichtige Rolle.

Die Dampftemperatur am Austritt wird in erster Linie durch den Wärmeübergang an die Umgebung und damit durch den erreichbaren, möglichst niedrigen Druck beeinflusst. In der Praxis spielen dort Verschmutzungen der Rohrbündel des Kondensators eine ganz entscheidende Rolle, denen mit speziellen Reinigungsverfahren begegnet wird.

Um die Nutzung der eingesetzten Primärenergie weiter zu verbessern, kann eine so genannte Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, das heißt auch die anfallende Abwärme wird weiterverwendet, zum Beispiel als Nah- oder Fernwärme.

Ein wesentlich höherer Gesamtwirkungsgrad kann auch durch die Nutzung von heißem Abgas aus einer Gasturbine anstatt der Verfeuerung von Kohle zum Verdampfen des Wassers erreicht werden. Solche aus Gas- und Dampfturbine bestehenden Kraftwerke nennt man daher auch GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampf-Kraftwerke).

Dieselkraftstoff (auch Diesel, Dieselöl) ist ein Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, das als Kraftstoff für einen Dieselmotor geeignet ist. Diesel wird durch Destillation von Rohöl als Mitteldestillat gewonnen. Die Hauptbestandteile des Dieselkraftstoffes sind unter anderem Alkane, Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe mit etwa neun bis 18 Kohlenstoff-Atomen pro Molekül und einem Siedebereich zwischen 170 °C und 390 °C. Dieser Kraftstoff hat einen sehr breiten Fraktionierbereich, weshalb die vergleichsweise vielen schweren Anteile zum Rußen des Motors führen können.

Diesel und Heizöl haben einen ähnlichen Siedeverlauf, weshalb sie austauschbar sind. Jedoch ist Heizöl wegen der Besteuerung rot eingefärbt.


Petroleum hat ähnliche physikalische Eigenschaften wie Diesel. Ebenso wie Fraktionen pflanzlicher Öle und Fette lässt es sich, gegebenenfalls nach Anpassen der Zusätze (Schmierstoffe etc.) und des Motors, in Dieselmotoren einsetzen. Der Elsbett-Motor ist ein direkt einspritzender Dieselmotor, der auch mit Pflanzenölen betrieben werden kann.

Andere Inhaltsstoffe und Eigenschaften werden durch die Norm DIN EN 590 geregelt. Hier wird auch der Schwefelgehalt begrenzt, der schrittweise bis 2007 auf Null reduziert werden muss. Österreich hat freiwillig Schwefel schon früher reduziert und die Schwefelfreiheit bereits 2004 erreicht. Die Zündwilligkeit des Kraftstoffes wird durch die Cetanzahl angegeben.

Unter Elektrolyse (griech. "mittels Elektrizität befreien") versteht man die Aufspaltung einer chemischen Verbindung unter der Einwirkung des elektrischen Stroms (Umwandlung elektrischer in chemische Energie).

Prinzipien

Der Stromfluss im Elektrolyten wird durch die zu den Elektroden wandernden Ionen verursacht (Ionenwanderung). Die Spannungsquelle bewirkt den "Elektronensog" (Elektronenmangel) in der Anode und den "Elektronendruck" (Elektronenüberschuss) in der Kathode. Sie "pumpt" Elektronen von der Anode zur Kathode. Innerhalb des Elektrolyten teilen sich Ionisierbare Moleküle in Anionen (Negativ geladen die zur Anode wandern) und Kationen (Positiv geladen die zur Kathode wandern).,


Elektrolyse von Wasser

Die Elektrolyse von Wasser besteht aus 2 Teilreaktionen, die an den 2 Elektroden ablaufen. Die Elektroden tauchen in Wasser ein, welches durch die Zugabe von etwas Schwefelsäure besser leitend gemacht wird.

Positiv geladene Hydronium-Ionen wandern im elektrischen Feld zu der negativ geladenen Elektrode (Kathode), wo sie jeweils ein Elektron aufnehmen. Dabei entstehen Wasserstoff-Atome, die sich mit einem weiteren, durch Reduktion entstandenen H-Atom zu einem Wasserstoff-Molekül vereinigen. Übrig bleiben Wasser-Moleküle.

2 H3O+ + 2 e- ? H2 + 2 H2O

Der abgeschiedene, gasförmige Wasserstoff steigt an der Kathode auf.

Zur positiv geladenen Elektrode (Anode) wandern die negativ geladenen Hydroxid-Ionen. Jedes Hydroxid-Ion gibt zwei Elektronen an den Plus-Pol ab, so dass Sauerstoff-Atome entstehen, die sich zu Sauerstoff-Molekülen vereinigen. Die übrig bleibenden H+-Ionen werden umgehend von Hydroxid-Ionen zu Wasser-Molekülen neutralisiert.

2 OH- ? 1/2 O2 + H2O + 2 e-


Auch hier steigt der abgeschiedene Sauerstoff als farbloses Gas an der Anode auf.

Die Gesamtreaktionsgleichung der Elektrolyse von Wasser lautet:

4 H3O+ + 4 OH- ? 2 H2 + O2 + 6 H2O

Der Wirkungsgrad der Elektrolyse von Wasser liegt bei ca. 70 %. Bei der alkalischen Elektrolyse bei etwa 90 %. Die energetische Betrachtung ist beispielsweise bei der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger vonnöten.

Wenig dokumentiert ist die elektrodynamische Elektrolyse, in der die Ionen in einem pulsierenden elektrischen und magnetischen Feld beschleunigt werden. Zur Optimierung des Wirkungsgrades können auch Temperaturerhöhung und Photonenbestrahlung (Solarhydrolyse) Einsatz finden. Auch Vakuum kann in der Extraktion von gasartigen Elektrolyseprodukten wirkungsgraderhöhend angewandt werden.

Spezialfälle der Elektrolyse sind die Voltammetrie und die Polarographie. Hier verwendet man die Messung des Elektrolysestromes, in Abhängigkeit von der Spannung, um Aufschluss über die chemische Zusammensetzung des Elektrolyten zu erhalten.

Mit dem Ausdruck Energieträger wird der Rohstoff bezeichnet, der für die Energiegewinnung nutzbar gemacht wird, bzw. werden kann.

Hauptenergieträger und -quelle ist die Sonnenenergie. Fossile und erneuerbare Energieträger speichern umgewandelte Sonnenenergie.

Erdgas ist ein brennbares Naturgas, das in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Häufig tritt es zusammen mit Erdöl auf, da es auf ähnliche Weise entsteht. Erdgase unterscheiden sich örtlich in ihrer Zusammensetzung, Hauptbestandteil ist aber immer Methan.

Die chemische Zusammensetzung schwankt beträchtlich. Ein Hauptbestandteil ist immer Methan. Häufig enthält Erdgas auch größere Anteile höherer Kohlenwasserstoffe, dieses Erdgas wird nasses Erdgas genannt (dies hat nichts mit dem meist auch vorhandenen Wasserdampfanteil zu tun) sowie diverser anderer Gase wie zum Beispiel, örtlich bedingt, Ethan, Propan, Butan und Ethen. Darunter befindet sich auch Schwefelwasserstoff, der durch Entschwefelung des Erdgases entfernt wird und bis zu neun Prozent Kohlendioxid, da es für die Energienutzung wertlos ist wird es in die Luft abgegeben. Das sind rund 28.000 Tonnen pro Tag an einer Bohrinsel. Von großem Wert sind Erdgase, die bis zu sieben Prozent Helium enthalten. Diese sind die Hauptquelle der Heliumgewinnung.

Das Erdöl ist ein in einige Schichten der Erdkruste eingelagertes, hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen bestehendes, dickflüssiges, lipophiles Gemisch. Es gibt drei Theorien zur Entstehung des Erdöls.

Erdöl ist einer der wichtigsten Rohstoffe der modernen Industriegesellschaften. Es ist wichtig zur Erzeugung von Elektrizität und als Treibstoff fast aller Verkehrs- und Transportmittel. Daneben wird Erdöl in der chemischen Industrie zur Herstellung von Kunststoffen und anderer Chemieprodukte vielfach eingesetzt. Aus diesen Gründen wird es auch "Schwarzes Gold" genannt.

Eine Erdölraffinerie ist ein Industriebetrieb, der aus dem Naturstoff Erdöl, durch Destillation, Reinigung (Entschwefelung) und Veredelung (Reformierung), höherwertige Produkte herstellt.

Das Naturprodukt Erdöl wird in der Raffinerie vor der Verarbeitung Rohöl und nach der Verarbeitung Mineralöl genannt.

Die Funktionsweise einer Raffinierie beruht darauf, dass sich Erdöl aus Kohlenwasserstoffmolekülen zusammensetzt, deren Siedepunkt mit zunehmender Kettenlänge steigt. Das Rohöl wird zuerst entsalzt, in einem Ofen auf etwa 400 Grad Celsius erhitzt und dann durch fraktionierte Destillation in einer bis zu 50 m hohen Kolonne in seine Bestandteile getrennt. Je leichter die Bestandteile sind, desto höher gelangen sie in der Kolonne nach oben. Im Kopf der Kolonne wird Gas und Leichtbenzin (Naphtha) gewonnen, darunter Kerosin Hauptbestandteil des Flugbenzins, weiter unten Gasöl (Heizöl- und Diesel-Ausgangsstoffe) und im Sumpf - Fuß der Kolonne - der Rückstand, der unter anderem für die Herstellung von Bitumen verwendet wird. Da hierbei im Verhältnis zu den Anforderungen des Marktes viel zu wenig Benzin und Heizöl und zu viele schwerere Stoffe entstehen, wird anschließend durch Vakuumdestillation die schwere Fraktion weiter aufgetrennt und dann durch Cracken bei etwa 500 Grad Celsius unter Druck oder mit Hilfe eines Katalysators größere Kohlenwasserstoffmoleküle zerteilt, um die Ausbeute der begehrteren Stoffen zu erhöhen. Neben dem Crack-Prozess werden noch einige weitere Veredelungsverfahren eingesetzt. Besonders wichtig ist hier das katalytische Reformieren, bei dem aus dem Rohbenzin eine hochoktanige, aromatenreiche Komponente für Benzin entsteht. Als wertvolles Nebenprodukt entsteht Wasserstoff, welcher wiederum für die Entschwefelung oder das katalytische Cracken gebraucht wird. Bei der Entschwefelung wird der Einsatzstoff an einem Katalysator mit Wasserstoff behandelt. Es entsteht dabei ein entschwefeltes Produkt und Schwefelwasserstoff (H2S). Der Schwefelwasserstoff wird in Clausanlagen zu Schwefel umgesetzt, der zum Beispiel bei der Herstellung von Gummi benötigt wird.

Erneuerbare Energie, auch regenerative Energie genannt, bezeichnet die Bereitstellung von Energie aus nachhaltigen Quellen, die entweder nachwachsen oder nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich sind (siehe unten). Im physikalischen Sinne wird Energie nicht erzeugt, sondern aus entsprechenden Energieträgern bzw. Energiespeichern umgewandelt, trotzdem hat sich dieser Begriff in der Praxis durchgesetzt.

Auch ist der Begriff regenerativ so nicht exakt, da Energie nicht erneuert werden kann. Da jedoch die Sonne für das menschliche Zeitempfinden als ein unendlicher Energiespeicher bezeichnet werden kann, hat sich dieser Begriff eingebürgert.

Die Sonne ist als Quelle der meisten regenerativen oder solaren Energien anzusehen. Sie hat eine voraussichtliche weitere Brenndauer von etwa 5 Milliarden Jahren, so dass bei regenerativen Ressourcen nicht das Problem der begrenzten Reserven auftritt, unter dem fossile Energieträger leiden. Zwar sind letztere durchaus als solare Ressourcen zu verstehen, da sie aus Biomasse bestehen. Der Begriff Regenerative Energien umfasst diese Energieträger aber gerade nicht. Weil die Menschheit seit Beginn der Industrialisierung die darin gebundenen Energien (und das CO2) in Zeiträumen freisetzt, die unvergleichlich kürzer sind, als die Bildung derselben gedauert hat, sind sie nicht regenerativ. Pro Tag verbrennen wir etwa so viel fossile Energie, wie die Natur in 500.000 Tagen geschaffen hat. Durch ihre erschöpfbaren Reserven werden so genannte fossile und auch atomare Energieträger als Gegensatz zu regenerativen Energieträgern angesehen.

Faulgas ist ein Gemisch von zumeist brennbaren Gasen, das bei der anaeroben Gärung (biologische Zersetzung unter Abwesenheit von Sauerstoff) kohlenwasserstoffhaltiger biologischer Substanzen durch Bakterien entsteht. Der häufigste brennbare Bestandteil des Gasgemischs ist Methan (Summenformel: CH4). Für den stechenden Geruch sorgt neben anderen Gasen hauptsächlich Schwefelwasserstoff (Summenformel: H2S).

In der Natur entsteht Faulgas vor allem in Sümpfen und anderen stehenden Gewässern unter Sauerstoffabschluss, da für die methanbildenden Bakterien, so genannte Archaeen ("Urbakterien"), Sauerstoff ein tödliches Gift ist. Aufgrund dieser Entstehung wird es auch Sumpfgas genannt.

Faulgas wird jedoch nicht nur in Gewässern, sondern auch im Darm von Tieren und im Pansen von Wiederkäuern (prominentes Beispiel sind Rinder) von Archaeen erzeugt, wo sie neben der Methanproduktion zur Verdauung der Nahrung eine wichtige Rolle spielen.

Da der Hauptbestandteil von Faulgas das für den Treibhauseffekt mitverantwortliche Gas Methan ist, wurden umfangreiche Untersuchungen zum anthropogenen (menschengemachten) Methananteil des Hauptproduzenten Landwirtschaft gemacht, woraus sich ergab, dass Reisfelder, Rinder und Gülle die Hauptquellen für anthropogenes Methan sind.

Im technischen Einrichtungen entsteht Faulgas beim Ausfaulen der Klärschlämme von Kläranlagen und in Biogasanlagen (daher auch die Bezeichnungen Klärgas beziehungsweise Biogas). Das Vergären biologischer Substanzen in Kläranlagen und Biogasanlagen ist ökonomisch und ökologisch interessant, da das Methan (welches übrigens auch der Hauptbestandteil von Erdgas ist) ein hochwertiger Brennstoff ist und zum anderen die klimaschädlichen Gase Methan und Lachgas (entsteht beim Abbau stickstoffhaltiger biologischer Stoffe wie Gülle) nicht in die Umwelt entweichen und die Reste der Vergärung wesentlich unproblematischer für Böden und Gewässer sind als die ursprünglichen landwirtschaftlichen Abfälle (Überdüngung durch Nitrat, ein Abbauprodukt des in landwirtschaftlichen Abfällen wie Gülle enthaltenen Ammoniums).

Faulgase sind ferner auch die Auslöser von Irrlichtern.

Als Fernwärme bezeichnet man den Transport von thermischer Energie vom Erzeuger zum Verbraucher, meist zur Heizung von Gebäuden.

Technischer Ablauf

Entstanden ist die Idee der Fernwärme als Möglichkeit den Wirkungsgrad von kalorischen Kraftwerken zu erhöhen, indem man die entstehende Abwärme mittels sogenannter Kraft-Wärme-Kopplung nutzt. Zu diesem Zweck wird Wasser als wärmespeicherndes Medium in einem kontinuierlichem Kreislauf vom Wärmeerzeuger zum Verbraucher und zurück gepumpt. Dazu müssen notwendigerweise Rohrleitungen mit entsprechender Nennweite und sehr guter Wärmedämmung verlegt werden, ebenso Wärmetauscher an den Übergabestellen zu den Verbrauchern sowie innerhalb des Fernwärmenetzes. Neben der Nutzung der Abwärme von Kraftwerken entstanden auch reine Fernheizwerke, oft in Form von Müllverbrennungsanlagen oder zum thermischen Verwerten von Produktionabfällen der Holzindustrie.

Wegen des auch bei sehr guter Wärmedämmung nicht zu vermeidenden Wärmeverlusts über längere Strecken eignet sich Fernwärme nur in großstädtischen Ballungsgebieten als alternative Wärmeversorgung. In Deutschland hat Mannheim als erste große Stadt ein Fernwärmenetz errichtet. Daneben verfügt auch der der ehemalige Westteil von Berlin über ein umfangreiches Fernwärmenetz.

