Was ist eigentlich Energie?

Für viele Menschen beginnt der Morgen mit einer Tasse Kaffee – ein Energieschub, der uns hilft, wach und konzentriert in den Tag zu starten. Doch nicht nur unser Körper benötigt Energie, um richtig zu funktionieren: Auch in unserem Alltag spielt sie eine entscheidende Rolle. Aber was genau ist Energie?

Der Begriff Energie stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet so viel wie „wirkende Kraft“. Damit bezeichnet man sowohl die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, als auch die Fertigkeiten, Wärme zu erzeugen oder Licht auszustrahlen. Energie ist also die Kraft, die alle Vorgänge in unserer Welt ermöglicht. Mit anderen Worten: Ohne Energie würde nichts funktionieren, von der Bewegung unseres Körpers oder eines Autos bis hin zur Beleuchtung eines Raums und dessen Beheizung.

Aus physikalischer Sicht lassen sich die wichtigsten Eigenschaften des Energiebegriffs in drei zentrale Aspekte unterteilen:

• Energieerhaltung: Dabei bleibt die Gesamtmenge der Energie in einem geschlossenen System konstant. Sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Wenn man zum Beispiel eine Schaukel schwingt, wird die Energie in Bewegung umgewandelt. Die gesamte Energie bleibt immer gleich, sie ändert nur ihre Form zwischen Höhe und Bewegung.

• Energieumwandlung: In diesem Prozess geht Energie von einer Form in eine andere über. Photovoltaikanlagen sind ein gutes Beispiel hierfür, denn sie wandeln Sonnenlicht (Strahlungsenergie) in elektrische Energie um. Dabei wird die Energie der Sonnenstrahlen in den Solarzellen durch den sogenannten photovoltaischen Effekt in Strom umgewandelt. Dieser kann entweder direkt genutzt, gespeichert oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

• Energieentwertung: Dieser Vorgang beschreibt den Verlust von Energie während des Umwandlungsvorgangs, bei dem ein Teil als ungenutzte Wärme verloren geht. Wie etwa beim Bremsen eines Fahrrads: Dabei wird nicht die gesamte Bewegungsenergie genutzt. Ein Teil wird als Wärme in den Bremsen freigesetzt und geht damit verloren.

In privaten Haushalten wird die meiste Energie, ungefähr zwei Drittel des Gesamtverbrauchs, zum Heizen genutzt. Hierbei kommt oft Erdgas oder Fernwärme zum Einsatz, aber auch erneuerbare Energien wie Geothermie und Solarthermie werden immer wichtiger. Kühlschränke und Klimaanlagen nutzen elektrische Energie, um Lebensmittel frisch und Räume angenehm kühl zu halten. Tatsächlich steckt schon in einer einzigen Kilowattstunde viel Potenzial: Sie kann nicht nur Haushaltsgeräte betreiben, sondern auch Beleuchtungssysteme – etwa Glühbirnen, LEDs oder Leuchtstoffröhren, die elektrische Energie in Lichtenergie umwandeln und so Ihre Wohnung und die Straßen erhellen. Fahrzeuge und Maschinen benötigen ebenfalls Energie, um in Bewegung zu kommen. Während Verbrennermotoren Benzin oder Diesel als Energiequelle nutzen, verwenden Elektrofahrzeuge oft Ökostrom als klimafreundliche Energiequelle und gewinnen zunehmend an Bedeutung.

Auch wir Menschen brauchen und verbrauchen Energie. Kennen Sie schon den Einfluss unserer Gewohnheiten auf die körpereigene Energiezufuhr?

Es ist für viele sicher überraschend, aber elektrische Energie ist eine der jüngsten Energieformen – zumindest als nutzbare Energie für Erfindungen wie Licht. Tatsächlich gibt es viele verschiedene Arten von Energie, die für unterschiedliche Zwecke genutzt werden:

• Kinetische Energie ist die Energie der Bewegung. Ein rollender Ball oder ein fließender Fluss haben kinetische Energie.

