Bei jeder Form der Energieumwandlung sowie dem Transport geht Energie verloren – meist in Form von thermischer Energie (Abwärme). Es ist also unmöglich, die gesamte in Primärenergieträgern enthaltene Energie in Nutzenergie umzuwandeln, die dem Verbraucher letztendlich für Beleuchtung, Beheizung, Kühlung oder mechanische Prozesse zur Verfügung steht. Um diese Verluste so gering wie möglich zu halten, müssen viele Aspekte bei Energieerzeugung und Transport berücksichtigt werden. UHRIG klärt auf.

Was genau ist Nutzenergie?

Energie wird in verschiedene Begriffe unterteilt, darunter Primärenergie, Sekundärenergie, Endenergie und Nutzenergie. Dabei bezeichnen diese Termini unterschiedliche Zustände innerhalb einer Nutzungskette. Primärenergie ist die allen noch nicht weiterverarbeiteten Energieträgern inhärente Energie, die sich in biologischen, fossilen und nuklearen Brennstoffen, Wasser, Wind und Sonnenstrahlung findet. Diese Energie wird im Anschluss mithilfe diverser Anlagen wie Kraft- und Heizwerke oder Raffinerien in Sekundärenergie umgewandelt. Beispiele hierfür sind etwa Strom, Kraftstoffe wie Benzin und Diesel, Kohlebriketts, Holzpellets und Holzhackschnitzel oder Fernwärme. Diese Energie wird dann schließlich über Strom- und Wärmenetze, Pipelines oder per Lkw bzw. Tankwagen zum Endverbraucher transportiert, der sie für verschiedene Zwecke als Endenergie einsetzt. Wird Sekundärenergie vor Ort verwendet, so entspricht sie der Endenergie. Allerdings ergeben sich auch bei der Nutzung von Endenergie bestimmte Verluste in den Anlagen, in denen sie letztendlich zum Einsatz kommen. Diese letzte Energie, die wirklich vom Verbraucher genutzt wird, wird als Nutzenergie bezeichnet.

Nutzenergie ist also der Teil der Energie, der beim Endkunden bzw. Endanwender eine wirkliche Leistung erbringt, nachdem alle Umwandlungs- und Transportverluste aus dem Primärenergieträger bis zum Moment des Einsatzes „herausgerechnet“ wurden. Dieser auch Tertiärenergie genannte Energieteil tritt in der Regel in den Formen Licht, Wärme, Kälte, mechanische Arbeit oder Schall auf.

Die eben beschriebene Umwandlungs- und Transportkette soll an einem Beispiel verdeutlicht werden: Mithilfe einer Windenergieanlage wird aus Wind (Primärenergie) mittels einer Turbine und einem Generator Strom (Sekundärenergie) erzeugt. Dieser wird anschließend in das Stromnetz eingespeist und dort in einen Haushalt transportiert, was einige Transportverluste bedingt. Der Anteil, der letztendlich in der Haushaltssteckdose ankommt bzw. über sie verfügbar ist, ist die Endenergie. Betätigt nun einer der Bewohner einen Lichtschalter, wird die elektrische Endenergie durch den Glühdraht bzw. in das Leuchtmittel der Lampe geleitet. Das so abgestrahlte Licht ist die Nutzenergie, ein Teil der Endenergie geht auch bei diesem letzten Prozess als Abwärme verloren.

 

Energieverluste minimieren und mehr Nutzenergie gewinnen

Neben der Verringerung unseres Energiebedarfs und -verbrauchs ist die Optimierung unserer Energieverwertung ebenfalls von enorm wichtiger Bedeutung – nicht nur aus wirtschaftlicher, sondern ebenfalls aus ökologischer Sicht. Der Schadstoffausstoß, der durch die Verfeuerung von fossilen Brennstoffen erzeugt wird, beeinträchtigt das Klima und bedroht Umwelt und Lebewesen gleichermaßen. Aus diesem Grund müssen die Wirkungsgrade von technischen Systemen – also der Quotient aus eingebrachter und verwerteter Energie – stetig verbessert werden, um die Neuerzeugung von Energie gerade aus umweltschädlichen Quellen zu begrenzen. Nur so lässt sich der anthropogene Treibhauseffekt und der damit verbundene Klimawandel begrenzen. Eine Dekarbonisierung aller Sektoren ist hierfür unumgänglich.