Als Flüssiggas (auch Autogas oder LPG (Liquefied Petroleum Gas) genannt) bezeichnet man ein Gemisch aus Propan und Butan. Es kann sich aber auch um reines Propan oder reines Butan handeln. Es ist im gasförmigen Aggregatzustand schwerer als Luft. Es wird aber unter Druck transportiert und gelagert. Bereits unter sehr geringem Druck wird es bei Normaltemperatur flüssig. Es ist leicht brennbar und verbrennt explosionsartig. Die Explosionsgrenzen liegen je nach Mischungsverhältnis zwischen 1,5 %- 9 % Anteil in der Luft. Der Siedepunkt liegt bei ca. -10 bis 0 °C.
Bei Transporten muss es eine Kennzeichnung nach ADR haben, und zwar mit einer UN-Nummer 1263 und der Kemler-Zahl 33.

Verwendung

für Heiz- und Kochzwecke

in ländlichen Gegenden, wo es keine Erdgasversorgung gibt. Dazu wird das Flüssiggas in Tanks gelagert, wo es mit Tankfahrzeugen angeliefert wird.
In kleineren Mengen wird es in Gasflaschen oder in Gaskartuschen im Campingbereich eingesetzt.
Zum Grillen im Freien mit Gasgrills wird meist dieses Gas in 5l oder 10l Gasflaschen verwendet.

Kraftstoff

Flüssiggas findet auch Anwendung als Kraftstoff für Ottomotoren. Bereits in den 1970er war es in Italien sehr verbreitet und ist es geblieben. Auch die gesamte Autobusflotte der Wiener Verkehrsbetriebe fährt seitdem mit Flüssiggas. Es verbrennt umweltfreundlicher als Benzin. Der Schadstoffausstoß von Stickoxiden beträgt etwa 20%. Zuerst war es bei den Taxi, später auch im privaten KFZ-Bereich, in den 1980er Jahren in Österreich durch günstige Preise sehr verbreitet. Durch die höhere Besteuerung wurde es in Österreich aber wieder uninteressanter.

Heute ist Flüssiggas als Treibstoff in den europäischen Nachbarländern (wie BE, NL, GB, PL, IT...) etabliert. In Deutschland hat es eine stark zunehmende Bedeutung. Eine Umrüstung der PKW auf Flüssiggas (LPG) ist relativ unkompliziert, da das Leergewicht nur 25 kg beträgt und fast jedes Fahrzeug mit Benzinmotor für ca. 1.500 bis 2.800 Euro umgebaut werden kann. Der Tank findet seinen Platz entweder in der Reserveradmulde (40 bis 72 Liter) oder im Kofferraum (60 bis 120 Liter). Die Reichweite beträgt je nach Verbrauch bis zu 1.000 km. Beim Umbau bleibt der Benzintank erhalten, so dass das Fahrzeug wahlweise mit Benzin oder Flüssiggas betrieben werden kann (bivalenter Antrieb). Das Umschalten zwischen Benzin- und Flüssiggasbetrieb kann wahlweise während der Fahrt erfolgen. Mit dem Einbau ist also auch eine erhebliche Reichweitenerhöhung verbunden, sofern auch noch entsprechend Benzin mitgeführt wird.

In Deutschland gibt es mit Stand Dezember 2004 ca. 625 Autogastankstellen und es werden immer mehr. In anderen europäischen Ländern (Niederlande, Belgien, Italien, Polen, usw...) besteht ein fast flächendeckendes Netz. Die Preise für Autogas liegen in Deutschland bei ca. 0,43 bis 0,63 €/l, im Ausland bei ca. 0,30 - 0,60 €/l Bei dem Preisvergleich mit Benzin muss allerdings noch berücksichtigt werden, dass der Literverbrauch bei Flüssiggasbetrieb um etwa 20 % steigt, da Flüssiggas im Vergleich zum Benzin eine erheblich geringere Dichte und somit einen geringeren Energieinhalt hat. Grob kann man von einer Halbierung der Treibstoffkosten ausgehen beim Vergleich Benzin/Super zu Flüssiggas. Bei einem Verbrauch von 8Liter/100km und einem Benzinpreis von 1 Euro pro Liter Benzin/Super sind die Installationskosten nach etwa 50000 km wieder eingespart.

Durch die rückstandsfreie Verbrennung werden häufig auch Gabelstapler in der Industrie mit Flüssiggas betrieben und ersetzen somit Dieselstapler, die Ruß emittieren. Flüssiggasbetriebene Gabelstapler dürfen als einzige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor in geschlossenen Räumen betrieben werden. Da bei der Verbrennung 80 Prozent weniger Schadstoffe entstehen als bei herkömmlichen Verbrennungstechniken, spricht man hier auch nicht mehr von Abgasen, sondern von "Abluft".

Erdgaskraftstoff

Neben Flüssiggas wird auch Erdgas als Kraftstoff verwendet. Die Automobilindustrie bietet einige Erdgas-Modelle an, jedoch ist die Variantenzahl sehr eingeschränkt (12 Modelle). Eine Nachrüstung von Benzinfahrzeugen ist aufwändiger, der Umbau kostet um 4.000 - 5.500 Euro. Die Anlage wiegt leer ca. 170 kg. Durch die spezifischen Eigenschaften von Erdgas nimmt der Tank für eine Reichweite von 200-300km (bei 200 bar Druck) häufig das Volumen des halben Kofferraums ein. Erdgastankstellen entnehmen das Gas dem Erdgasnetz bei 50mbar und komprimieren es auf einen Druck von 200 bar. Dieser Vorgang ist energieintensiv, jedoch entfällt durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes der Aufbau eines neuen Transport- und Verteilnetzes.



Feuerzeuggas

Das Gas wird vielfach in handelsüblichen Feuerzeugen eingesetzt.

Die Fußbodenheizung gehört zur Gruppe der Flächenheizungen. Erste Fußbodenheizungen wurden bereits von den Römern verwendet (Hypokaustum). Später etwa ca. 700 n. Chr. auch von den Koreanern, die Fußbodenheizung "Ondol". Der große Durchbruch der Fußbodenheizung hat sich seit den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts rasant vollzogen. Wichtige Gründe dafür waren und sind die Behaglichkeit und die architektonische Freiheit der Raumgestaltung.
Dazu kommen noch die hygienischen Aspekte einer Fußbodenheizung. Staubaufwirbelung findet nicht statt. Durch die gleichmäßige Flächenwärme wird das Wachstum der Hausstaubmilbe und die Schimmelpilzbildung verhindert.

Gas-to-Liquids
aus Wikipedia, der freien Wissensdatenbank

Im GtL-Verfahren (Gas-to-Liquids) wird Erdgas durch Zufuhr von Sauerstoff zu Synthesegas und dieses zu flüssigem Kohlenwasserstoff umgewandelt. Daraus kann durch Fraktionierung unter anderem ein hochwertiger Kraftstoff für Dieselmotoren gewonnen werden. Diese farb- und geruchlose Flüssigkeit ist völlig schwefelfrei und enthält keine aromatischen Verbindungen noch organischen Stickstoff. Weiterhin ist es biologisch abbaubar und ungiftig.

Erste Versuche mit GtL als Kraftstoff für Dieselmotoren sind sehr vielversprechend. Die Abgaswerte sind besser als mit üblichen Dieselkraftstoffen, und der GtL-Kraftstoff erfordert nur unbedeutende Anpassungen an den Motoren.

Shell führte den V-Power-Diesel Ende Juni 2004 ein. Shell V-Power soll 5% GtL-Anteil und zusätzliche Additive enthalten. Das zeitgleich von Aral auf den Markt gebrachte ULTIMATE Diesel wird ohne GtL-Beimischung hergestellt. Der Preis beider Produkte lag bei Marktstart 8 ct/l über der Standardqualität.

Es gibt Planungen bei Shell in Zusammenarbeit mit dem Emirat Katar eine Großanlage zur GtL-Herstellung zu bauen (Inbetriebnahme frühestens 2009). Derzeit gibt es eine kleine GtL-Produktion in Malaysia.

Die globale Erwärmung ist ein weltweites Klimaphänomen, das den Anstieg der durchschnittlichen, globalen Oberflächentemperatur bezeichnet. Dabei wird nicht die Klimageschichte der Erde in ihrer Gesamtheit betrachtet, sondern insbesondere die letzten 150 Jahre. Um dieses Phänomen zu erklären, werden sowohl natürliche als auch durch den Menschen verursachte Gründe in Betracht gezogen. Die Bezeichnung wurde im Verlauf der 1980er und 1990er Jahre geprägt. Vor dieser Zeit war man in der Wissenschaft vom umgekehrten Effekt, einer langsamen Abkühlung der Erdoberfläche, überzeugt.

Wissenschaftler glauben heute im Allgemeinen, dass die gestiegene Konzentration der vom Menschen verursachten Treibhausgase in der Atmosphäre dabei eine wichtige Rolle spielt. Dies bezeichnet man als anthropogenen Treibhauseffekt, bei dem die Erdatmosphäre die in Wärme umgewandelte Strahlung der Sonne in erhöhtem Maße absorbiert, und damit die Erdoberfläche wärmer wird als bei einer ungestörten Atmosphärenzusammensetzung.

Der natürliche Treibhauseffekt, durch naturgegebene Klimagase, ist hingegen für die Entwicklung höherer Lebewesen von entscheidender Bedeutung. Ohne diesen seit Entstehung der Erde wirksamen Effekt läge die jährliche Durchschnittstemperatur der Erde bei ca. -18 Grad Celsius. Sie wäre deshalb für die meisten Lebewesen unbewohnbar.

Als Hauptbeweis für die derzeitige globale Erwärmung werden die weltweiten Temperaturmessungen seit 1860 herangezogen. Die Daten zeigen, korrigiert um den städtischen Aufwärmungseffekt, dass die durchschnittliche Temperatur an der Oberfläche im 20. Jahrhundert um 0,6 °C ± 0,2 °C zugenommen hat. Die größte Erwärmung fand in zwei Perioden statt: 1910 bis 1945 und 1976 bis 2000 (Quelle: IPCC).

Es sei beachtet, dass Klimakurven, wie die oft verwendete des US-Wissenschaftlers Michael Mann, gewissen Annahmen unterstellt sind. Solche Klimakurven versuchen das Klima der Vergangenen Jahrhunderte, als es noch keine Klimaaufzeichnungen gab, aus Baumringen und anderen natürlichen Beobachtungen zu rekonstruieren. Es gab jedoch immer wieder Kritik an solchen Modellen, etwa vom deutschen Forscher Hans von Storch, der zu anderen Klimakurven kam, die ein optimistischeres Bild zeigen. Allen Modellen gemeinsam ist jedoch die Erkenntnis, dass der Treibhauseffekt zu einer mehr oder weniger stärker ausgeprägten Erwärmung geführt hat und weiter führen wird.

Weitere Indizien sind die beobachteten Veränderungen des Umfangs von Schneedecke und Eis an den Polen, des globalen Meeresspiegels, des Niederschlags, der Wolkendecke, El Niño, Gletscherschmelze und extreme Wetter-Ereignisse im 20. Jahrhundert. Satellitendaten zeigen beispielsweise eine zehnprozentige Verringerung der Schneedecke seit den späten 1960ern, die Ausdehnung des Packeises im Frühling und Sommer der nördlichen Hemisphäre hat seit den 1950ern um 10 % bis 15 % abgenommen, und es gab einen ausgedehnten Rückzug der Berggletscher in nicht polaren Regionen im ganzen 20. Jahrhundert. (Quelle: IPCC)

Hackschnitzel dienen als Brennstoff für Hackschnitzelheizungen und bestehen aus groben Sägeabfällen/Hobelspänen.

Brennstoff

Hackschnitzel werden zumeist in der Größenklasse G30 oder G50 für die automatische Beschickung in spezielle Holzheizkesseln für Zentralheizungen verwendet. Die Beschickung erfolgt meist mit elektrischen Förderschnecken.

Wirtschaftlichkeit

Hackschnitzelheizungen sind wirtschaftlich sinnvoll ab einem Energiebedarf von 20kW oder mehr und eigenen sich deshalb vorzugsweise für größere Gebäudekomplexe.

Umweltverträglichkeit

Hackschnitzelheizanlagen sind umweltneutral. Die Menge an CO2, die bei der Verbrennung freigesetzt wird, entspricht genau der Menge CO2, die beim Wachstum der Hölzer in diese eingebunden wurde.

Bei Einberechnung der CO2-Freisetzung durch Waldbewirtschaftung, Rohholztransport, Aufbereitung usw. ("graue Energie") sind Hackschnitzel im Vergleich zu anderen Energieträgern sehr umweltfreundlich.

Betriebskosten

Hackschnitzelheizungen sind in der Anschaffung deutlich teurer als herkömmliche Öl- oder Gasheizanlagen. Allerdings sind die Brennstoffkosten sehr viel geringer als bei Ölheizanlagen.

Ein Heizkostenverteiler (HKV) ist ein Messhilfsgerät zur verbrauchsabhängigen Berechnung von Heizkosten. Man spricht von einem Messhilfsgerät, weil der Heizkostenverteiler, anders als z. B. ein Wärmezähler, keine physikalische Größe misst, sondern neutrale Einheiten (Striche). Erst durch Verhältnisrechnung mehrerer gleichartiger Heizkostenverteiler lassen sich daraus in der Heizkostenabrechnung die Heizkosten bestimmen. Obwohl es in Deutschland prinzipiell nicht zulässig ist, Waren mit ungeeichten bzw. nicht eichfähigen Messgeräten abzumessen, macht die Heizkostenverordnung bei den Heizkostenverteilern eine Ausnahme.

Aufbau

Der Heizkostenverteiler besteht in der Regel aus einem Rückenteil, meistens aus Metall, das wärmeleitend mit dem Heizkörper verbunden wird, und einem Vorderteil, das auf das Rückenteil aufgesteckt und verplombt wird. Das Vorderteil ist meistens aus Kunststoff und enthält die Messvorrichtung.

Funktionsprinzip

Durch die Erwärmung des Heizkörpers erwärmt sich auch das Rückenteil. Der Temperaturverlauf wird über die Heizperiode (ein Jahr laut Heizkostenverordnung) aufintegriert und bildet so den Messwert. Da die abgegebene Wärmemenge auch von der Größe und Bauart des Heizkörpers und vom Wärmeübergang zwischen Heizkörper und Heizkostenverteiler abhängt, wird der Messwert jedes Heizkörpers mit einem individuellen Faktor multipliziert.

Dieses kann entweder in der Heizkostenabrechnung geschehen, man spricht dann von einer Einheitsskala, weil jeder Heizkostenverteiler mit der gleichen Skala ausgestattet ist, oder bereits durch den Heizkostenverteiler. In diesem Fall wird der Heizkostenverteiler mit einer sogenannten Produktskala ausgestattet, die den Faktor bereits berücksichtigt. Die Bestimmung des Bewertungsfaktors findet bei der Montage des Heizkostenverteilers statt. Dazu wird der Hersteller und Typ des Heizkörpers bestimmt und ein Aufmaß genommen. Die Berechnung des Faktors ist ein Betriebsgeheimnis des jeweiligen Wärmemessdienstes und setzt genaue Kenntnisse über den eingesetzten Heizkostenverteiler und den Heizkörper voraus, die in umfangreichen Versuchsreihen gewonnen werden.

Neben der Einheits- oder Produktskala haben einige Heizkostenverteiler eine zusätzliche Kontrollskala. Diese ist anders geteilt und dient dazu, Ablesefehler festzustellen.

Ganz allgemein wird der Begriff Heizkörper für viele technische Geräte zu Beheizungszwecken verwendet.

Funktion

Am verbreitetsten ist die Verwendung des Begriffs Heizkörper für Radiatoren. Das sind wärmeübertragende technische Bauteile für die Wärmeübertragung von im Heizmedium (meist Wasser) enthaltener thermischer Energie) an die Umgebung (meist Luft), um ein für Menschen behagliche Temperatur herzustellen und aufrecht zu erhalten. Dem gleichen Zweck dienen Heizleisten und Konvektoren.

Ein Temperaturgefälle ist für die Wärmeübertragung immer notwendig; je größer das Temperaturgefälle, desto größer die Wärmemenge, die je Zeiteinheit und Fläche übertragen werden kann.