• Potenzielle Energie ist in Objekten gespeichert, die sich in einer bestimmten Höhe oder unter einer speziellen Spannung befinden. Ein Stein, der auf einem Tisch liegt, hat potenzielle Energie, weil er fallen könnte. Sobald er fällt, wird diese Energie in Bewegung, also kinetische Energie, umgewandelt

• Elektrische Energie entsteht durch den Fluss von Elektronen und ist unverzichtbar für die Stromversorgung von Haushalten und Industrien. Elektrische Energie treibt alle modernen Geräte und Beleuchtungssysteme an. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen Stromspannung, Stromstärke und Leistung? Lesen Sie mehr in unserem Ratgeber.

• Nukleare Energie stammt aus der Spaltung oder Fusion von Atomkernen. Diese Form der Energie wird in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung genutzt. Im Zuge der Energiewende sind in Deutschland 2023 die letzten drei Kernkraftwerke abgeschaltet worden.

• Erneuerbare Energien sind Energien, die man aus nachwachsenden Rohstoffen wie Wind, Wasser und Sonne gewinnt. Sie können sich auf natürliche Weise erneuern und sind dadurch umweltfreundlich und nachhaltig. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die immer noch einen Teil unserer Energie liefern und begrenzt vorhanden sind, verursachen erneuerbare Energien kaum CO₂-Emissionen und tragen so zum Klimaschutz bei.

• Solarenergie, die durch Sonnenkollektoren eingefangen und in Strom umgewandelt wird, zählt zu den am weitesten verbreiteten Formen erneuerbarer Energien und bietet eine saubere, nachhaltige Lösung der Energiegewinnung. Mit Solarthermie kann Sonnenlicht außerdem in Wärme umgewandelt werden.

• Windenergie wird durch Windkraftanlagen erzeugt, die die kinetische Energie des Windes in elektrischen Strom umwandeln. Diese Technologie hat in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte gemacht.

• Wasserkraft nutzt die Energie von fließendem Wasser zur Stromerzeugung. Wasserkraftwerke sind eine bewährte Methode zur Erzeugung großer Mengen Energie – sie machen einen Anteil von etwa 15 Prozent der weltweiten Energieversorgung aus.

• Biomasse besteht aus organischen Materialien wie Holz, Pflanzenresten oder Bioabfällen, die durch Verbrennung oder Vergärung in Wärme, Strom oder Biokraftstoffe umgewandelt werden. Zum Beispiel kann Biomasse verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen, oder sie kann vergoren werden, um Biogas zu produzieren. Biogas ist ein spezifisches Produkt der Biomasse und entsteht durch die Vergärung organischer Abfälle. Wie genau eine Biogasanlage funktioniert, zeigt unser Ratgeber.

• Geothermie nutzt die Wärme aus dem Inneren der Erde zur Stromerzeugung oder direkten Wärmenutzung. Geothermie ist eine stabile und zuverlässige Energiequelle, besonders in geothermisch aktiven Regionen.

Um Energie nutzen zu können, benötigen wir sogenannte Energieträger – das sind Materialien oder Ressourcen, die Energie speichern und bei Bedarf freisetzen können. Man kann sie sich wie „Behälter“ vorstellen, die Energie für viele unserer alltäglichen Energieprozesse bereitstellen. Es gibt sowohl fossile als auch erneuerbare Energieträger. Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas sind traditionelle Energieträger, die seit vielen Jahren in Kraftwerken, Fahrzeugen und Heizsystemen verwendet werden. Diese Brennstoffe sind jedoch nicht nur begrenzt, sondern verursachen auch Umweltbelastungen durch ihre Emissionen.

Alternativ gibt es erneuerbare Energieträger wie etwa Holz, das als Biomasse genutzt wird. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff und kann durch Verbrennung oder Vergärung in Wärme oder Strom umgewandelt werden. Auch Batterien sind wichtige Energieträger, da sie elektrische Energie speichern und in Geräten wie Smartphones und E-Autos bereitstellen. Für die Zukunft stellt grüner Wasserstoff eine besonders spannende Option dar. Er kann nämlich in Brennstoffzellen verwendet werden, um Strom zu erzeugen, und besitzt damit großes Potenzial zum Beispiel für die Mobilität der Zukunft.

Jeder Energieträger hat seine eigenen Vorteile und Herausforderungen.