Dies lässt sich zum Einen durch die Effizienzsteigerung verschiedener Anlagen erreichen. Energieeffiziente Verbraucher verwerten die ihnen zugeführte Energie deutlich besser und benötigen daher zum Erbringen derselben Leistung weniger Endenergie. Dies wird zum Beispiel erreicht über:

  • eine optimierte Kraftübertragung in Maschinen
  • die Nutzung strom- und wärmeleitfähigerer Materialien und Medien oder
  • über eine leichtere, schwingungsärmere oder sonstig verbesserte Konstruktion der Geräte.

Eine weitere Möglichkeit, mehr Nutzenergie aus Endenergie zu gewinnen, ist es, bestimmte Prozesse anzupassen und ansonsten ungenutzte Energie wiederzuverwerten. In Kraftwerken geschieht dies etwa durch die Kraft-Wärme-Kopplung, bei Öl- oder Gasbrennwertkesseln durch die Nutzung der in den Abgasen enthaltenen Abwärme.

 

Die Nutzung der Abwasserwärme erhöht die verfügbare Nutzenergie

Eine weitere Möglichkeit, ansonsten ungenutzte Energie wiederzuverwerten und Verluste zu verringern, ist die Abwasserwärmerückgewinnung. In Haushalten und in der Industrie fallen täglich gewaltige Mengen an Abwasser an, die noch dazu dienen können, Heizwärme bereitzustellen. Hierbei werden an geeigneten Abwasserkanälen Wärmetauscher installiert, die dem Abwasser einen Teil der zuvor zugeführten thermischen Energie wieder entziehen, mittels Verdichtung aufbereiten und sie anschließend zurück zu einem Endverbraucher (etwa dem Heiz- oder Warmwasserbereitungssystem eines Hauses) transportieren. Durch die Technologie ließen sich Berechnungen zufolge etwa 14 Prozent des gesamtdeutschen Wärmebedarfs decken, wenn sie an allen strategisch sinnvollen Einsatzorten genutzt würde. Mithilfe effizienter Wärmepumpen wird insgesamt mehr Nutzenergie aus der zur Wassererwärmung verbrauchten Endenergie gewonnen, was eine Einsparung an fossilen Brennstoffen zur Folge hat. Arbeitet die Abwasserwärmepumpe allein mit regenerativ erzeugtem Strom, ist ihr Einsatz sogar gänzlich klimaneutral. Ein weiterer Vorteil der Abwasserwärmerückgewinnung: Durch die Nähe zum erneuten Verbraucher minimieren sich Energieverluste, die beim Transport durch Abwärme entstehen.

Effiziente Wärmenetze werden übrigens auch als Anergienetze bezeichnet, weil die Wärmequelle fast vollständig aus Anergie besteht, d. h. die Wärmequelle ist nur geringfügig wärmer als die Umgebung. Die Wärme selbst kann nicht mehr direkt Arbeit verrichten. Durch eine solche effiziente Nutzung der Anergie lässt sich die Menge an Nutzenergie maximieren, die aus einer bestimmten Primärenergiemenge gewonnen wird – z. B. bei der Abwasserwärme: Diese ist ja ein Teil der Primärenergie, der sonst verloren ginge. Da hier die Abwärme verwendet wird, die im Normalfall ungenutzt bleibt, schont dies wertvolle Ressourcen wie z. B. Erdöl und Erdgas. Diese können letztlich anderweitig für die Bereitstellung von Sekundärenergie genutzt werden (z. B. Strom) und somit Exergie erzeugen, mit der sich Arbeit verrichten lässt.

Als Experte in Kanalbau und Abwassertechnik steht UHRIG Ihnen gern bei der Planung und Installation von Systemen zur Abwasserwärmerückgewinnung zur Seite. Unsere eigens hierfür entwickelten Therm-Liner-Module arbeiten dabei effizient und sind zudem leicht zu montieren. Nehmen Sie bei Interesse einfach Kontakt zu uns auf – entweder telefonisch oder per E-Mail – und profitieren Sie vom Knowhow eines international anerkannten Spezialisten mit über 55 Jahren Erfahrung!

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