Wärmeträger

* Wasser
* Dampf
* (Mineral)öle

Die Heizleiste ist ein Heizkörper für Innenräume. Sie verläuft meist an der Innenseite von Außenwänden dicht über dem Fußboden. Von der Heizleiste erwärmte Raumluft steigt an der Wand auf und erwärmt die Wandoberfläche. Von dort wird Wärme hauptsächlich in Form von Strahlung in den Innenraum abgegeben. Diese Strahlung ist unsichtbares langwelliges Infrarotlicht. Die Wärmestrahlung vermittelt trotz verhältnismäßig niedriger Lufttemperatur bei Personen im Raum ein angenehmes Wärmegefühl, ähnlich wie es auch die Sonnenstrahlen an einem sonnigen Frühlingstag bewirken.

Eine Heizung führt bestimmten Orten Wärme zu. Dadurch entsteht dort eine höhere Temperatur als im unbeheizten Zustand. Eine angestrebte Temperatur wird durch Steuerung oder Regelung der Heizung erzielt. Das Wort Heizung ist meist eine bequeme umgangssprachliche Kurzform für genauere Bezeichnungen wie Gebäudeheizung, Raumheizung, Zentralheizung, Fernheizung, Fahrzeugheizung, Kohleheizung, Gasheizung, Ölheizung, Wärmepumpenheizung, etc.

Die älteste Heizung, die auf die Erde einwirkt, ist die Sonne. Sie strahlt aus einer mittleren Entfernung von 149,5 Millionen Kilometer. Neben dem sichtbaren Teil der Sonnenstrahlung heizt auch die unsichtbare Infrarotstrahlung die Erde auf. Als direkte Heizung für das menschliche Wärmebedürfnis hat die Sonne aber Nachteile. Tag- und Nachtwechsel, Wolken, Jahreszeiten verhindern eine beständige Wärmeversorgung. Durch die Nutzung des Feuers schufen sich die Menschen eine Heizung, die den Wunsch nach Wärme unabhängig vom Sonnenstand erfüllt. Das offene Lagerfeuer ist noch eine sehr einfache Form. Im freien Gelände, in der Höhle, im Zelt und in der Hütte diente es aber schon zum kochen und wärmen. Aus diesen Anfängen heraus entwickelten die Menschen weitere Formen der Heizung für die unterschiedlichsten Aufgaben.

Der Heizwert ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge, bei der es nicht zu einer Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes kommt, bezogen auf die Menge des eingesetzten Brennstoffs.

Das Formelzeichen für den Heizwert hieß früher Hu, heute Hi.

Angegeben wird der Heizwert z. B. in Kilojoule pro Kilogramm (kJ/kg). Mit Hilfe der Dichte des Brennstoffs kann der massenbezogene Heizwert auch in einen volumenbezogenen Heizwert umgewandelt werden, also z. B. in (kJ/l) oder auch (kJ/m³). Üblich sind auch Angaben in (kWh/l) oder (kWh/m³).

Bei gasförmigen Stoffen bezieht man den Heizwert auf das Volumen bei 101,325 kPa und 0 °C (Normbedingungen). Die Angabe erfolgt dann in Kilojoule pro Normkubikmeter (kJ/Nm³) oder (kJ/mN³), wobei das "N" die Normbedingungen symbolisiert.

Der Heizwert sagt nichts aus über die Brenngeschwindigkeit. So beträgt der Heizwert des Sprengstoffs TNT nur 1/4 des Werts von Holz.

Die Verbrennungstemperatur ist abhängig vom Brennwert einerseits und von der Wärmekapazität sowohl der Ausgangsstoffe als auch der Endprodukte der Verbrennungsreaktion, nach der Energie-Bilanz-Formel: "Ausgangs-Temperatur * Wärmekapazität der Ausgangsstoffe + Brennwert = End-(oder Verbrennungs-)Temperatur * Wärmekapazität der Endprodukte". Dabei wird die Wärmeabgabe an die Umgebung vernachlässigt (adiabate Betrachtung). Unbeteiligte, aber anwesende Stoffe sind unbedingt mit zu berücksichtigen: Es ist beispielsweise ein Unterschied, ob Magnesium in Luft verbrennt, wobei Brenntemperaturen von rund 2000 °C erreicht werden oder in reinem Sauerstoff. Bei einer Verbrennung in reinem Sauerstoff müssen keine unbeteiligten Stoffe, wie zum Beispiel Stickstoff, miterhitzt werden. Aus dem selben Grund verwendet man zum Autogenschweißen Acetylen und reinen Sauerstoff, weil sonst nicht Temperaturen von etwa 3000 °C erreicht werden könnten.

Die Verbrennungstemperatur ist natürlich ein Maß für das Bestreben der Ausgangsstoffe, zu Endprodukten zu werden und hängt in so fern mit der Reaktionsgeschwindigkeit zusammen. Diese ist jedoch auch ganz wesentlich von der Beschaffenheit der Reaktionspartner abhängig. So könnne Feststoffe und Flüssigkeiten (wenn sie nicht als Pulver fein zerstäubt respektive als winzige Tröpfchen fein vernebelt vorliegen) nur von einer Oberfläche her abbrennen. Gase hingegen, die vollständig durchmischt sind, reagieren gegebenenfalls explosionsartig miteinander.

Heizöl ist ein Brennstoff. Es wird aus schwer entflammbaren Anteilen des Erdöls hergestellt.

Leichtes Heizöl, das wie Dieselkraftstoff zur Gruppe der Mitteldestillate gehört, siedet zwischen 200 °C und 360 °C und kann ohne Vorwärmung in Öfen, Zentralheizungen und industriellen Feuerungsanlagen verbrannt werden. Vom Verbrauch entfallen derzeit 60 % auf die privaten Haushalte, 30 % auf das Gewerbe und 8 % auf die Industrie (einschließlich nicht energetischer Verbrauch). Der Rest (2 %) dient zur Strom-, Fernwärme- und Gaserzeugung.

Schweres Heizöl muss dagegen für Transport und Verbrennung vorgewärmt werden. Vom Verbrauch entfallen rund 83 % auf die Industrie (einschließlich nicht energetische Verwendung und industrielle Kraftwerke), 9 % auf die Stromerzeugung in öffentlichen Elektrizitätswerken sowie 7 % auf die Fernwärmeerzeugung. Der Rest (1 %) ist insbesondere dem Bereich der gewerblichen Kleinverbraucher (z. B. Gärtnereien) zuzurechnen. Im Rahmen der Umweltschutzbestimmungen der EU ist auch die Richtlinie zur Begrenzung des Schwefelgehaltes erlassen worden. Danach darf schweres Heizöl ab 2003 nur noch mit Schwefelgehalten unter 1 % verwendet werden, leichtes wird ab 2008 auf Schwefelgehalte von 0,1 % begrenzt. Für die Einhaltung dieser Grenzwerte sind in den Raffinerien zusätzliche Kapazitäten zur Entschwefelung zu schaffen, indem zusätzliche Hydrofiner bzw. Hydrotreater errichtet werden.

Die DIN 51603-1 unterscheidet zwischen zwei Heizölsorten: Heizöl EL und Heizöl EL schwefelarm. Die Bezeichnung "EL" steht für "extra leicht". Heizöl EL, auch als Standard Heizöl bezeichnet, unterscheidet sich vom Heizöl EL schwefelarm durch seinen maximalen Schwefelgehalt. Laut DIN 51603-1 darf Heizöl EL einen Schwefelgehalt von maximal 2000 mg/kg aufweisen (in der Praxis sind Werte von 1400 mg/kg typisch), Heizöl EL schwefelarm maximal 50 mg/kg.

Heizöl EL nach DIN 51603 muss einen Heizwert von mindestens 42,6 MJ/kg aufweisen. Dies entspricht bei einer mittleren Dichte einem Heizwert Hi von 10,08 kWh/l.

Holz (v. althochdt.: holz = Abgehauenes) bezeichnet die feste harte Substanz des Stammes, der Äste und Zweige von Bäumen und Sträuchern. Es wird in den Pflanzen von den Zellen des Meristems gebildet. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff.

Es besteht aus:

• Zellulose (40-50 %)
• Lignin (20-30 %)
• Hemicellulose (Polyosen) (20-30 %)
• Extrastoffe (1-3 %, Tropenholz bis 15 %!): Terpene, Fette, Wachse, Pektine, Gerbstoffe (nur bei Laubhölzern), Sterine, Harz
• Asche (0,1-0,5 %, Tropenholz bis 5 %)

Unter dem Hydraulischen Abgleich von Warmwasserheizungen versteht man Maßnahmen, die dazu führen, dass alle Räume gleichmäßig mit genau der gewünschten Wärmemenge versorgt werden. Je nachdem, ob ein Heizkörper bezogen auf den jeweiligen Raum eher groß dimensioniert ist oder eher klein, benötigt der Heizkörper bei gleicher Vorlauftemperatur einen größeren oder kleinern Volumenstrom. Dies wird beim hydraulischen Abgleich durch unterschiedliche Einstellungen an den Thermostatventilen der einzelnen Heizflächen berücksichtigt. Dazu werden heute standadmäßig sogenannte voreinstellbare Thermostatventile oder Thermostatventile mit angepassten Durchflusskennwert (angepasste kV-Kegel) eingesetzt.

Der hydraulische Abgleich ist Voraussetzung für die Minimierung des Stromverbrauchs der Umwälzpumpe. Nur in hydraulisch abgeglichenen Anlagen können optimal (d. h. klein) dimensionierte Umwälzpumpen eingesetzt werden. In nicht hydraulsich abgeglichenen Anlagen führen vollständig geöffnete Thermostatventile vorübergehend zu hydraulsichen Kurzschlüssen, wodurch in diesen Momenten eine Unterversorgung in anderen Räumen entsteht. Dies wird in der Praxis oft durch zu große Umwälzpumpen kompensiert - wenngleich diese "Lösung" einen erhöhten Hilfsenergiebedarf mit sich bringt.

Das Joule ist die abgeleitete SI-Einheit der gleichnamigen Größen Energie, Arbeit und Wärmemenge. Benannt ist die Einheit nach James Prescott Joule. Nach den unterschiedlichen Arten der Herleitung sind auch die Bezeichnungen Newtonmeter und Wattsekunde gebräuchlich:

1 Joule = 1 Newton · 1 Meter = 1 N · 1 m = 1 Watt · 1 Sekunde = 1 W · 1 s = 1 Coulomb · 1 Volt = 1 C · 1 V

Ein Joule ist also gleich der Energie, die benötigt wird, um über die Strecke von einem Meter die Kraft von einem Newton aufzuwenden, bzw. für die Dauer einer Sekunde die Leistung von einem Watt aufzubringen.

Aus dem 14. Jahrhundert existieren gesicherte Quellen über Ofenkacheln. Seit dieser Zeit hat sich das Handwerk weiterentwickelt. Vornehmlich in den nördlichen Ostalpen, dem Bodenseeraum und entlang der Donau war der Kachelofen als Wärmequelle geschätzt und verbreitete sich über Budapest auch weiter östlich. Funde weisen darauf hin, dass der Kachelofen anfänglich wohl dem Adel und den Patriziern vorbehalten war.

Gesunde Wärme

Die Wärme, die ein Kachelofen verbreitet ist für den Menschen sehr angenehm. So gibt ein Kachelofen, ähnlich wie die Sonne, einen Großteil seiner Wärme als Strahlungswärme an seine Umgebung ab. Die Strahlungswärme hat den Vorteil, dass Sie nicht die Luft, sondern feste Körper erwärmt, das ist besonders für Allergiker wichtig.

Kamin (vom lateinischen caminus, "Ofen", franz. Cheminée, engl. Fireplace, Chimney), Vorrichtung zur Zimmerheizung (s. Kemenate), besteht aus einem von Mauerwerk oder Eisenplatten umschlossenen, vollständig in der Wand liegenden oder teilweise aus derselben hervorspringenden Raum, in welchem man das Brennmaterial auf einem Rost verbrennt, während die Verbrennungsgase direkt in den Schornstein entweichen. Diese etwas antiquierte Form von Energiegewinnung ist auch als klassischer offener Kamin bekannt. In dem Kamin wirkt das Feuer nur durch Ausstrahlung (Strahlungswärme), die Kaminheizung ist daher äußerst unvorteilhaft. Sie ist aber in milden Klimaten (England, Frankreich) sehr beliebt, weil der Anblick des Feuers den Eindruck der Wohnlichkeit macht, und weil der hervorstehende Teil des Kamins zu einem vorzüglichen Zimmerschmuck hergerichtet werden kann. Der Kaminsims dient überdies zur Aufstellung von Uhren, Spiegeln, Bronzen etc. Man unterscheidet lombardische Kamine mit weit hervorragendem, pyramidenförmigem Mantel, der auf Konsolen oder sonstigen Vorkragungen steht; französische Kamine, die ganz außerhalb der Mauer stehen; deutsche, welche noch weiter hervorragen und einen hohen Mantel haben, und holländische, ganz in der Mauer liegende. Um den Wirkungsgrad des Kamins erheblich zu verbessern, benutzt man Kaminöfen aus Eisenblech, welche in die Kaminöffnung hineingesetzt, oder vor die Kaminwand (Schornsteinwand) gestellt und mit Rohren an den Kamin (Schornstein) luftdicht angeschlossen werden; mittels Konvektion wird die untere kalte Luft im Zimmer eingesogen, am Feuer erwärmt und strömt oberhalb in diesem Zustand wieder aus (Heizung). Der Wirkungsgrad eines Kaminofens ist wesentlich besser als der eines offenen Kamins.

Kilowattstunde (kWh) ist eine Einheit für Energie oder Arbeit.

Die SI-Einheit aus der die Kilowattstunde abgeleitet wird ist die Wattsekunde (Ws) bzw. Joule (J).

Einheitenzeichen: kWh
Formelzeichen der Größe: W (als Arbeit) oder E (als Energie)

1 kWh = 1 kW · 1 h = 1.000 Watt · 3.600 Sekunden = 3,6 · 106 J = 3,6 MJ

Wenn bspw. eine Solaranlage mit der Leistung von einem Kilowatt eine Stunde lang elektrische Energie (umgangssprachlich: Strom) produziert, so ist eine Energiemenge von einer Kilowattstunde (1 kWh) in elektrische Energie umgewandelt worden.

Kohle ist ein schwarzes oder bräunlich-schwarzes, festes Sedimentgestein, das durch Carbonisierung von Pflanzenresten (Inkohlung) entstand und zu mehr als 50 Prozent des Gewichtes und mehr als 70 Prozent des Volumens aus Kohlenstoff besteht. Es wird auch "Schwarzes Gold" genannt.

Kohle ist ein Energieträger und wird vom Menschen als fossiler Brennstoff verwendet.

Das Ausgangsmaterial von Kohle ist hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs wie beispielsweise Farnen (Baumfarne). Beim Absterben versanken diese Pflanzen im Sumpf. Unter diesen Bedingungen kommt kein Sauerstoff an die Pflanzen und es kann keine Zersetzung durch aerobe Bakterien stattfinden. Es entstand Torf. Bei Meereseinbrüchen wurden diese Sümpfe mit Sedimenten bedeckt. Unter dem wachsenden Druck und erhöhter Temperatur begann der Prozess der Inkohlung. Der Druck presste das Wasser aus dem Torf und es entstand zuerst Braunkohle (der geringe Druck presste nur wenig Wasser aus der Kohle), mit mehr Überlagerungen steigerte sich jedoch der Druck, immer mehr Wasser wurde aus der Kohle heraus gepresst und nach und nach wurde aus der Braunkohle Steinkohle und mit nochmals mehr Druck Anthrazit. Deshalb ist die Qualität, oder der Wassergehalt, der Kohle tief unter der Erde besser, niedriger als an der Oberfläche. Insbesondere während des Karbons (vor etwa 280 bis 345 Millionen Jahren) entstanden mächtige Kohlelagerstätten, die heute zu den weltweit wichtigsten Energielieferanten zählen.

Elementarer Kohlenstoff kommt in mehreren Modifikationen vor: Diamant, Graphit und Fullerene. Makroskopisch sind die Eigenschaften nahezu diametral.
Graphit ist ein guter elektrischer Halbleiter von tiefschwarzer Farbe. Er ist leicht spaltbar und dient als Schmiermittel. Diamant hingegen ist ein sehr guter Isolator und transparent. Außerdem ist Diamant das härteste bekannte Element und wird als Schleifmittel eingesetzt.

