Energieträger: Arten und ihre Verwendung

Definition: Welche Energieträger gibt es?

Wie einleitend beschrieben, handelt es sich bei Energieträgern in der Regel um Stoffe, welche Energie in chemischer, physikalischer oder nuklearer Form enthalten. Typische Beispiele dafür sind Holz, Heizöl oder Erdgas. Aber auch Energiequellen wie die Sonne, das Wasser oder der Wind werden heute immer öfter zu den Energieträgern gezählt. Sie sind regenerativ, gehen auf absehbare Zeit nicht zur Neige und bieten daher besonders große Potenziale, wenn es um die nachhaltige und zukunftsweisende Energieversorgung geht.

Einordnung in Primär- und Sekundärenergieträger

Geht es um eine grobe Einordnung, lassen sich Primär- und  Sekundärenergieträger  voneinander unterscheiden. Bei Ersteren handelt es sich um natürlich vorkommende Stoffe, die sich ohne technische Aufbereitung nutzen lassen. Das trifft beispielsweise auf Holz zu, welches frei in der Natur verfügbar ist. Sekundärenergieträger entstehen durch zusätzliche Aufbereitungsprozesse aus  Primärenergieträgern, die nicht ohne Weiteres nutzbar sind. Ein Beispiel dafür ist Heizöl, welches Produzenten in Raffinerien aus fossilem Rohöl herstellen.

Nukleare, fossile und regenerative Energieträger

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal bietet die Herkunft der Stoffe. So entstammen fossile Energieträger wie Erdgas, Erdöl oder Kohle Biomasse, die vor Millionen von Jahren abstarb. Sie verdichtete sich unter tonnenschweren Gesteinsschichten und nahm dadurch die heute bekannten Formen an. Während die Stoffe nur begrenzt auf der Erde verfügbar sind, wachsen regenerative Energieträger nach. Das trifft beispielsweise auf Holz zu, welches in Wäldern heranwächst und geschlagen sowie getrocknet als Feuerholz zum Einsatz kommt. Nukleare Energieträger bestehen hingegen aus Schwermetallen. Sie sind ebenfalls endlich und lassen sich in Kernkraftwerken verstromen.

Verwendung als Speicher oder zur Umwandlung in Nutzenergie

Geht es um die technische Verwendung, eignen sich einige Energieträger besonders gut als Speicherstoff. Andere haben Vorteile beim Energietransport und wieder andere lassen sich sehr effizient direkt in Nutzenergie umwandeln.

Primärenergieträger zur Umwandlung in Nutzwärme

Lässt sich ein Primärenergieträger direkt in Nutzenergie umwandeln, ist das besonders effizient. Denn dabei sind keine energiehungrigen Aufbereitungsprozesse nötig und das Klima profitiert von geringeren Emissionen. Warum das so ist, zeigt ein Vergleich von Heizöl und Holz. Letzteres kommt aus dem Wald. Es lässt sich nach dem Trocknen verfeuern, wobei Heizungsanlagen einen Großteil der gespeicherten Energie in nutzbare Wärme umwandeln. Heizöl ist im Gegensatz dazu aufwendig zu fördern, in Raffinerien unter hohem Energieaufwand aufzubereiten und anschließend über weite Strecken zu transportieren. Erst dann verbrennt der Energieträger in der Heizung, die nur noch einen kleinen Teil der eigentlich vorhandenen Primärenergie nutzbar macht.

Sekundärenergieträger dienen dem Energietransport

Soll Energie mobil zur Verfügung stehen, sind andere Eigenschaften erforderlich. So kommt es beispielsweise darauf an, Stoffe möglichst gefahrlos und platzsparend aufbewahren und mitführen zu können.  Flüssige Brennstoffe  wie Benzin und Diesel erfüllen diese Vorgaben gut und sind daher als Kraftstoffe weit verbreitet. Holz, welches sich effizient in Nutzenergie umwandeln lässt, eignet sich dafür hingegen weniger. Denn die Lagerung benötigt viel Platz und die einzelnen Scheite lassen sich ohne Weiteres nicht automatisch zur Verbrennung führen.

