Mit der Energiedichte wird die energetische „Kapazität“ von bestimmten Stoffen oder Speichern beschrieben. Dabei werden die volumetrische sowie die gravimetrische Energiedichte unterschieden. Erste bezieht sich auf das Volumen des physikalischen Systems (m³), letztere auf die Masse (kg). Eine hohe Energiedichte ist dabei für die energetische Nutzung von besonderem Vorteil. UHRIG stellt Ihnen die Bedeutung dieser physikalischen Größe genauer vor.

Welche Bedeutung hat die Energiedichte?

Für (nahezu) alles im Universum wird Energie benötigt. Lebewesen müssen sich durch Nahrungsaufnahme oder Photosynthese erhalten, Maschinen benötigen einen Antrieb. Wenn wir in unserer modernen Gesellschaft von Energie sprechen, meinen wir überwiegend die Erzeugung und Nutzung von Strom, Wärme oder mechanischer Arbeit, welche durch den Einsatz verschiedener Energieträger bedingt werden.

Die Energiedichte ist in allen technischen Bereichen von Bedeutung, in denen es auf eine effiziente Energiespeicherung ankommt. Gerade im Hinblick auf die Mobilität spielt dies eine wichtige Rolle. Im Verkehrssektor zum Beispiel ist die Energiedichte der Stromspeicher von Elektroautos zentraler Gegenstand der Forschung und Verbesserung, denn diese ist derzeit noch stark der von Benzin, Kerosin und anderen fossilen Brennstoffen unterlegen. Doch auch portable elektronische Geräten wie Laptops oder Smartphones profitieren von einer höheren Energiedichte ihrer Akkumulatoren. Auf diese Weise sind längere Laufzeiten zwischen den Ladevorgängen realisierbar, ohne dass größere Batterien in der Technik verbaut werden müssen. Generell bedingen Akkus mit größerer Energiedichte – egal ob im E-Auto oder im Smartphone – ein geringeres Gewicht, was in jedem Fall von großem Vorteil ist.

Auch beim Heizen spielt die Energiedichte der genutzten Energieträger eine entscheidende Rolle. Hier spricht man in der Regel vom Brennwert bzw. dem Heizwert der Energiequelle. Die beiden Größen geben Auskunft über die nutzbare Wärmeenergie pro Kubikmeter bzw. Kilogramm. Der Einsatz von Heizstoffen mit einer hohen Energiedichte ist dabei aus wirtschaftlicher Sicht besonders empfehlenswert, da ergiebige Energieträger seltener nachgekauft werden müssen, was die Heizkosten reduziert. So weist Erdgas etwa eine höhere Energiedichte auf als Heizöl.

 

Energiedichte und Umwelt – welche Energiequellen sind sinnvoll?

Brennstoffe und technische Energiespeicher weisen je nach chemischer oder physikalischer Beschaffenheit eine unterschiedliche Energiedichte auf. Standard in der Batterietechnik sind heutzutage Lithium-Ionen-Akkus, die auf „ein Kilogramm elektrochemischer Speicher“ etwa 100 bis 150 Wattstunden Strom bevorraten können. Im Vergleich dazu erreichen Blei-Säure-Batterien nur etwa 50 Wh/kg, was sie gerade für den Einsatz in Elektrofahrzeugen absolut ungeeignet macht. Dennoch reicht selbst die Energiedichte der besten Akkumulatoren (noch) nicht an die von fossilen Brennstoffen heran – bei Benzin liegt sie etwa bei 12.000 Wh/kg. Dafür arbeiten Elektromotoren weitaus effizienter als Verbrennungsmotoren, was ressourcenschonender ist, insgesamt deutlich geringere Kosten bedingt und die Umwelt auch weitaus weniger belastet.

Bei Heizstoffen verhält es sich ähnlich. So weisen die fossilen Energieträger eine verhältnismäßig hohe Energiedichte auf – Heizöl etwa 11.000 Wh/kg und Erdgas rund 13.000 Wh/kg. Dem gegenüber stehen biologische Energiequellen wie Holzpellets mit 5.000 Wh/kg oder ausgetrockneter Klärschlamm mit etwa 3.000 Wh/kg.