Elementarer Kohlenstoff existiert in drei Modifikationen, basierend auf den Bindungsstrukturen sp3, sp2 und sp1. sp1 tritt makroskopisch nicht in Erscheinung. Unterschiede in der Anordnung von sp2-gebundenen Kohlenstoff-Atomen werden manchesmal als gesonderte (makroskopische) Modifikation bezeichnet.

Unter Kohlenstoffzyklus oder Kohlenstoffkreislauf versteht man das System der chemischen Umwandlungen kohlenstoffhaltiger Verbindungen in den globalen Systemen Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre und Biosphäre sowie den Austausch dieser Verbindungen zwischen diesen Geosphären.

Die Kenntnis dieses Kreislaufs einschließlich seiner Teilprozesse ermöglicht es unter anderem, die Eingriffe des Menschen und ihre Auswirkungen auf den globalen Klimawandel abzuschätzen und angemessen zu reagieren.

Die Kohlenwasserstoffe (CxHy) sind eine Stoffgruppe von Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Die Stoffgruppe ist recht vielfältig, es gibt mehrere Untergruppen und sehr viele Verbindungen dieser Klasse, dennoch ist es die einfachste Stoffgruppe der organischen Chemie. Die Kohlenwasserstoffe haben, vor allem als fossile Brennstoffe, aber auch in vielen weiteren Bereichen, wie der organischen Synthese, eine große technische Bedeutung. Das Methan, ein Alkan, ist der einfachste Vertreter der Kohlenwasserstoffe.

Man unterscheidet bei den Kohlenwasserstoffen vor allem zwischen kettenförmigen und cyclischen sowie gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Die Kohlenwasserstoffe haben aufgrund dieser Unterscheidung mehrere Untergruppen. Zu den gesättigten Kohlenwasserstoffen gehören die Alkane und Cycloalkane, alle anderen sind ungesättigt. Die Stoffgruppe der Terpene ist im Gegensatz zu den anderen Gruppen keine reine Kohlenwasserstoffgruppe, ihr gehören zwar Kohlenwasserstoffe an, aber auch viele Verbindungenen aus anderen Stoffgruppen. Die Polyene können sowohl kettenförmig, wie zum Beispiel Butadien, als auch cyclisch, wie zum Beispiel Cyclopentadien, sein, sie sind eine Untergruppe der Alkene, sie besitzen mehr als eine Kohlenstoffdoppelbindung. Viele dieser Gruppen wie zum Beispiel die Alkane, Alkene und Alkine bilden homologe Reihen mit einer allgemeinen Summenformel. Die Arene sind eine Stoffgruppe von aromatischen Kohlenwasserstoffen, die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe sind eine Untergruppe der Arene. Die cyclischen Alkene und Alkin bilden die Stoffgruppen der Cycloalkene und der Cycloalkine.

Kohlevergasung ist die Überführung von Kohlenstoff (C) in brennbare gasförmige Verbindungen, speziell Wassergas, Generatorgas und Stadtgas.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die gleichzeitige Umwandlung der eingesetzten Energie in elektrische Energie und Wärme in einer Energieerzeugungsanlage.

Im Gegensatz zu herkömmlichen thermischen Kraftwerken, die nur auf Stromproduktion ausgelegt sind, wird bei KWK-Anlagen durch die gleichzeitige Nutzung der Abwärme, die bei konventionellen Kraftwerken über den Kondensator und Kühlturm in die Umwelt abgelassen wird, ein sehr viel höhere Wirkungsgrad erreicht. Diese Steigerung der Wirkungsgrades geht allerdings mit einer Verringerung der Stromproduktion einher, da die Enthalpiedifferenz des Dampfes nicht vollständig in der Dampfturbine ausgenutzt werden kann.

Die gewonnene Wärme wird als heißes Wasser über Rohrleitungen zur Gebäudeheizung oder für industrielle Zwecke verwendet.

Eine häufige dezentrale Anwendung sind so genannte Blockheizkraftwerke (BHKW).

Ein Kraftstoff, häufig auch Treibstoff genannt, ist ein Stoff, dessen Energieinhalt durch Verbrennung oder andere Energieumwandlungsformen für technische Systeme nutzbar gemacht wird. Viele Kraftstoffe haben eine hohe Energiedichte, da sie häufig in Fortbewegungsmitteln (Fahrzeug, Flugzeug, Schiff...) verwendet werden und daher in diesen mit transportiert werden müssen.

Methan (auch Sumpfgas und Methylwasserstoff) ist ein farbloses und geruchloses Gas. Es ist das einfachste Alkan und der einfachste Kohlenwasserstoff überhaupt, die Summenformel lautet CH4. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und Biogas. Nach dem Kohlendioxid ist es das bedeutendste Treibhausgas. Methan wird als Heizgas verwendet und dient als Ausgangspunkt für viele andere organische Verbindungen. Methan wird bei biologischen und geologischen Prozessen ständig neu gebildet und freigesetzt.

Zum ersten Mal wurde Methan 1667 von Thomas Shirley entdeckt. 1772 entdeckte Joseph Priestley, dass Methan bei Fäulnisprozessen entsteht. 1856 stellte Marcellin Berthelot Methan zum ersten Mal aus Kohlenstoffsulfid und Schwefelwasserstoff her.

Methan ist ein farb- und geruchloses Gas, dessen Dichte (0,722 g/dm³ bei 20 °C) kleiner ist als die von Luft, es steigt also in die Atmosphäre auf. Es ist brennbar und verbrennt mit bläulicher, nicht rußender Flamme, unterhält die Verbrennung aber nicht. Methan schmilzt bei -182,6 °C und siedet bei -161,7 °C. In Wasser ist Methan mit 3,5 ml/100 ml gering löslich, in Ethanol und Diethylether ist Methan jedoch löslich. Schmelzwärme und Verdampfungswärme sind mit 1,1 kJ/mol und 8,17 kJ/mol für ein Gas relativ hoch, im Vergleich mit Metallen sind dies aber sehr geringe Werte. Methan kann explosionsartig mit Sauerstoff, Luft und Chlor reagieren. Bei der Chlorierung entstehen Methylchlorid, Dichlormethan, Chloroform und Tetrachlormethan. Mit Methan verwandte Stoffe sind Methanol und die Methyl-Gruppe, die entsteht wenn dem Methanmolekül ein Wasserstoffatom entzogen wird.

Methanol, auch Methylalkohol, Karbinol oder Holzgeist ist der einfachste Alkohol, der Alkohol des Methans mit der Summenformel CH3OH. In der Natur kommt es in Baumwollpflanzen, Heracleum-Früchten, Gräsern und in etherischen Ölen vor.

Historisch

Schon in der Antike benutzten die Ägypter zur Balsamierung ihrer Toten eine Substanzgemisch, welches unter anderem Methanol enthielt. Reines Methanol wurde erstmals von Robert Boyle 1661 durch trockene Destillation (= Erhitzen unter Luftabschluß) von Holz hergestellt. 1834 wurde schließlich die elementare Zusammensetzung von Methanol von den französischen Chemikern Jean-Baptiste Dumas und Eugene Peligot geklärt. Sie gaben der Substanz den Namen "methylene". Methylene ist eine Zusammensetzung aus den griechischen Worten Methu (Wein) und hyle (Holz). 1923 erfand Matthias Pier für BASF einen Prozess, um aus Kohle und Wasserstoff Methanol zu synthetisieren. Dieser Prozess basierte auf einem Zink-Chrom-Katalysator, extrem hohen Drücken und Temperaturen. Moderne Methanolsynthese benutzen effizientere Katalysatoren, die die Verwendung von moderateren Temperaturen und Drücken erlauben.

Giftigkeit

Methanol ist hochgiftig. Seine giftige Wirkung beruht auf der in der Leber erfolgenden Oxidation zu Formaldehyd und später zu Ameisensäure. Formaldehyd führt dabei zu einer Schädigungen des Zentralennervensystem. Neben den Nerven (insbesondere des Sehnerves) werden Nieren, Herz, Leber ebenfalls geschädigt. Ameisensäure führt zu einer drastischen Senkung des pH-Wertes des Blutes und macht damit den Sauerstofftransport unmöglich. Leichte Vergiftungssymptome sind Bauchkrämpfe, Kopfschmerzen, Schwindelgefühl, Übelkeit und Schwächeanfälle. Schwere Vergiftungssymptome sind Sehstörungen, Atemnot, Bewusstlosigkeit und schließlich der Tod. Die letale Dosis liegt bei etwa 5 bis 50 g. Methanol kann dabei durch Einatmen, Einnahme oder durch Absorption über die Haut in den Körper gelangen. Setzt man sich längere Zeit ohne Hautschutz Methanol aus, kann sich mit der Zeit eine gefährliche Menge Methanol im Körper anreichern. Methanolvergiftungen lassen sich, wenn sie frühzeitig erkannt werden, gut behandeln, da die Giftwirkung erst nach einigen Stunden eintritt und effiziente Gegengifte verabreicht werden können. Eine Behandlungsmöglichkeit ist die mehrfache Injektion einer fast toxischen Menge von Ethanol, welches zuerst von der Leber abgebaut wird. Das Ethanol verzögert damit die gefährliche Oxidation von Methanol so lange, bis das Methanol vom Körper ausgeschwemmt wird.

Als Kraftstoff

Methanol kann in mindestens drei verschiedenen Varianten als Kraftstoff eingesetzt werden:

(a) Durch direkte Verbrennung von Methanol. Durch die alkoholische Funktion und damit eine Teiloxidation des Kohlenstoffes ist der Brennwert etwas geringer als bei nichtoxidierten Kohlenwasserstoffen. Methanol (CH4O beziehungsweise formal CH3OH) setzt bei der Verbrennung ca. 725 kJ (Heat of Combustion) [1] (http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C67561&Units=SI&Mask=2#Thermo-Condensed) Energie je Mol und damit gebildetem CO2 frei, während Methan (CH4) je Mol und damit freigesetztem CO2 890 kJ [2] (http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C74828&Units=SI&Mask=1#Thermo-Gas) Energie freisetzt. Methanol weist gegenüber Erdgas den Vorteil auf, dass es als Flüssigkeit gut speicherfähig und transportabel ist. Ferner kann es in DMFC-Brennstoffzellen direkt in elektrische Energie umgesetzt werden kann.

(b) Durch Veresterung von Methanol mit Rapsöl wird Biodiesel gewonnen. Methanol wird einerseits als Zusatz zu Vergaserkraftstoffen benutzt, um die Klopffestigkeit zu erhöhen, kann aber auch direkt als Kraftstoff genutzt werden. Früher wurde es auch als Raketentreibstoff verwendet. Heute ist es als chemischer Träger von Wasserstoff für Brennstoffzellen von wissenschaftlichem Interesse.

(c) Durch Umsetzung von Methanol an Zeolith-Katalysatoren zur Totalsynthese hochoktaniger Kraftstoffe. Durch das MTG-Verfahren (Methanol to Gasoline) kann Erdgas über das Zwischenprodukt Methanol zu hochoktanigen Kraftstoffen umgesetzt werden. Eine Pilotanlage mit einer Produktionsleistung von 1.700 t Kraftstoff pro Tag wurde bereits von Total in Neuseeland errichtet. Zusammen mit dem MTO (Methanol to Olefines) und dem MTA (Methanol to Aromats) Verfahren sowie dem Shell Gas-to-Liquids (GtL) Prozess stehen viele wichtige petrochemische Grundstoffe auf synthetischem Weg aus mittelfristig unkritischeren Rohstoffen wie Erdgas und Kohle zur Verfügung. Erste Produkte der vollsynthetischen Produktion von hochwertigen Kraftstoffen sind unter anderem unter Markennamen wie "V-Power" und "Ultimate" an der Zapfsäule erhältlich.

Als Mineralöl bezeichnet man in der petrochemischen Industrie die Produkte, die bei der Verarbeitung (durch Destillation) von Erdöl entstehen, beispielsweise Benzin, Heizöl, Schmieröl. Das Erdöl nennt man in der petrochemischen Industrie Rohöl.

Das Naturprodukt Erdöl wird in der Erdölraffinerie vor der Verarbeitung Rohöl und nach der Verarbeitung Mineralöl genannt.

Im Jahr 2003 wurden in Deutschland 115 Millionen Tonnen Mineralölprodukte verbraucht. Dies entspricht volumenmäßig dem Inhalt einer großen Talsperre (etwa 150 Millionen m³).

Eine Nachtspeicherheizung ist ein elektrisch betriebener Speicherofen, der durch verbilligten Strom in der Nacht aufgeheizt wird (bis zu 600 Grad) und tagsüber diese Wärme zur Raumheizung abgeben kann. Nachtspeicherheizungen sind in der Anschaffung sehr günstig, ihr Wirkungsgrad ist aber sehr niedrig und liegt sogar unter dem von fossilen Energieträgern.

Traditionelle und neuartige Nutzungsformen nachwachsender Rohstoffe

Nachwachsende Rohstoffe werden seit Tausenden von Jahren von Menschen verwendet. Holz für Papier und Möbel, Schafwolle und Baumwolle für Kleidung, Stroh für Strohdächer, Weidenruten für Körbe und viele weitere.

Nachwachsende Rohstoffe werden aber bereits seit Zehntausenden von Jahren zur Energiegewinnung benutzt. Die kontrollierte Nutzung des Feuers ist möglicherweise der wesentliche Unterschied zwischen Tier und Mensch und bereits die Neandertaler benutzten den nachwachsenden Rohstoff Holz für ihre Holzfeuer. Holz wird seitdem bis heute in Öfen, Kaminen und im offenen Feuer verbrannt, um Wärme zu gewinnen. Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Energiegewinnung – die energetische Biomassenutzung – soll nun aus ökologischen Gründen ausgeweitet werden.

Im Sinne der Ökologie wird folgende Überlegung angestellt:

Da Biomasse für ihr Wachstum genauso viel CO2 aus der Atmosphäre entzieht, wie es später bei der Verbrennung erzeugt, ist die CO2-Bilanz ausgeglichen. Die Atmosphäre wird durch diese Form der energetischen Nutzung nicht weiter mit CO2 angereichert. Der Anbau sollte möglichst nach den Richtlinien des ökologischen Landbaus erfolgen.

Die Problematik der nachwachsenden Rohstoffe

Wenn über die Ausweitung der Nutzung der Nachwachsenden Rohstoffe nachgedacht wird, sollte aber auch bedacht werden welche Folgen ihre traditionelle Nutzung hat.

Einer der wenigen Mahner in diesem Zusammenhang ist Asit Datta, Erziehungswissenschaftler an der Universität Hannover. Er schreibt dazu:

"Gerade in den "Krisenjahren" 1983/84 hat es in den 5 vom Hunger am meisten betroffenen Sahelländern – Burkina Faso, Mali, Niger, Senegal und Tschad – eine Rekordernte von Baumwolle gegeben: 154.000 Tonnen gegenüber 22.700 Tonnen im Jahr 1961/62. (...) Die Tatsache, dass in Dürrejahren Baumwolle sehr wohl, Getreide aber nicht angebaut werden kann, hat weniger mit Regen, als vielmehr mit der Politik der jeweiligen Regierung und der Politik der Hilfsorganisationen zu tun" 1).

Weitere kürzlich bekannt gewordene Beispiele:

• Die Austrocknung des Aralsees, weil das Wasser seiner Zuflüsse zur Bewässerung von Baumwollfeldern verwendet wird
• der Arten- und Regenwaldverlust infolge des Holzeinschlags
• die Abholzung der letzten borealen Urwälder zum Zwecke der Papiergewinnung
• aber auch die Gefahr der Ausrottung der verschiedenen Nashorn Arten, weil aus dem Pulver des Nasenhorns ein Potenzmittel für den asiatischen Markt hergestellt wird
• die Vernichtung großer Flächen der Steppe in der Sahelzone für die Brennholzgewinnung, mit dem Effekt, dass die Wüste Sahara vergrößert wird.

Der Normkubikmeter (Abkürzung: Nm3 oder vereinfacht oft auch Nm3 geschrieben) ist eine in der Verfahrenstechnik verwendete Einheit für das Normvolumen eines Gases.

Die Definition des Normkubikmeters erfolgt in der DIN 1343 und in der ISO 2533.