Energieträger für die Speicherung großer Energiemengen

Die Sonne scheint nicht durchgehend mit der gleichen Intensität und auch der Wind bläst nicht immer ausreichend stark. Soll die Energieversorgung dennoch auf Basis regenerativer Energiequellen erfolgen, sind spezielle Speichertechnologien erforderlich. Ein Beispiel dafür sind Akkumulatoren, die chemische Energie an Ort und Stelle bevorraten. Eine interessante Alternative ist es, diese in Energieträgern zu speichern, welche sich transportieren und anschließend in verschiedene Arten der Nutzenergie umwandeln lassen. Möglich ist das unter anderem mit Wasserstoff, welcher bei der Elektrolyse von Wasser entsteht. Das Gas ist in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen und so transportabel einsetzbar. Alternativ besteht die Möglichkeit,  Wasserstoff  bis zu einer gewissen Konzentration in das Gasnetz einzuspeisen, um Gebäude oder Anlagen mit ausreichend Energie versorgen zu können.

Energieträger der Zukunft erfüllt viele Anforderungen

Fossile Energieträger sind nur begrenzt auf der Erde verfügbar. Sie stoßen bei der Verwendung viel CO₂ aus und schaden damit dem Klima. Nukleare Stoffe lassen sich zwar CO₂-frei nutzen, hinterlassen dafür allerdings radioaktiven Müll, der Mensch und Umwelt in Gefahr bringt. Holz ist regenerativ, dafür aber schlecht lager- und förderbar. Außerdem entsteht bei der Verbrennung Feinstaub, welcher die Umwelt ebenfalls belastet. Die Beispiele zeigen, der Energieträger der Zukunft muss nachhaltig, nachwachsend, sauber und gut zu transportieren sein.

Wasserstoff: Vielversprechender Energieträger mit großen Potenzialen

In der Fachwelt ist grüner Wasserstoff ein viel diskutierter Energieträger der Zukunft. Denn der Stoff ist platzsparend lagerbar. Er lässt sich in verschiedenste Energieformen umwandeln und erzeugt dabei keine schädlichen Emissionen. Das größte Manko ist jedoch die energieintensive Herstellung. So liegt der Wirkungsgrad der Wasserelektrolyse bei etwa 70 bis 90 Prozent. Erzeugen Photovoltaikanlagen den benötigten Strom, arbeiten diese mit einem Wirkungsgrad von unter 30 Prozent. Das heißt: Von 100 Prozent nutzbarer solarer Strahlung lassen sich nur 21 bis 27 Prozent in Wasserstoff speichern. Weitere Verluste treten bei Transport, Lagerung und Umwandlung der im Sekundärenergieträger eingelagerten chemischen Energie auf.

Zukünftiges Energiesystem setzt auf Kombination verschiedener Stoffe

Die aktuell eher geringe Energieeffizienz und die noch fehlende Infrastruktur sind Gründe, aus denen zukünftige Energiesysteme auf kombinierte Lösungen setzen werden. Geht es um die Beheizung von Häusern, spielt Strom dabei eine immer größere Rolle. Die elektrische Energie lässt sich mit Photovoltaikanlagen gewinnen und in  Batteriespeichern  für kurze Zeit bevorraten. Während diese den Strombedarf für  Infrarotheizung,  Warmwasserspeicher  und Haushalt im Sommer decken, hält Wasserstoff die überschüssige Sommerwärme bis in den Winter hinein vor. Sie lässt sich mit  Brennstoffzellen  nutzen und nachhaltig in Wärme sowie elektrische Energie umwandeln. Für die Heizung ist der Energieträger Wasserstoff aber schon früher von Bedeutung. So lässt sich das Gas bis zu einem gewissen Prozentsatz in das Erdgasnetz einspeisen. Es verbrennt effizient in modernen Gasheizungen und hilft, fossile Primär- sowie Sekundärenergieträger wie Erdgas oder Heizöl einzusparen.