Warum Exergie – und nicht Energie – der eigentliche Schlüssel der Energiewende sein könnte
Die Diskussion über Energie beginnt häufig mit einem grundlegenden Missverständnis.
Wir sprechen von Energieerzeugung, Energieverbrauch oder Energieverlust. Physikalisch betrachtet sind diese Begriffe jedoch nur eingeschränkt zutreffend.
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann Energie weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie ist eine Erhaltungsgröße. Bei jedem technischen Prozess wird Energie lediglich von einer Form in eine andere umgewandelt.
Was sich jedoch verändert, ist ihre Nutzbarkeit.
Genau hier kommt ein Begriff ins Spiel, der in der öffentlichen Diskussion kaum vorkommt, für das Verständnis moderner Energiesysteme jedoch von zentraler Bedeutung ist:
Exergie.
Energie bleibt erhalten – Exergie nicht
Energie ist immer vorhanden.
Doch nicht jede Energie kann beliebig technische Arbeit verrichten.
Elektrische Energie besitzt beispielsweise eine sehr hohe Exergie. Sie kann Motoren antreiben, Maschinen steuern oder Informationen übertragen.
Wird elektrische Energie jedoch in Wärme mit niedriger Temperatur umgewandelt, bleibt die Energiemenge zwar nahezu vollständig erhalten, ihre technische Nutzbarkeit nimmt jedoch deutlich ab.
Die Energie ist also nicht verschwunden.
Sie steht lediglich nicht mehr in derselben hochwertigen Form zur Verfügung.
Genau diese Abnahme der Nutzbarkeit beschreibt der Begriff Exergie.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt die Richtung aller realen Energieumwandlungen.
Bei jedem technischen Prozess entstehen irreversible Verluste.
Reibung.
Luftwiderstand.
Schall.
Materialverformungen.
Turbulenzen.
Nicht nutzbare Wärme.
Diese Prozesse vernichten keine Energie.
Sie reduzieren jedoch die Exergie – also den Anteil der Energie, der noch in hochwertige technische Arbeit umgewandelt werden kann.
Aus physikalischer Sicht verlieren wir deshalb bei jeder Umwandlung nicht Energie, sondern Exergie.
Genau hier setzt die Energiemehrwegtechnologie an
Die Energiemehrwegtechnologie (EMT) verfolgt deshalb ein anderes Ziel als viele heutige Energiestrategien.
Sie versucht nicht, Energie zu erzeugen.
Sie versucht auch nicht, den Energieerhaltungssatz zu umgehen.
Vielmehr stellt sie eine andere Leitfrage:
Wie lassen sich Exergieverluste möglichst weit minimieren?
Die EMT versteht technische Systeme als miteinander gekoppelte Energiekreisläufe.
Dabei sollen hochwertige Energieformen möglichst lange ihre technische Nutzbarkeit behalten.
Wo immer möglich, sollen Energiepotenziale nach ihrer Nutzung erneut gespeichert, umgewandelt und in weitere Prozesse eingebunden werden.
Nicht weil Energie verloren geht.
Sondern weil ihre Nutzbarkeit möglichst lange erhalten bleiben soll.
Ein neues technisches Denken
Bisher entwickeln wir viele Maschinen einzeln.
Jede Maschine optimiert ihren eigenen Wirkungsgrad.
Die EMT betrachtet dagegen das Gesamtsystem.
Nicht der Wirkungsgrad einer einzelnen Maschine steht im Mittelpunkt.
Sondern der Exergieerhalt über den gesamten technischen Kreislauf.
Abwärme eines Prozesses könnte Energiequelle eines anderen werden.
Druckenergie könnte mehrfach genutzt werden.
Bewegungsenergie könnte zwischengespeichert werden.
Lageenergie könnte gezielt aufgebaut und wieder genutzt werden.
Elektrische Energie könnte dort eingesetzt werden, wo ihre hohe Exergie tatsächlich erforderlich ist.
Die entscheidende Frage lautet daher nicht:
Wie effizient arbeitet eine einzelne Maschine?
Sondern:
Wie viel Exergie bleibt nach allen miteinander gekoppelten Prozessen noch erhalten?
Die eigentliche Revolution
Seit Beginn der Industrialisierung konzentrieren wir uns vor allem auf die Erschließung neuer Energiequellen.
Holz.
Kohle.
Erdöl.
Erdgas.
Kernenergie.
Wind.
Sonne.
Vielleicht liegt der nächste große Technologiesprung jedoch an einer ganz anderen Stelle.
Nicht bei der Energiequelle.
Sondern bei der Systemarchitektur.
Vielleicht müssen wir lernen, technische Systeme ähnlich effizient zu organisieren wie natürliche Kreisläufe.
Dort existieren kaum isolierte Prozesse.
Fast jeder Energie- oder Stoffstrom wird mehrfach genutzt.
Nicht vollständig.
Aber erstaunlich effizient.
Forschung statt Dogmen
Die Energiemehrwegtechnologie versteht sich deshalb nicht als fertige Technologie.
Sie ist zunächst ein Forschungsansatz.
Sie lädt dazu ein, technische Systeme konsequent unter dem Gesichtspunkt des Exergieerhalts neu zu denken.
Ob und in welchem Umfang sich daraus neue technische Lösungen entwickeln lassen, muss wissenschaftliche Forschung zeigen.
Genau dafür braucht es Offenheit, Experimente und interdisziplinäre Zusammenarbeit.
Fazit
Die eigentliche Herausforderung der Zukunft besteht möglicherweise nicht darin, immer neue Energiequellen zu erschließen.
Die größere Herausforderung könnte darin liegen, den technisch nutzbaren Anteil der vorhandenen Energie – die Exergie – möglichst lange zu erhalten.
Genau darin sehe ich den Kern der Energiemehrwegtechnologie.
Vielleicht beginnt die nächste große Energierevolution deshalb nicht mit einer neuen Form der Energiegewinnung.
Sondern mit einem neuen Verständnis dafür, wie wir die vorhandenen Energiepotenziale unseres Planeten möglichst intelligent, verlustarm und kreislauforientiert nutzen.