Ein Normkubikmeter ist die Menge, die einem Kubikmeter Gas bei einen Druck von 1,01325 bar, einer Luftfeuchtigkeit von 0 % (Trockenes Gas) und einer Temperatur von 0°C (DIN 1343) beziehungsweise 15°C (ISO 2533) entspricht.

Das heißt, ein Normkubikmeter Gas hat unter den festgelegten Bedingungen ein Volumen von 1 m3, bei abweichenden Bedingungen aber im Allgemeinen ein anderes Volumen, das durch spezielle Umrechnungen bestimmt werden kann.

In der Druckluftindustrie gelten abweichende Werte nach DIN 1945. Hier ist das Normvolumen angegeben für einen Druck von einem bar, einer Temperatur von 20°C bei 0 % Luftfeuchtigkeit.

Ein Pellet ist ein kleiner Körper aus gepresstem Material in Kugel- oder Zylinderform. Der Begriff wurde aus dem Englischen übernommen. Ursprünglich stammt er aus dem Lateinischen.

Herstellung

Pellets werden in sog. Pelletieranlagen hergestellt. Sie werden gewonnen, indem das Pressgut durch eine Stahlmatrize getrieben wird.


Die Herstellung von Pellets aus Eisenerz für die Stahlproduktion kann auf vier unterschiedlichen Anlagentypen erfolgen:

• Bandröstmaschine
• Schachtofen
• Drehrohrröstofen
• Kettenröst-/Drehrohrofen

• Holzpellets, die als Brennstoff für Pelletheizungen dienen, werden auf diese Weise aus unbehandelten Sägespänen und Sägemehl ohne Bindemittel hergestellt. Sie haben einen Durchmesser von etwa 6 mm und eine Länge von 8 - 30 mm. Ein Kubikmeter Pellets wiegt 650 kg. Da sie schüttfähig und leicht zu lagern sind, eignen sie sich ideal als Brennstoff für automatisch beschickte Heizkessel von Einfamilienhäusern (Holzpelletheizung). Für größere Anlagen werden meist die größeren, ebenfalls aus reinem Holz hergestellten Hackschnitzel verwendet.
• In der Mühle werden Mühlenabfälle (Staub verschiedener Reinigungsmaschinen, Kleinkorn, Spelzen) zu Restwertpellets verpresst, die ebenfalls in Pelletheizungen verbrannt werden können.
• In der Futtermittelindustrie werden Pellets in unterschiedlichster Größe und Zusammensetzung für die verschiedenen Tierarten hergestellt. Hauptbestandteile sind dabei: Melasse, Weizenkleie, Futtermehl, Soja-Schrot, Vitamine und Aromastoffe. Vorteile der Pellet-Fütterung sind: keine Verstaubung, keine selektive Auswahl von Futterkomponenten durch die Tiere, leichtere Verwendung, besserer Transport.
• Pellets aus Eisenerz finden beispielsweise Verwendung bei der Stahlherstellung als Frischmittel im Elektroofen.

Einige Pelletheizungen können auch mit eigenem Stückholz beschickt werden. Allerdings werden diese Anlagen in Deutschland oft nicht gefördert, weil der Wirkungsgrad geringer ist. Förderfähig sind im Moment Anlagen mit einem Wirkungsgrad von mindestens 88%. Für die Bewertung der Gesamteffizienz ist der Jahresnutzungsgrad wichtiger als der Wirkungsgrad. Der Jahresnutzungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen eingesetzter Brennstoffenergie und bereitgestellter Nutzwärme. Die Angabe des Jahres-Nutzungsgrads oder auch Norm-Nutzungsgrads berücksichtigt nicht nur die Verluste, die bei laufendem Brenner auftreten, sondern auch alle Verluste, die während des Brennerstillstands auftreten. Der Wirkungsgrad beinhaltet nur die Verluste bei laufendem Brenner. In einem Jahr werden jedoch nur Brennerlaufzeiten von ca. 1800 Stunden erreicht, die restliche Zeit steht der Brenner. Eine Wirkungsgradeangabe ist stets nur eine Momentanaufnahme, die sich auf Leistungen beszieht. Der Nutzungsgrad betrachtet jedoch die energetische Effizienz über einen bestimmten Zeitraum, z. B. ein Jahr.

Umweltverträglichkeit

Pelletheizanlagen sind umweltneutral. Die Menge an CO2, die bei der Verbrennung freigesetzt wird, entspricht genau der Menge CO2, die beim Wachstum der Hölzer in diese eingebunden wurde. Inzwischen gibt es von mehreren Firmen Pelletheizkessel mit Brennwerttechnik, die die Energie besonders gut ausnutzen.

Bei Einberechnung der CO2-Freisetzung durch Waldbewirtschaftung, Rohholztransport, Aufbereitung, Pellettransport und nicht zuletzt der Anlagenerstellung ist die Bilanz sicher nicht ausgeglichen, dürfte aber unter der Freisetzung bei Verbrennung liegen - und auf jeden Fall günstiger als bei anderen fossilen Energieträgern.

Heizholz ist zudem ein minderwertiges Koppelprodukt höherwertiger Holznutzungen, durch die gegenüber der natürlichen Zersetzung eine CO2-Senke entsteht. Diese dürfte - bei nicht zu großen Transportentfernungen - die durch die Waldbewirtschaftung verursachte CO2-Freisetzung mehr als auffangen.

Betriebskosten

Pelletheizanlagen sind in der Anschaffung teurer als herkömmliche Öl- oder Gasheizanlagen.

Die Brennstoffkosten von Pelletheizungen und Ölheizungen sind vergleichbar, Erdgas ist in der Regel teurer. Zu beachten ist jedoch, dass sowohl Öl- als auch Gas-Brennwertgeräte höhere Jahres-Nutzungsgrade als viele Pelletheizungen aufweisen, d.h. die im Brennstoff enthaltene Energie wird bei modernen Öl- und Gas-Brennwertgeräten effektiver genutzt.

Da Erdöl und Erdgas im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffverbindungen (siehe Organische Chemie) bestehen, beschäftigt sich die Petrochemie mit der Synthese von Kohlenwasserstoffverbindungen aus Bestandteilen des Erdöls und Erdgases. Bekannteste Beispiele sind die Herstellung von Kraftstoffen für Fahrzeugmotoren und die Herstellung aller Arten von Kunststoffen.

Wegweisende Arbeiten in der Petrochemie sind im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts geleistet worden (Fischer-Tropsch-Synthese). Im Zuge des einsetzenden Interesses an Biokraftstoffen erfährt die Petrochemie, die bisher im besonderen Maße als "stinkend" und "schmutzig" angesehen wurde, eine Aufwertung (Biodiesel).

Petroleum ist eine als Kraftstoff, als Leuchtpetroleum und als Entfettungs- und Reinigungsmittel benutzte Fraktion der Rohöldestillation und hat eine Siedetemperatur, die zwischen Benzin und Dieselkraftstoff liegt.

Das Wort Petroleum ist zusammengestetzt aus den Wörtern petra (griech. für Fels, Stein) und oleum (Öl) und war der historische Ausdruck für Erdöl.

Wird in unpräzise übersetzten Handbüchern japanischer Motorradhersteller oder in deutsch synchronisierten amerikanischen Filmen von Kerosin gesprochen, ist Petroleum gemeint. (außer im Zusammenhang mit Flugzeugen)

Kerosin (auch Cerosin) ist ein Kraftstoff für Turbostrahltriebwerke von Flugzeugen (Jets und Turboprops).

Das Kerosin ist ein besonders enger Fraktionierschnitt des Erdöls, d.h. es befinden sich vergleichsweise viele Moleküle der gleichen Sorte (Dichte) in dem Kraftstoff. Deshalb sind beim Kerosin wenig leichte und wenig schwere Bestandteile enthalten, was zur Folge hat, dass es nicht zu früh zündet und fast rückstandsfrei verbrennt. Die meisten Moleküle zünden bei der gleichen Temperatur. Aufschluß darüber gibt eine Siedeanalyse, die im Falle des Kerosins eine fast gerade Siedelinie ergibt.

Der Name Kerosin geht auf den Arzt und Geologen Abraham Gesner (*1797 †1864) zurück, der 1854 in Nova Scotia, Kanada aus Kohle eine leicht entflammbare Flüssigkeit gewann. Ein dabei entstehendes wachsartiges Zwischenprodukt, das bei dem Vorgang eine wichtige Rolle spielte, ist der Grund dafür, dass er die Flüssigkeit Kerosin genannt hat (griech. Keros: Wachs).

Pflanzenöl ist ein Oberbegriff für "fettes" Öl, welches aus Pflanzen gewonnen wird, im Gegensatz zu den etherischen Ölen, welche auch als "trocknende Öle" bezeichnet werden. Wenn das Öl aus dem Samen der Pflanze stammt, spricht man von Ölsaaten. In den Samen kommt das Öl in Form von Lipiden vor, die dessen Zellmembran und Energiereserven darstellen. Eigentlich sollte man umfassend von Ölen und Fetten sprechen, denn der Unterschied ergibt sich nur aus der jeweiligen Konsistenz bei unterschiedlichen Temperaturen, basierend auf der Anzahl von Bindungen auf molekularer Ebene. Chemisch gesehen bestehen Öle aus Triglyceriden.

Als Photosynthese (Fotosynthese) bezeichnet man den Aufbau (die Synthese) von Bau- und Reservestoffen (d.h. verschiedenen organischen Stoffen) in Lebewesen aus meist einfacheren anorganischen (seltener: organischen) Stoffen unter Verwendung von Lichtenergie, die mit Hilfe lichtabsorbierender Farbstoffe, der Chlorophylle, aufgenommen wird. Die Bezeichnung Photosynthese leitet sich von drei griechischen Wörtern ab: phos = Licht + syn = zusammen + thesis = das Setzen.

Bei der Photosynthese von Bau- und Reservestoffen können verschiedene Ausgangsstoffe verwendet werden, organische Stoffe und anorganische Stoffe. Die bedeutendste Form der Photosynthese ist die, bei der für die Kohlenhydratherstellung als Kohlenstoff- und Sauerstoffquelle nur Kohlenstoffdioxid (CO2) und als Wasserstoffquelle nur Wasser (H2O) verwendet werden.

Wasser dient hierbei als Reduktionsmittel für das Kohlenstoffdioxid. Das Wassermolekül wird dabei gespalten (Photolyse), wobei Sauerstoff, Elektronen und Wasserstoffionen (Protonen) entstehen. Der Sauerstoff wird in molekularer Form (O2) als Abfallprodukt ausgeschieden. Er stammt allein aus den gespaltenen Wassermolekülen, nicht aus dem Kohlenstoffdioxid. Daher stehen in der obigen Gleichung auf der linken Seite 12 Wassermoleküle, um rechts 6 O2-Moleküle zu erhalten. Diese Form der Photosynthese wird wegen der Bildung von molekularem Sauerstoff O2 als oxygene Photosynthese bezeichnet (Oxygenium = Sauerstoff). Sie wird von Cyanobakterien und allen eukaryotischen phototrophen Lebewesen (neben den grünen Pflanzen auch von zahlreichen Protisten, nämlich grünen und anders gefärbten einzelligen Algen) betrieben. Die Bedeutung dieses Vorgangs liegt in der Primärproduktion von organischen Stoffen, die chemoheterotrophen Lebewesen als Energie- und Baustoffquelle dienen, und in der Bildung von O2, das für alle obligat aeroben Lebewesen lebensnotwendig ist und auf der Erde fast ausschließlich durch oxygene Photosynthese gebildet wird.

Die Photovoltaik beziehungsweise Fotovoltaik beschäftigt sich mit der Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie und ist seit 1958 zur Energieversorgung (von zunächst Satelliten) im Einsatz.

Der Wellenlängenbereich der wandelbaren elektromagnetischen Strahlung geht vom kurzwelligen, nicht sichtbaren Bereich über den sichtbaren Bereich (Licht) bis weit in den langwelligeren infraroten Bereich hinein. Bei der Umwandlung wird der photoelektrische Effekt ausgenutzt.

Es trifft ständig weitaus mehr Strahlungsenergie der Sonne auf die Erde, als die Menschheit Energie verbraucht. Die Wandlung dieser Energie ist ohne Erzeugung von schädlichen Nebenprodukten wie Abgasen (beispielsweise Kohlendioxid) möglich. (Eine 700 mal 700 km große Fläche in der Sahara mit Photovoltaikpanelen ausgekleidet würde den weltweiten Energiebedarf decken, siehe auch Sonnenenergie.)

Seit den 1970er Jahren wird verstärkt politisch versucht, die Erschließung dieser Energiequelle durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen. Führend sind hierbei die USA, Japan und die Bundesrepublik Deutschland, welche mit gesetzlichen Maßnahmen wie dem 100000 Dächer-Programm und dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhebliche finanzielle Anreize bietet.

Die Nennleistung in der Photovoltaik wird in Wp (Wattpeak) beziehungsweise kWp angegeben. "peak" (engl. Höchstwert, Spitze) bezieht sich auf die Leistung bei Testbedingungen, die dem Alltagsbetrieb nicht direkt entsprechen. Es handelt sich dabei auch nicht um die Leistung der Zelle oder des Moduls bei höchster Sonneneinstrahlung. Die Testbedingungen dienen zur Normierung und zum Vergleich verschiedener Solarzellen oder Solarmodule. Die elektrischen Werte der Bauteile unter diesen Bedingungen werden in den Datenblättern angegeben. Es wird bei 25 °C Modultemperatur, 1000 W/m² Bestrahlungsstärke und einem Air Mass von 1,5 gemessen. Dies sind die STC-Bedingungen (Standard-Test-Conditions), die als internationaler Standard festgelegt wurden. Können diese Bedingungen beim Testen nicht eingehalten werden, so muss aus den gegebenen Testbedingungen die Nennleistung rechnerisch ermittelt werden. Die Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² kommt in Mitteleuopa über ein Jahr gesehen nicht sehr häufig vor (je weiter südlich, desto häufiger). Im normalen Betrieb haben Solarmodule beziehungsweise die Solarzellen bei dieser Einstrahlung eine wesentlich höhere Betriebstemperatur als die im Test vorgesehenen 25 °C und damit auch einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad. Die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung wird von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt, wobei die Leistung der Wechselrichter der tatsächlich ins Netz eingespeisten Leistung entspricht. Momentan eingesetzte Wechselrichter haben ihren MPP (Maximum Power Point = Punkt des besten Wirkungsgrades) bei ca. 80% der Kwp - Leistung, künftige Geräte sollen sogar bis an 95% der kWp - Leistung herangehen.

Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu so genannten Solarmodulen verbunden werden, in Fotovoltaikanlagen statt. Bei Einspeisung der Energie in das öffentliche Stromnetz nimmt ein Wechselrichter die nötige Wandlung vor.

In der saarländischen Gemeinde Quierschied, Ortsteil Göttelborn wird 2004/2005 die größte Fotovoltaikanlage der Welt mit einer Leistung von bis zu 7,4 Megawatt entstehen.

Primärenergie ist eine Form der Energie, die keiner vom Menschen absichtlich verursachten Umwandlung unterworfen wurde. Beispiele sind die Sonnenenergie, Windenergie, Kernenergie, Kohleenergie, Mineralölenergie, Holzenergie, Torfenergie etc.

Jede Umwandlung von Primärenergie in Sekundär-Energieformen ist nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik mit einem Verlust in Form von Abwärme (Wärmeenergie) verbunden.

Propan ist ein farbloses Gas, es gehört zu den Alkanen, den einfachsten Kohlenwasserstoffen.

Propan wird aus Erdgas gewonnen oder in einer Erdölraffinerie beim Cracken von Erdöl hergestellt. Es dient verflüssigt als Brenn- und Heissgas (Flüssiggas), etwa bei Pkw als Autogas oder für den Heißluftballon, sowie als Kältemittel (siehe Kühlschrank), als Treibmittel in Sprays sowie zur Herstellung von Ethylen und Propen.

Sauerstoff (Oxygenium; von griech. oxýs = scharf, spitz, sauer und griech. genese = erzeugen) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol O und der Ordnungszahl 8. Atomarer Sauerstoff, das heißt Sauerstoff in Form freier, einzelner Sauerstoffatome, kommt in der Natur nicht vor. Elementar tritt Sauerstoff überwiegend in Form eines kovalenten Homodimers, einer chemischen Verbindung aus zwei Sauerstoff-Atomen, auf (molekularer Sauerstoff, auch: Dioxygen, Summenformel O2). Die wenig stabile allotrope Form aus drei Sauerstoffatomen (O3) wird Ozon genannt.