Doch gerade in Zeiten des Klimawandels und Umweltschutzes ist die hohe Energiedichte bestimmter Stoffe nicht ausschlaggebend dafür, welche Energiequelle die sinnvollste ist. Zwar ist die Nutzung fossiler Brennstoffe hinsichtlich der Energieausbeute – und auch der Transportkosten – „bequemer“ als die Nutzung regenerativer Energien, dennoch darf nicht außer Acht gelassen werden, dass die Verfeuerung von Kohle, Erdöl und Erdgas hohe Treibhausgasemissionen bedingt. Somit müssen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit auch immer die Kosten bedacht werden, die für die Sanierung der Umweltschäden erforderlich sind, sowie die Risiken, die sich durch die Treibhausgase ergeben. Dies trifft ebenfalls auf nukleare Brennstoffe zu. Natururan hat eine Energiedichte, die gut 20.000 mal höher ist als die von Steinkohle. So bleibt bei der Nutzung extrem umwelt- und gesundheitsschädlicher Atommüll zurück, für den es derzeit noch keine sichere Möglichkeit der Endlagerung gibt.

Hinsichtlich der Strom- und Wärmeerzeugung haben regenerative Energiequellen wie Solarenergie, Windkraft und Umweltwärme noch einen weiteren Vorteil als die hohe Umweltverträglichkeit. Da bei ihnen keine „Lagerung“ der Energieträger erforderlich ist, ist die Energie- bzw. Leistungsdichte bei der Nutzung weniger ausschlaggebend – lediglich Akkumulatoren und Warmwasserspeicher sind temporär vonnöten, um eine angemessene Energieversorgung etwa bei Flaute oder nachts sicherzustellen.

Bei der Bewertung von regenerativen Energien und auf der Suche nach neuen, umweltfreundlichen Lösungen findet Wärmeenergie aus Abwasser in den letzten Jahren immer mehr Beachtung. Die Vorteile bei der Abwasserwärmerückgewinnung über Wärmetauscher und -pumpen sind dabei enorm vielfältig. So ist Abwasser das ganze Jahr über recht warm und damit eine zuverlässige Wärmequelle. Die Technik arbeitet effizient und die thermische Energie wird nah am Verbraucher zurückgewonnen, so dass sie sich ohne große Transportverluste erneut nutzen lässt. Wird die Abwasserwärmepumpe zudem mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben, arbeiten die Systeme zudem gänzlich CO2-neutral. Laut Statistiken ist es möglich, etwa 14 Prozent des gesamten deutschen Wärmebedarfs mit Energie aus Abwasser zu decken, wenn die Technologie an allen strategisch bzw. wirtschaftlichen sinnvollen Standorten eingesetzt wird. Dies würde eine erhebliche Menge an Emissionen durch fossile Brennstoffe einsparen und könnte zugleich die Heizkosten der Nutzer senken. Die Frage nach der konkreten Energiedichte stellt sich somit bei der Abwasserwärmerückgewinnung eher nicht. Die anderen Vorteile überwiegen einfach!

 

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Seit über 55 Jahren ist UHRIG im Kanalbau tätig und hat sich mittlerweile den Ruf als ein international anerkannter Experte beim Bau, der Wartung und der Sanierung von Kanalisationen erarbeitet. Unser Unternehmen ist zudem europäischer Marktführer in Sachen Abwasserwärmerückgewinnung und entwickelt hierfür fortlaufend effiziente und kostengünstige Technologie für eine einfache Installation und wirtschaftliche Nutzung – etwa unsere Therm-Liner-Module. Haben Sie Interesse daran, diese umweltfreundliche und praktische Energiequelle zu nutzen, dann kontaktieren Sie uns einfach per Telefon, E-Mail oder über unsere Webseite.

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