Schwefel (chemisch nach dem Lateinischen Sulphur oder Sulfur genannt, im Deutschen eventuell vom Indogermanischen *suel- "schwelen" abgeleitet) ist ein chemisches Element.

Schwefel als Mineral

Schwefel tritt gediegen, also in elementarer Form, in der Natur auf. Er kristallisiert unterhalb etwa 95 °C im orthorhombischen Kristallsystem (a-Schwefel), hat eine Dichte von 2,0 bis 2,1, eine Härte von 1,5 bis 2,5 und eine hell- bis dunkelgelbe Farbe, sowie eine weiße Strichfarbe. Meist zeigt er hellgelbe prismen- oder pyramidenförmige Kristalle, die sich auf Gesteinsflächen aus schwefelreichen Gasen durch unvollständige Oxidation von Schwefelwasserstoff (H2S) oder Reduktion von Schwefeldioxid (SO2) bilden. Oberhalb etwa 95 °C kristallisiert Schwefel monoklin (ß-Schwefel). Diese Form wandelt sich unterhalb 95 °C rasch in die orthorhombische a-Form um. Schwefel kommt aber auch in derber Form, das heißt, ohne mit bloßem Auge erkennbare Kristalle vor, insbesondere in Sedimenten oder Sedimentgesteinen. Häufig findet er sich in Evaporiten (Salzgesteinen), wo er meistens durch Reduktion von Sulfaten entsteht. Charakteristisch für das Mineral sind neben der geringen Härte die Farbe und der niedrige Schmelzpunkt 112,8 °C (a-S) beziehungsweise 119,2 °C (ß-S).

Reiner Schwefel ist relativ selten, wird allerdings in großen Mengen bei Vulkanausbrüchen freigesetzt. Er findet sich in Vulkanschloten und in bestimmten Sedimentgesteinen, den Evaporiten. Schwefelhaltige Mineralien, die Sulfide und Sulfate, sind dagegen sehr häufig.

Sekundärenergie
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Sekundärenergie: Energie, die durch eine vom Menschen absichtlich verursachte Umwandlung aus anderen Energieformen und -trägern bereitgestellt wird (z.B: Elektrische Energie, Fernwärme, Benzin, Dieselöl, Heizöl S, Heizöl EL, Koks, Briketts, etc.).

Sekundärenergie zeichnet sich durch mindestens eine der folgenden Eigenschaften aus (Liste unvollständig):

* gute Lagerfähigkeit (z.B. Koks, raffinierte Öle)
* gute Transportfähigkeit (z.B. Elektrische Energie)
* hohe Energiedichte (z.B. Koks)
* einfache/billige Herstellung (Briketts)

Eine dieser Eigenschaften wird im Normalfalle bevorzugt und zugunsten einer oder aller anderen Eigenschaften verstärkt (z.B. Energiedichte von Benzin erhöhen und dafür Lagerfähigkeit und Transport verkomplizieren). Oft sind die Nebenprodukte der Herstellung von Sekundärenergie ebenso nutzbare Sekundärenergie (z.B. Gas bei der Benzinherstellung, Fernwärme als Abprodukt der Herstellung elektrischer Energie), in solchen Fällen, und wenn die gewünschte Energieform nur an bestimmten Örtlichkeiten extrem günstig herzustellen ist, wird oft auch ein komplizierter, teurer und verlustreicher Transport in Kauf genommen.

Eine Solaranlage dient zur Umwandlung von solarer Strahlungsenergie in eine andere Energieform. Obwohl Solaranlagen häufig sehr kleine Nennleistungen haben, handelt es sich um (dezentrale) Kraftwerke.

Es gibt zwei prinzipielle Arten von Solaranlagen, die sich nach der gewonnenen Energieform unterscheiden:

* Thermische Solaranlagen, die Wärme liefern
* Photovoltaikanlagen, die elektrische Energie liefern

Thermische Solaranlagen

Thermische Solaranlagen können für die Lieferung von Warmwasser, Wärme zur Raumheizung und Prozesswärme (diese kann wiederum in elektrische Energie gewandelt werden) eingesetzt werden.

Dabei wird ein speziell beschichteter und hinten gedämmter Kollektor durch die Sonnenenergie erhitzt. Durch die Röhren des Kollektors strömt ein Medium, das diese Wärme aufnimmt und mittels einer Pumpe im Kreislauf zum Speicher gepumpt wird. Dort wird die Wärme über einen Wärmetauscher an das Warmwasser abgegeben. In Zentraleuropa können mit Thermischen Solaranlagen je nach Region bis zu 60% des Warmwasserbedarfs an Brauchwasser gedeckt werden. Es gibt auch viele dieser Anlagen in Deutschland, Dänemark oder in Italien.

Mit der Solarkonstante E0 wird die Strahlungsleistung Fe der Sonne bezeichnet, die auf der Erde pro Quadratmeter ankommt. Dieser Wert ist physikalisch gesehen eine Bestrahlungsstärke, eine Größe der Radiometrie.

Die Bezeichnung "-konstante" ist hierbei irreführend, denn der Wert ist nicht konstant. Da die Bestrahlungsstärke Ee vom Abstand der Erde von der Sonne abhängt, ändert sich allein schon deswegen der Wert. Der Abstand der Erde von der Sonne schwankt durch die Bahn Exzentrizität, so dass der Abstand zwischen 1,47 · 108 km und 1,52 · 108 km beträgt. Dabei schwankt die Bestrahlungsstärke zwischen 1.325 W/m² und 1.420 W/m². Zudem schwankt, wie schon 1843 Samuel Heinrich Schwabe (1789-1875) erkannt hatte, die Strahlungsleistung der Sonne periodisch, nämlich in einem circa elfjährigen Sonnenfleckenzyklus, der auch durch das verstärkte Auftreten von Sonnenflecken erkennbar ist.

Die Solarkonstante, also die eintreffende Strahlungsleistung der Sonne auf die Erde pro Quadratmeter, ist ein zentraler Faktor bei der Erstellung von Klimarechenmodellen und sollte damit so genau wie möglich bestimmt werden.

Die eintreffende Strahlungsleistung der Sonne auf die Erdoberfläche unterliegt aufgrund der Absorption elektromagnetischer Strahlung in der Erdatmosphäre Schwankungen. Es müssen mehrere Einflussfaktoren berücksichtigt werden, unter anderem die Dicke der Atmosphäre, die von der Strahlung durchlaufen werden muss, das so genannte Air Mass, so dass eine Messung hier keinen besonders exakten Wert liefert. Um dieses Hindernis zu überwinden, werden seit 1970 Messungen im Weltraum vorgenommen. Dort sind die Ergebnisse nicht durch die Einflüsse der Atmosphäre verfälscht, und man bekommt eine Referenz zu bodengestützten Messungen. Es sind wiederholt einzelne Messungen mit Raumsonden und Satelliten vorgenommen worden. Seit 1995 führt der Satellit SOHO das Radiometer Virgo mit sich. Auch eine Messung von der Internationalen Raumstation aus ist geplant. Die Messungen werden vom "Royal Meteorological Institute of Belgium" koordiniert. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass der Wert um etwa 0,1 % mit dem elfjährigen Sonnenzyklus schwankt.

Solarstrom bezeichnet umgangssprachlich aus Sonnenenergie gewandelte elektrische Energie. Diese Energieform zählt zu den erneuerbaren Energien, da sie auf der Erde ständig zu Verfügung steht und die Sonne nach menschlichen Maßstäben betrachtet mit einer voraussichtlichen Brenndauer von noch etwa 5 Milliarden Jahren eine unerschöpfliche Energiequelle ist. Eingeschränkt wird die Verfügbarkeit durch verschiedene Faktoren, wie Tageszeit, Wetterlage (zum Beispiel Umgebungstemperatur, Wolken, Lufteintrübung) und Verschattung durch Aufbauten, Bäume, Fahnenmasten und ähnliches.

Der Ressourcenverbrauch auf der Sonne während der Kernfusion wird dabei im Verhältnis zu menschlichen Zeitrechnung vernachlässigt.

Solarstrom kann durch Photovoltaikanlagen erzeugt werden, jedoch auch mit konventionellen Dampfkraftwerken, die den Wasserdampf durch Sonnenkollektoren erzeugen. In den USA existieren mehrere Anlagen dieses Typs.

So genannte Turmkraftwerke, bei denen das Licht durch sonnenstandsgeführte Spiegel (Heliostaten) auf einen Dampferzeuger in einem Turm konzentriert wird haben sich bisher nicht durchgesetzt.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Parabolspiegeln die die Sonnenstrahlung auf den Wärmeübertrager eines Stirlingmotors konzentrieren (ein so genannter Dish-Stirling). Mit dieser Methode wurde der bisher höchste Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie erzielt.

Nach Versuchen mit Aufwindkraftwerken im spanischen Ort Manzanares Anfang der 1980er Jahre soll nun in Australien ein solches in erheblich größerem Maßstab gebaut werden.

Im Gegensatz zur Solarzelle, wo die sichtbare Strahlung des Sonnenlichtes in technisch nutzbare Energie umgewandelt wird, nutzt die Solarthermie den infraroten Bereich der Strahlung. Je geringer die Reflexion des zu erwärmenden Stoffes und je senkrechter die Sonne einstrahlt, desto effektiver ist die Absorption.

Man unterscheidet in der Solarthermie zwischen der passiven Nutzung und der aktiven Nutzung. Bei einer passiven Nutzung erwärmt die Sonne direkt, also ohne technische Apparate, einen Raum. Im einfachsten Fall ist das Haus so gegenüber der Sonne ausgerichtet, dass in kalten Klimazonen die Sonne ins Haus scheinen kann und in heißen Klimazonen die Sonne möglichst ausgesperrt bleibt. Von aktiver Nutzung spricht man dann, wenn konzentriert Sonnenwärme gesammelt und mit Hilfe eines Mediums transportiert wird. Im Haushalt findet die Sonnenwärme vorwiegend zur Erwärmung von Wasser und der Raumluft Verwendung. In der Industrie ist darüber hinaus noch die Umwandlung in chemische Energie, elektrische Energie und mechanische Energie häufig anzutreffen.

Die Sonnenwärme wird traditionell zur Kühlung von Nahrungsvoräten und zur Temperierung der Wohnräume eingesetzt. Dies geschieht mit Hilfe einer bedarfsgerechten Architektur. In kalten Klimazonen sind Fenster und Türen bevorzugt auf der windabgewandten Seite des Hauses und in Richtung zur Mittagssonne hin orientiert. Die verwendeten Baustoffe sind gegen die Kälte gut isolierend. In heißen Klimazonen benötigt man Schutz vor direkter Sonneneinstrahlung. Die traditionelle islamische Bauweise arbeitet darüber hinaus mit der Thermik. Mit Hilfe von Windtürmen, Kuppelbauten und Luftkanälen in den Außenmauern der Häuser kann die Luftfeuchtigkeit im Gebäude gesenkt werden. Der Luftdruckunterschied zwischen Obergeschoß und Untergeschoß bewirkt die Zirkulation der Luft in den Kanälen und führt zu einer natürlichen Klimaanlage. Ähnliche Problemlösungen sind in der Natur bei Termitenhügel zu sehen.

Passive Nutzung

Die Grundlagen der modernen passiven Nutzung der Solarthermie sind gleich geblieben. Heute verwendet man moderne Abwandlungen der traditionellen Techniken, weil diese auf heute oft unbezahlbarer Handarbeit beruhen. Zur Erwärmung eines Hauses können z.B. ein Wintergarten, besonders große Fenster Richtung Süden oder eine wärmespeichernde Solarwand dienen. In Verbindung mit einer guten Wärmedämmung vermindert sich der Bedarf an zusätzlicher Heizungswärme stark. Da moderne Bürogebauden (z.B. Commerzbank AG, Posttower, Liste hoher Gebäude der Welt heute oft eine verglaste Außenwand aufweisen, ist das vorrangige Problem dort ein zuviel an Sonnenwärme. Hier können Spezialgläser helfen, welche die thermischen Strahlen der Mittagssonne abblocken, aber transparent für eine niedrig am Horizont stehende Sonne sind. Oftmals ist auch ein Atrium mit Springbrunnen in der Mitte des Gebäudes, von unten bis zum Dach reichend, vorhanden, um eine kühlende natürliche Thermik zu erhalten. (s.a. Patio)
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Aktive Nutzung

Es gibt die direkte Nutzung der Solarenergie in einem flächigen Sonnenkollektor. Da hier die eingestrahlte Energie nicht konzentriert wird, ist die gewonnene Energiemenge gering. Solarthermische Anlagen erwärmen Wasser und können bei entsprechender Größe auch die Heizung unterstützen. Die meisten Kollektoren werden heute eingesetzt, um Brauchwasser für den Haushalt zu erwärmen. Sie können gut und gerne 60 Prozent des Bedarfs decken. Solarthermische Anlagen, die auch Wärme zur Raumheizung bereitstellen, sind deutlich größer. Sie können 20 bis 40 Prozent des gesamten Wärmebedarfs für Warmwasser und Raumheizung decken und brauchen dafür Kollektorflächen zwischen acht und 25 Quadratmetern. Außerdem kann Sonnenenergie das Brauchwasser von Mehrfamilienhäusern vorwärmen und damit etwa 25 Prozent des jährlichen Energiebedarfs einsparen. schreibt Ökotest in [1 (http://www.oekotest.de/cgi/ot/otgs.cgi?suchtext=&doc=33787)]

Wird die Sonnenenergie mit Spiegeln in einem Sonnenwärmekraftwerk gebündelt, können Temperaturen bis zu 1300°C erzielt werden, die industriell gut nutzbar sind. Die hohen Energiekonzentrationen werden mit einem Dampfkraftwerk oder einem Stirlingmotor in mechanische Energie und anschließend mit einem Stromgenerator in elektrische Energie umgewandelt. Manchmal ist die gewonnene Solarenergie eine zusätzliche Energiequelle in einem konventionellen Kraftwerk.

Neben dem Endprodukt elektrischer Strom besteht noch die Möglichkeit die thermische Energie in chemische Energie umzuwandeln. Ein für die solare Wasserstoffwirtschaft wichtiges Forschungsergebnis ist die kürzlich am DLR gelungene thermische Spaltung von Wasserdampf in solaren Wasserstoff (s.a. Wasserstoffherstellung. Mit Hilfe eines Katalysators konnte die für diesen Vorgang benötigte Temperatur von einigen tausend Grad Celsius auf unter 1400°C gesenkt werden.

In Österreich sind solarthermische Großanlagen schon weit verbreitet. Man kombiniert Sonnenkollektor, Bioheizwerk und Ersatz- oder Spitzenenergiequelle. Da die Solarthermie im Frühjahr und Herbst nur wenig Energie und im Winter fast gar keine Energie liefert, schaltet man in dieser Zeit das Biomassekraftwerk, etwa ein Holzhackschnitzel Heizwerk zu und nutzt so die vorhandenen Installationen ganzjährig. Der Wärmespeicher ist der zentrale Sammelpunkt, wo die benötigte Energie für einen Großverbraucher - etwa ein Krankenhaus oder eine große Wohnanlage - aus den vorhandenen Energiequellen kombiniert wird. Man legt die Anlage so aus, dass im Sommer die Sonnenkollektoren alleine genug Energie liefern und kann so das Anfahren des Bioheizwerkes im Sommer vermeiden.

Zum eindeutigen Nachweis ist Heizöl mit Solvent Yellow 124 und einem roten Farbstoff gekennzeichnet.

Um eine missbräuchliche Verwendung von Heizöl als Kraftstoff auszuschließen, wurde 1976 die Kennzeichnung eingeführt. Anfangs wurde nur ein auffälliger Farbstoff Furfural beigemischt. In Deutschland wird, wie in den meisten EG-Mitgliedsländern, leichtes Heizöl rot eingefärbt. Es gibt aber auch Gelb- oder Blaufärbungen.

Da die Färbung von einem technisch Versierten relativ leicht entfernt werden kann, hat man die Markierung mit Solvent Yellow 124 eingeführt. Um Verstöße auch international verfolgen zu können, ist seit dem 1. August 2002 in den EG-Mitgliedstaaten zur einheitlichen Heizölkennzeichnung als Markierstoff nur noch Solvent Yellow 124 zugelassen. Solvent selbst färbt das Heizöl kaum, auch nicht gelb. Der rote Farbstoff wird zur einfachen Unterscheidung weiterhin zusätzlich beigemischt.

Die Sonnenenergie oder Solarenergie ist der auf die Erde eintreffende Anteil der Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung (Strahlungsenergie), die von der Sonne durch Kernfusion emittiert wird. Die zugestrahlte Sonnenenergie ist über längere Zeiträume praktisch konstant. Die Strahlungsleistung beträgt an der Grenze der Atmosphäre etwa 1,367 kW/m²; dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Ein großer Teil der eingestrahlten Energie wird jedoch von der Atmosphäre absorbiert und reflektiert. Die Größe dieses Verlustes hängt vom Zustand der Atmosphäre ab. Dabei spielen die Luftfeuchtigkeit, die Bewölkung und die Länge des Weges, den die Strahlen durch die Atmosphäre nehmen müssen, eine Rolle. Auftreffende Strahlung beträgt in der Atmosphäre noch ungefähr 1 kW/m². Dies gilt aber nur für die senkrecht auftreffende Strahlung. Schräg zur Sonne aufgestellte Flächen bekommen weniger Energie.

Im 19. Jahrhundert nahm man an, die Sonne bestünde aus Kohle und würde diese verbrennen; allerdings könnte die Sonne unter dieser Annahme nur für etwa 6000 Jahre leuchten.

Die auf der Erde am weitesten verbreitete Nutzung der Sonnenenergie ist die Photosynthese bei den Pflanzen. Alle Wirbeltiere leben direkt (Pflanzenfresser) oder indirekt (Fleischfresser) von der Sonnenergie.

Technisch lässt sich die Sonnenenergie ebenfalls nutzen, dazu wird sie mit Hilfe der Photovoltaik in elektrische Energie (Solarstrom) oder Wärme (Solarthermie) umgewandelt. Die Wandlung in Wärme durch so genannte Sonnenkollektoren ist die verbreitetste Nutzung der Sonnenenergie. Manchmal wird die so gewonnene Wärme in Sonnenwärmekraftwerken wiederum zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Die Sonnenenergie zählt zu den regenerativen Energien, ihre Nutzung wird deshalb von der deutschen Bundesregierung im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gefördert.

Faktisch lässt sich auch die Windkraft sowie die Energieträger Biomasse und Biogas als Solarenergie bezeichnen, da sie umgewandelte Sonnenenergie enthalten.

Eine einfache Anwendung der Sonnenenergie findet sich im Solarofen. Zur technischen Nutzung der Sonnenenergie siehe auch Solartechnik.

In weniger als 30 Minuten strahlt die Sonne mehr Energie auf die Erde, als die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht. Im Jahr 2000 lag dieser jährliche Energieverbrauch bei etwa 1,4 · 1014 kWh. Um diese Energiemenge zu erzeugen, muss über eine Zeit von einem Jahr eine Leistung von 2,2 · 1010 kW erbracht werden (Energie = Leistung * Zeit), dazu wären rund 17.000 Atomkraftwerke erforderlich. Die Einstrahlungsleistung der Sonne beträgt im Durchschnitt auf der Erde etwa 1.000 Watt pro Quadratmeter, das ist eine Gesamtleistung von 5,1 · 1014 kW für die gesamte Erdoberfläche. Allerdings unterscheiden sich an verschiedenen Orten die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fallen. Deshalb unterscheidet sich auch die eingestrahlte Energie. Sie beträgt zum Beispiel 1.000 kWh pro Quadratmeter und Jahr in Mitteleuropa und oder 2.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr in der Sahara. Trotzdem wird auch Deutschland noch mit etwa dem 200fachen seines Primärenergieverbrauchs bestrahlt. Theoretisch wäre es machbar, bei einem Wirkungsgrad der Umwandlung von 10% auf einer Fläche von 700 x 700 km in der Sahara den Weltenergiebedarf komplett zu decken (Stand von 2003).

Ein Sonnenkollektor ist eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung. Sie absorbiert die Sonnenstrahlen (Sonnenenergie) und nutzt die entwickelte Wärme mit relativ günstigem Wirkungsgrad zur Erwärmung eines meist flüssigen Wärmeträgers. Produktvarianten sind Flachkollektoren, Vakuumröhrenkollektoren, Thermosiphonkollektoren, Kissenabsorber und Schwimmbadabsorber.

Nebenstehendes Schema zeigt den Aufbau eines Flachkollektors mit den wichtigsten Bauteilen. Die durch eine Glasplatte einfallenden Sonnenstrahlen treffen auf einen Absorber. Beim Auftreffen der Sonnenstrahlen wird kurzwellige, energiereiche Strahlung in langwellige, energiearme Strahlung umgewandelt. Die dabei freiwerdene Wärme darf nicht verlorengehen, weshalb der Kollektor allseitig wärmegedämmt ist. Im Kollektor wird die Wärme auf das in Kupferrohren fließende Wasser übertragen. Der größte Teil der jetzt langwelligen Strahlung hat nicht mehr ausreichend Energie um durch die Glasscheibe zu reflektieren und ist somit im Kollektor eingefangen, wo er letztlich auch zu Wärme wird. Dies ist der Effekt der oft mit Wärmefalle oder Treibhauseffekt beschrieben wird.

Der Sonnenkollektor wird in einen Flüssigkeitskreislauf eingebunden, durch den die gesammelte Wärmeenergie transportiert wird. Anwendung der in Form von Hitze angesammelten Sonnenenergie können Warmwassererzeugung zum Waschen und Baden, Hausbeheizung, Kühlen und Prozessenergie (z.B. zur Beschleunigung der Umstellung auf Biodiesel oder zum nwärmen von Biomassekulturen zur Biogaserzeugung) sein. Um auch an regnerischen und bewölkten Tagen Heißwasser sicherzustellen ist in der Erneuerbaren Energieanlage meist ein Wärmespeicher eingebaut. Außerdem kann ein regulärer Durchlauferhitzer nachgeschaltet werden.

Man unterscheidet fokussierende und nicht fokussierende Solarenergieanlagen. In Sonnenwärmekraftwerken z.B. wird oft eine vergleichsweise kleine Kollektorfläche durch mittels Reflektorflächen gebündeltes Licht bestrahlt. In Vakuumröhrenkollektoren sind der fokussierende Spiegel und der Absorber integriert. Sonnenkollektoren enthalten eine dunkle (teilweise speziell beschichtete) Absorberplatte, um die direkte und diffuse Sonnenstrahlung möglichst gut aufzufangen und damit eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität zu erhitzen. Oft wird dabei eine Änderung des Aggregatzustandes (Verdampfung) erzielt, durch die mehr Energie aufgenommen und beim Kondensieren wieder abgegeben werden kann. In Gegenden mit Winterfrostgefahr sollte dies ein Flüssigkeit sein, die einen niedrigen Gefrierpunkt hat, wie z.B. eine Wasser-Glykol-Mischung. Der Kollektor würde sonst bei tiefen Außentemperaturen durch die gefrierende Flüssigkeit und deren Ausdehnung zerstört werden. In warmen Gebieten bzw. wenn bei Frostgefahr das System entleert wird, kann auch nur Wasser verwendet werden. In einem gut isolierten Speichertank mit eingebautem Wärmetauscher wird dann die Hitze des thermalen Trägermediums dem zu erhitzenden z.B. Wasser erst bei Bedarf weitergegeben.

Um die Absorption zu maximieren und die Wärmeverluste durch Wärmekonvektion an die Umgebung klein zu halten, werden evakuierte Glasröhren-Kollektoren, so genannte Vakuumröhrenkollektoren verwendet. In thermischen Kollektoren können Temperaturen von bis zu 250 °C auftreten, die Arbeitstemperaturen betragen bis zu 120 °C. In den 1970er-Jahren wurden Kollektoren mittels alter Flachheizkörper und einfacher Glasscheiben gebaut, heute hat sich diese Technik deutlich weiterentwickelt. Der Einsatz speziell entwickelter Materialien und die industrielle Herstellung haben Hochleistungskollektoren erschwinglich gemacht und zu ihrer weiten Verbreitung beigetragen.

Da sich die meisten Flüssigkeiten bei Erwärmung ausdehnen und damit ein geringeres spezifisches Gewicht erlangen, kann idealerweise ein alleine durch die Schwerkraft betriebener Heiz-Kreislauf erreicht werden, wenn der thermale Speichertank am höchsten Punkt des Kollektorkreislaufes installiert ist. Häufig sind jedoch elektrisch angetriebene Pumpen notwendig, da die Kollektoren auf dem Dach angebracht werden. Diese Pumpen können auch über eine kleine Photovoltaikanlage betrieben werden.

Von den thermischen Sonnenkollektoren zu unterscheiden sind die Solarzellen bzw. Solarmodule, die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln (Photovoltaik).

Ein Sonnenwärmekraftwerk ist ein Kraftwerk, das als Energiequelle Sonnenlicht verwendet. Zur Zeit gibt es fünf Konzepte für die industrielle Nutzung der Sonnenwärme, die sich in zwei Kategorien einteilen lassen.

* Solarthermische Kraftwerke zur Nutzung der Direktstrahlung:

* Solarfarmkraftwerke (Parabolrinnenkraftwerke)
* Solarturmkraftwerke (Zentralreceiverkraftwerke)
* Paraboloidkraftwerke (Dish-Stirlingmotor- und Dish-Farm-Anlagen)

Diese Kraftwerke verwenden konzentrierende Kollektoren um das einfallende Sonnenlicht zu konzentrieren. Da sie lediglich den Direktstrahlungsanteil nutzen, sind sie nur in besonders sonnenreichen Regionen wirtschaftlich einsetzbar. Solarfarmkraftwerke nutzen Linienkonzentratoren (Parabolrinnenkollektoren), die die Sonnenstrahlung auf eine Brennlinie konzentrieren, während in Solarturmkraftwerken und Paraboloidkraftwerken die Strahlung der Sonne mit Punktkonzentratoren auf einen Brennpunkt gebündelt wird.

* Solarthermische Kraftwerke zur Nutzung der Direkt- und Diffusstrahlung:

* Solarteichkraftwerke
* Aufwindkraftwerke

Diese Kraftwerke nutzen die gesamte Globalstrahlung (also Direkt- und Diffusstrahlung). Bei Solarteichkraftwerken bilden Schichten unterschiedlich salzhaltigen Wassers den Kollektor und Absorber, während diese Aufgabe bei Aufwindkraftwerken einem großflächigen Kollektordach (ähnlich einem Treibhaus) zukommt.

Bis auf das Aufwindkraftwerk verwenden alle solarthermischen Kraftwerkskonzepte Wärmekraftwerke um elektrischen Strom zu generieren.

Stickstoff
aus Wikipedia, der freien Wissensdatenbank

Der Name Stickstoff bezeichnet das chemische Element aus dem Periodensystem der Elemente mit dem Symbol N und der Ordnungszahl 7. Man spricht auch von atomarem Stickstoff. Elementar tritt Stickstoff jedoch nur in Form eines kovalenten Homodimers, einer chemischen Verbindung aus zwei Stickstoff-Atomen, auf (? molekularer Stickstoff, Summenformel N2).

Molekularer Stickstoff ist ein Hauptbestandteil der Luft. Er ist in der Umwelt ein wichtiger Dünger, der durch Luftstickstoffbindung (vor allem durch Knöllchenbakterien in Wurzeln von Leguminosen) auf natürlichem Wege im Humus angereichert. In atomarer Form ist er als Baustein der Proteine ein wichtiges Hauptnährelement aller Organismen. Stickstoff ist ein zentrales Element im Stoffhaushalt der Ökosysteme (siehe Stickstoffkreislauf) und wurde, da es in Mineralien relativ selten auftritt, auf der Erdoberfläche und im Wasser fast ausschließlich biotisch angereichert.

Das Elementsymbol N leitet sich von der lateinischen Bezeichnung nitrogenium (von altgriech. ??t??? = Laugensalz und altgriech. ?e??? = Herkunft) ab. Die deutsche Bezeichnung Stickstoff erinnert daran, dass molekularer Stickstoff Flammen löscht ("erstickt").

Tankwagen sind Spezialfahrzeuge zum Transport von Flüssigkeiten und Gasen aller Art sowie pneumatisch oder hydraulisch förderbaren Feststoffen (Pulver). Die für diese Zwecke verwendeten Eisenbahngüterwagen werden Kesselwagen genannt.

Als thermische Solaranlage oder Solarthermie werden Solaranlagen bezeichnet, die Wärme aus der Sonneneinstrahlung nutzbar machen. Dabei werden überwiegend zwei Verfahren eingesetzt: Flach- und Vakuumkollektoren.

Flachkollektoren sind wegbereitend für die effektive Solarnutzung gewesen. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus haben die meisten dieser Produkte eine lange Lebensdauer.

Vakuumröhrenkollektoren arbeiten nach dem Thermoskannenprinzip und sind effektiver. Die eingefangene Wärmeenergie kann nicht entweichen und wird mit Hilfe eines Wärmerohres an die Trägerflüssigkeit abgegeben. So kommt selbst bei einer Außentemperatur von wenigen Grad Celsius noch Wärme vom Dach.

Wird aus der Sonnenenergie Strom gewonnen, so spricht man von Photovoltaik.

Der thermische Wirkungsgrad gibt das Verhältnis von der gewonnen technischen Leistung zum zugeführten Wärmestrom in einer Wärmekraftmaschine an.

Der thermische Wirkungsgrad wird als Bewertungsmaß für die Effektivität des Prozesses benutzt, daher wird er auch Prozesswirkungsgrad genannt.

Anlagenwirkungsgrad

Wird die bei einem thermischen Umwandlungsprozess frei werdende Abwärme weiter genutzt, zum Beispiel zur Luftvorwärmung, Ölvorwärmung oder Fernheizung, wie es bei Blockheizkraftwerken der Fall ist (siehe Tab. unten), so vergrößert sich der Wirkungsgrad der Anlage, da ein Teil der eigentlich für den Prozess verlorengegangen Wärme trotzdem genutzt werden kann.

Den sich daraus ergebenen Wirkungsgrad nennt man Anlagenwirkungsgrad um ihn von dem eigentlichen, niedrigeren thermischen Wirkungsgrad (Prozesswirkungsgrad) zu unterscheiden. Anlagenwirkungsgrade sind mit Wärmetauschern relativ einfach zu verbessern, während die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades häufig nur mit erheblichen Mühen und Forschungsaufwand verbunden ist.

Feuerungstechnischer Wirkungsgrad

Der feuerungstechnische Wirkungsgrad berücksichtigt lediglich den Abgasverlust eines Wärmeerzeugers - eine Bewertung der energetischen Effizienz eines Wärmeerzeugers allein mit Hilfe des gemessenen Abgasverlustes ist daher nicht möglich.

Der feuerungstechnische Wirkungsgrad gibt die Nutzung der aus der Verbrennung eines Brennstoffes entstehenden Wärme an. Er bestimmt sich aus der Differenz von 100 % und dem Abgasverlust, der die in dem Abgas verbleibende Wärmemenge bezogen auf die Temperatur der die Feuerstelle umgebenden Luft angibt. Eine Abkühlung unter die Temperatur der Umgebungsluft wird dabei als nicht möglich angesetzt.

Der Abgasverlust ist von der Zusammensetzung des Abgases abhängig, vor allem dem Luftanteil, da in der Verbrennungswärme die Erwärmung der Verbrennungsluft auf die Flammtemperatur enthalten ist.

Als 100%-Wert wird traditionell der Heizwert (auch "unterer Heizwert" genannt) angesetzt, der definitionsgemäß die evtl. anfallende Kondensationswärme des Abgases nicht berücksichtigt. Aufgrund der in den letzten Jahre zunehmenden Verbreitung der Brennwerttechnik ist diese Betrachtungsweise nicht mehr zeitgemäß und sollte an die fortgeschrittene Technologie angepasst werden.

Torf ist ein organischer Bodentyp, der für Moore typisch ist. Er entsteht aus der Ansammlung pflanzlicher Substanzen in verschiedenem Grade der Zersetzung.

Durch einen niedrigen pH-Wert und Luftabschluss durch Wassersättigung wird die Zersetzung pflanzlicher Substanzen extrem verlangsamt. Die Bildung von Torf geht dadurch so langsam vor sich, dass es bis zur Entstehung z.B. des norddeutschen Teufelsmoores ca. 8000 Jahre dauerte (ca. 1 m pro 1000 Jahre).

So entsteht ein Mittelzustand zwischen Land und Wasser: die Moore (Lohden der Oberpfälzer, Ried in Schwaben und Thüringen, Moos (Moor) in Bayern).

In den ersten Stadien der Bildung lässt der Torf die Struktur der Pflanzen noch deutlich erkennen, es entsteht der so genannte Weisstorf; bei weiterer Zersetzung entsteht ein homogener, wenigstens bei Betrachtung mit unbewaffnetem Auge strukturloser Körper, Braun- oder auch Bunttorf genannt. Die älteste Torfschicht ist der so genannte Schwarztorf. Die unteren Schichten eines Torflagers sind dabei (weil älter und größerem Druck ausgesetzt) in der Zersetzung weiter vorgeschritten (reifer) als die oberen (unreifen). Wo die Bodenbeschaffenheit eine Ansammlung von stehendem seichtem Wasser gestattet, wird dieses durch Pflanzen überwuchert, die dann ihrerseits wiederum das Wasser vor schneller Verdunstung schützen.

Die Torfmoorbildung wird begünstigt durch eine Einsenkung des Bodens oder Verbindung mit benachbarten Gewässern sowie einen undurchlässigen Untergrund.

Auch auf spaltenfreien Gesteinen, die ein Versickern des Wassers nicht gestatten, und auf solchen, welche bei ihrer Verwitterung einen undurchlässigen Ton liefern, können Moore entstehen. Ferner müssen die klimatischen Bedingungen mehr Wasser nachliefern als durch Verdunstung und Abfluss entzogen werden, wie in regen- und nebelreichen Gegenden, weshalb die gemäßigten Zonen die eigentliche Heimat der Moore bilden, während sie sich in der heißen Zone auf hoch gelegene Plateaus und auf regenreiche Wälder beschränken.

Als Treibhausgase bezeichnet man Spurengase, welche die Wärmestrahlung der Erde absorbieren und somit die Erdoberfläche und die untere Atmosphäre erwärmen (Treibhauseffekt).

Wandheizungen sind eine Weiterentwicklung der Fußbodenheizung. Sie werden in Innen- und Außenwände integriert. Dies geschieht bauseits durch Einputzen (auch nachträglich), durch Aufbringen von Verlegeplatten aus Polystyrol Hartschaum mit Wärmeleitlamellen, integriertem Kunststoffrohr und einer Abdeckung mit Gipskarton (Wandheizung im Trockenbau) oder im Fertighausbau schon ab Werk.

Wandheizungen geben Strahlungswärme ab. Dadurch entsteht ein angenehmes Raumklima und geringe Staubverwirbelung. Durch subjektiv empfundenes Wärmegefühl bei objektiv etwas niedrigeren Raumtemperaturen sind Energieeinsparungen möglich (im Vergleich geringere Vorlauftemperatur). Aufgrund großer Flächen und geringer Masse kann die Temperatur schnell reguliert werden. Bei Außenwänden ist auf entsprechende Wärmedämmung zu achten. Bei schlecht gedämmten Außenwänden ist die Transmission hoch, so das auch mit hohen Energiekosten zu rechnen ist.

Eine Warmwasserheizung besteht aus einem Wärmeerzeuger, der das Wärmeübertragermedium Wasser erwärmt und mit Hilfe einer Pumpe durch Rohrleitungen (Vorlauf) zu den Heizflächen liefert, die die Wärme an den zu beheizenden Raum abgeben. Anschließend fließt das abgekühlte Wasser über die Rücklaufleitungen zurück zum Wärmeerzeuger.

Wasserstoff ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol H (für hydrogenium = Wassererzeuger; von altgriechisch ?d?? = Wasser und ?e???e? = erzeugen, da es Bestandteil des Wassers ist) und der Ordnungszahl 1.

Man unterscheidet zwischen atomarem Wasserstoff (H) und der dimerisierten Form, dem molekularen Wasserstoff (H2). Nur diesen findet man unter Normalbedingungen vor.

Wasserstoff ist mit nur einem Proton und einem Elektron das leichteste der chemischen Elemente. Unter Normalbedingungen liegt er nicht in atomarem, sondern nach Zusammenschluss zweier H-Atome in molekularem Zustand als H2 vor. Der „status nascendi“ des atomaren Wasserstoffs, etwa unmittelbar nach einer Wasserstoff darstellenden Rekation, besteht nur für etwa 0,5 Sekunden.

Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker Henry Cavendish im Jahre 1766. Benannt wurde er von Antoine Lavoisier im Jahr 1787. In diesem Jahr taufte der Franzose den Wasserstoff als hydro-gène (hydor = Wasser, griechisch; genes = erzeugend). Das Wort bedeutet demnach: Wasser-Bildner.

Wasserzähler sind Messgeräte, die das Volumen der durchgeflossenen Wassermenge anzeigen. Häufig unzutreffend als Wasseruhr bezeichnet. Meist werden Wasserzähler im geschäftlichen Verkehr z.B. zwischen Versorgungsunternehmen (Stadtwerke) und Verbraucher eingesetzt. In diesem Fall müssen die Wasserzähler geeicht sein (Eichung, Eichgesetz).

Watt ist die SI-Einheit der Leistung in der Physik. Sie wurde benannt nach James Watt, dem Erfinder der Dampfmaschine.

* Einheitenzeichen: W
* Formelzeichen der Leistung: P
P = U x I

P - elektrische Leistung, gemessen in Watt
U - elektrische Spannung, gemessen in Volt
I - elektrische Stromstärke, gemessen in Ampere

Bei der Windenergie handelt es sich um die kinetische Energie der bewegten Luftmassen der Atmosphäre. Es ist eine indirekte Form der Sonnenenergie.

Die ungleichmäßige Einstrahlung der Sonnenenergie auf die Erdoberfläche bewirkt eine unterschiedliche Erwärmung der Atmosphäre, der Wasser- und der Landmassen. Dann ist eine Seite der Erde, die Nachtseite, der Sonne abgewandt, zudem ist die solare Einstrahlung in Äquatornähe größer als an den Polen. Schon durch die hierbei entstehenden Temperatur- und damit auch Druckunterschiede geraten die Luftmassen zwischen der Zone um den Äquator und den Polen und auch zwischen der Tag- und der Nachtseite der Erde in Bewegung. Die Rotation der Erde trägt ebenfalls zur Verwirbelung der Luftmassen bei und die Schiefstellung der Rotationsachse der Erde zur Ebene, die die Erdbahn durch das Umkreisen der Sonne bildet, (ekliptikale Ebene) führt zu jahreszeitlichen Luftströmungen.

Es entwickeln sich Hoch- und Tiefdruckgebiete. Da die Erde sich dreht, sind die vom Hoch- in ein Tiefdruckgebiet fließenden Luftmassen dem Einfluss der aus der Rotation resultierenden Corioliskraft ausgesetzt und strömen nicht geradlinig zum Ziel. Vielmehr bilden sich auf der Nord- und Südhalbkugel Wirbel mit jeweils anderer Drehrichtung. Auf der Nordhalbkugel strömen die Luftmassen (aus dem Weltall gesehen) gegen den Uhrzeigersinn in ein Tiefdruckgebiet hinein und mit dem Uhrzeigersinn aus einem Hochdruckgebiet heraus. Auf der Südhalbkugel sind die Orientierungen umgekehrt.

Zu diesen globalen Störungen kommen lokale Einflüsse hinzu, die Winde entstehen lassen. Aufgrund der verschiedenen Wärmekapazitäten von Wasser und Land erwärmt sich das Land tagsüber schneller als das Wasser und es weht durch die entstehenden Druckunterschiede ein Wind vom Wasser auf das Land. Nachts kühlen die Landmassen schneller aus als das Wasser und der Effekt kehrt sich um. Zusätzlich kann der Wind sich auf dem Wasser ungebremst entwickeln, so dass es besonders in Küstengebieten zu regelmäßigen und starken Winden kommt. Auch durch Bergformationen und andere lokale Ausprägungen ( z.B. Städte) kann es zu Windströmungen kommen, die häufig verstärkt werden durch Verengungen an Hindernissen (Düsen- oder Kapeffekte).

Die Stärke des Windes hängt in den unteren Luftschichten ganz wesentlich von den dort vorhandenen Landschaftselementen ab. Wasser, Wiese, Wald oder Bebauung werden als verschiedene Rauigkeiten abgebildet, die die Reibung der Luft an der Erdoberfläche beschreibt. Dieser Effekt führt zu einer Verringerung der Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe uber dem Boden. Da die Energie des Windes mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit steigt, ist die Rauigkeit und die Höhe über Grund der bestimmende Faktor bei der technischen Nutzung der Windenergie.

Wärme im physikalischen Sinne ist über eine Systemgrenze hinweg transportierte thermische Energie. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird der Begriff Wärme häufig mit der thermischen Energie selbst verwechselt.

Wärme ist wie Arbeit an Transportvorgänge gebunden, daher eine Vorgangs- oder Prozessgröße, im Gegensatz zu einer Zustandsgröße. Sie wird immer vom wärmeren zum kälteren System transportiert, solange eine Temperaturdifferenz zwischen zwei thermisch gekoppelten Systemen besteht.

Unter Wärmedämmung versteht man Maßnahmen und Materialien an der Oberfläche eines Gegenstandes, um dessen Wärmeaustausch mit der Umgebung zu reduzieren. Typische Fälle sind Kühlschränke, Heizkessel und Warmwasserbehälter und Wasserleitungen für Heizung und Warmwasser, sowie ganze Gebäude. In der Umgangssprache wird in diesem Zusammenhang auch fälschlich oft von Isolierung gesprochen.

Wärmeenergie ist ein umgangssprachlicher Ausdruck, der in aller Regel als Synonym für thermische Energie verwendet wird. Dies ist jedoch formal nicht korrekt, denn:

Energie ist eine Zustandsgröße, Wärme dagegen (wie auch Arbeit) eine Vorgangs- oder Prozess-Größe, die nur beim Vorliegen eines Temperaturgradienten auftritt. Ein System enthält also nie "Wärme", sondern nur thermische oder innere Energie; der Begriff "Wärmeenergie" verknüpft also eine Vorgangsgröße (Wärme) mit einer Zustandsgröße (Energie).

Wärmepumpenheizungen nutzen die meist kostenlos zur Verfügung stehende Umweltwärme aus, um diese auf ein höheres Temperaturnivau mittels einer Wärmepumpe anzuheben. Dadurch wird diese für die Gebäudeheizung nutzbar.

Zur Gebäudeheizung verwendet man in der Regel Elektro-Kompressions-Wärmepumpen. Es finden jedoch auch Absorbtions- bzw. Adsorbtions-Wärmepumpen Verwendung.

Als Wärmequelle dient meist Erdkollektoren, Erdsonden, Grundwasser oder Luft.

Je niedriger die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ist, umso effizienter kann eine Wärmepumpe arbeiten. In Deutschland rechnet man mit Temperaturen von 0°C für Erdkollektoren bzw. Erdsonden und 8°C für Grundwasser.

Als "Wärmesenke" werden meist Heizkörper bei 50°C Wassertemperatur verwendet oder Fußbodenheizungen/Wandheizungen mit 35°C.

Man spricht von Wärmeübertragung, wenn zwischen zwei Systemen mit Temperaturunterschied Wärme vom System mit der höheren Temperatur zu demjenigen mit der niedrigeren Temperatur übertragen wird (Wärmeausgleich oder Wärmeübergang). Die Wärmeübertragung ist irreversibel und findet immer vom höheren Energieniveau auf das Niedrigere statt.

Anmerkung: "Die Wärmeübertragung ... findet immer vom höheren Energieniveau auf das Niedrigere statt." Dabei ist immer der Bruttowert der Wärmeübertragung gemeint. Es findet nicht nur eine Wärmeübertragung von warm nach kalt, sondern auch eine Wärmeübertragung von kalt nach warm statt, aber der Wärmestrom von warm nach kalt ist immer größer als von kalt nach warm, so dass die Resultierende von beiden Wärmeströmen immer von warm nach kalt geht. Diese Anmerkung ist deshalb notwendig, weil sonst die Wärmeübertragung bei Strahlung falsch verstanden werden kann.

Dies kann auf drei Arten erfolgen:

• Durch Wärmeleitung, dabei wird kinetische Energie zwischen benachbarten Atomen oder Molekülen übertragen.
• Durch Konvektion oder Mitführung, indem Atome oder Moleküle gasförmiger oder flüssiger Materialien sich bewegen.
• Durch Wärmestrahlung mittels elektromagnetischer Wellen. Sie erfolgt hauptsächlich im Infrarot.

Messgerät zur Messung von Wärmeenergie (Heizenergie) in der Versorgungswirtschaft. Physikalisch betrachtet wird der Wärmestrom über eine bestimmte Zeitspanne aufsummiert.

Die abgegebene bzw. abgenommene Wärmeenergie ist das Produkt aus dem Volumen der durchgelaufenen (Heiz)Wassermenge und der Temperaturdifferenz zwischen Vor= und Rücklaufleitung.

Ein Wärmezähler besteht daher aus einem Paar präziser Temperatursensor und aus einem Volumenmessteil, das in den Heizwasserkreislauf eingebaut wird. (Warmwasserzähler). Ein Rechenwerk (heute ausschließlich elektronisch) berechnet ständig die Temperaturdifferenz zwischen Vor= und Rücklauf und multipliziert den Wert mit dem Durchfluss. Das Produkt (die momentane Wärmeleistung) wird aufsummiert und angezeigt.

Wärmezähler, die im geschäftlichen Verkehr eingesetzt werden, unterliegen der Eichpflicht

Zentralheizungen erwärmen in einem Wärmetauscher, der mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen befeuert werden kann, einen Wärmeträger wie z.B. Wasser oder Luft, der dann durch Rohrleitungen in die einzelnen Räume transportiert wird, um diese zu erwärmen.

Der Begriff Ölheizung, auch Ölfeuerung genannt, wird als Oberbegriff verwendet für Anlagen, die durch Verbrennung von Heizöl (meist extraleichtes Heizöl) oder anderen Ölen Wärme für verschiedene Zwecke erzeugen.

Ölverbrennung ohne Hilfsenergie

Bei diesem Verfahren wird in einem speziellen Ofen (meist sogenannter Ölofen) ohne Zufuhr von Fremdenergie allein durch die Verbrennungswärme das Öl auf die zur Verbrennung notwendige Temperatur gebracht. Den dazu benutzten Brenner bezeichnet man als Verdunstungsbrenner. Üblich sind diese Öfen als meist Einzelfeuerstätten in Wohnungen. Sie besitzen einen eingebauten Tank in den entweder mit einer speziellen Kanne das Öl nachgegossen werden muß, oder es besteht eine motorische Ölnachspeiseanlage bei der eine Pumpe im zentralen Öltank das Öl in den Ofen befördert.

Ölverbrennung mit Hilfsenergie

Bei der Verbrennung mit Hilfsenergie wird durch Vorwärmen des Öl's (meist elektrisch) und unter Zuhilfenahme eines Gebläses die Verbrennung eingeleitet. Dabei können auf wesentlich kleinerem Raum als bei Verdunstungsbrennern wesentlich höhere Leistungen erreicht werden. Das Öl wird mittels einer Pumpe über eine Düse in den Brennraum eingespritzt. Der entstandene Ölnebel entzündet sich und verbrennt. Diese Art der Verbrennung ist die am Meisten verwendete. Einsatzwecke sind z.B.:

Ölkessel / -thermen für die Raumheizung und Warmwasserbereitung als Wand- oder Standgerät (auch als Brennwertkessel)

Bei den nachfolgenden Beispielen wird zwar Öl "verheizt" jedoch ist nicht die Gewinnung von Wärme das primäre Ziel der Verbrennung.

* Dampflokomotiven mit Ölfeuerung
* Dampfschiffe mit Ölfeuerung
* Meerwasserentsalzungsanlagen in ölreichen und wasserarmen Staaten (z.B. VAE)