Energie & Wärme

Die Biomasseheizung ist eine Form der Energiegewinnung, bei der organische Materialien wie Holz, Stroh, Pellets oder andere biologische Abfallprodukte verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen. Dabei wird die im Biomasse-Material gespeicherte Energie freigesetzt und zur Beheizung von Gebäuden oder zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt. Der Prozess der Biomasseheizung trägt zur nachhaltigen Energiegewinnung bei, da die verbrannten Materialien während ihres Wachstums CO2 aus der Atmosphäre aufgenommen haben, was zu einem weitgehend ausgeglichenen Kohlenstoffkreislauf führt.

Brennstoffzellen sind effiziente Energie- und Wärmeerzeuger mit einem Wirkungsgrad von ca. 90 %. Der Vorgang, bei dem Strom und Wärme erzeugt werden, wird „kalte Verbrennung“ genannt und ist eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Als Abfallprodukt fällt lediglich Wasser an. Eine Brennstoffzelle besteht aus einer Kathode, einer Anode und einem Elektrolyt, das zwischen beiden liegt. Wasserstoff wird an der Anode zugeführt und dadurch gespalten, wobei Elektronen und Protonen freigesetzt werden. Die Elektronen fließen über einen externen Stromkreislauf und erzeugen dabei Strom, während die Protonen durch das Elektrolyt zur Kathode wandern. An der Kathode trittder Sauerstoff ein und reagiert mit den Protonen und den Elektronen aus dem externen Stromkreislauf, wodurch Wasser entsteht. Die Reaktion an der Kathode gibt ebenfalls Energie frei, die in Form von Strom genutzt werden kann.

Grüner Wasserstoff, auch als „green hydrogen“ auf Englisch bezeichnet, bezieht sich auf Wasserstoff, der unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen hergestellt wird, insbesondere mithilfe von Elektrolyse, bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Im Gegensatz zu konventionellem Wasserstoff, der oft aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird und mit Kohlendioxidemissionen verbunden ist, wird grüner Wasserstoff mit sauberen Energiequellen produziert.

Die Herstellung von grünem Wasserstoff erfolgt durch Elektrolyse von Wasser, bei der elektrischer Strom durch Wasser geleitet wird, um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Wenn dieser elektrische Strom aus erneuerbaren Energiequellen stammt, wie beispielsweise Windenergie oder Solarenergie, wird der erzeugte Wasserstoff als grün betrachtet.

Photovoltaik ist eine Technologie, die die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie ermöglicht. Sie basiert auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt, bei dem bestimmte Materialien, insbesondere Halbleiter, Licht absorbieren und in Elektrizität umwandeln können. In Photovoltaikanlagen werden Solarzellen eingesetzt, die aus solchen Halbleitermaterialien bestehen.

Diese Solarzellen sind so konzipiert, dass sie auf Sonnenlicht reagieren und Photonen absorbieren. Wenn Licht auf die Solarzellen trifft, erhalten die Elektronen im Halbleitermaterial ausreichend Energie, um aus ihrer normalen Position freigesetzt zu werden. Dies führt zur Bildung von Elektronen und Löchern im Material.

Die freigesetzten Elektronen beginnen dann, durch das Halbleitermaterial zu wandern, was einen elektrischen Strom erzeugt. Dieser Strom kann über die Anschlüsse der Solarzellen abgegriffen und für die Stromversorgung von elektrischen Geräten oder für die Speicherung in Batterien genutzt werden.

Photovoltaikanlagen können in verschiedenen Größen und Formen installiert werden, von kleinen solarbetriebenen Geräten bis hin zu großen Solarparks, die signifikante Mengen an elektrischer Energie für Gemeinden oder Unternehmen erzeugen können. Die Photovoltaik spielt eine entscheidende Rolle in der Nutzung erneuerbarer Energiequellen, da sie keine beweglichen Teile hat, keine direkten Emissionen während des Betriebs erzeugt und eine nachhaltige Nutzung der Sonnenenergie ermöglicht.

Quelle

Solarthermie ist eine Technologie, die die Wärmeenergie der Sonne nutzt, um Wasser zu erhitzen oder Luft zu erwärmen. Im Gegensatz zur Photovoltaik, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt, konzentriert sich die Solarthermie auf die direkte Nutzung der solaren Wärme.

Solarthermische Anlagen bestehen in der Regel aus Kollektoren, die auf Dächern oder anderen geeigneten Standorten installiert sind. Diese Kollektoren absorbieren die Sonnenstrahlung und wandeln sie in Wärme um. Es gibt verschiedene Arten von Solarthermie-Kollektoren, darunter Flachkollektoren, Vakuumröhrenkollektoren und Parabolrinnenkollektoren.

Die Funktionsweise ist grundlegend: Die absorbierte Sonnenenergie erhitzt ein Trägermedium, oft Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit, innerhalb der Kollektoren. Diese erhitzte Flüssigkeit wird dann durch ein System aus Rohren oder Leitungen zu einem Wärmespeicher oder direkt zu einem Heizsystem transportiert.

In einem Wärmespeicher wird die erzeugte Wärme für spätere Verwendung gespeichert, was besonders nützlich ist, wenn die Sonne nicht scheint. Bei direkter Nutzung wird die erwärmte Flüssigkeit direkt zu einem Heizsystem oder Warmwasserbereiter geleitet.

Solarthermie wird häufig in privaten Haushalten, aber auch in größeren Anlagen für industrielle oder gewerbliche Zwecke eingesetzt. Es handelt sich um eine umweltfreundliche Technologie, die erneuerbare Energie nutzt und dazu beitragen kann, den Verbrauch von fossilen Brennstoffen zu reduzieren.

Eine Wärmepumpe ist eine technologische Vorrichtung, die dazu dient, Wärmeenergie von einem Ort mit niedrigerer Temperatur zu einem Ort mit höherer Temperatur zu übertragen. Dieser Prozess erfolgt durch den Einsatz eines geschlossenen Kreislaufsystems, in dem ein Kältemittel zirkuliert.

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe kann in mehreren Schritten beschrieben werden. Zunächst entzieht die Wärmepumpe Wärme aus einer Umgebung mit niedriger Temperatur, beispielsweise der Luft, dem Boden oder dem Grundwasser. Dies geschieht durch den Verdampfer der Wärmepumpe, wo das Kältemittel im Kreislauf verdampft.

Der Kompressor der Wärmepumpe erhöht den Druck und die Temperatur des gasförmigen Kältemittels. Das aufgewärmte Kältemittel wird dann durch den Kondensator geleitet, wo es die gesammelte Wärme an den Ort abgibt, an dem sie benötigt wird, beispielsweise in einem Heizsystem oder für die Warmwasserbereitung. Hierbei kondensiert das Kältemittel wieder in den flüssigen Zustand.

Nachdem die Wärme übertragen wurde, durchläuft das Kältemittel das Expansionsventil, wo es entspannt wird und der Kreislauf von Neuem beginnt.

Wärmepumpen ermöglichen somit eine effiziente Nutzung der Umgebungswärme, indem sie diese auf ein höheres Temperaturniveau heben und für Heizzwecke oder die Bereitstellung von Warmwasser nutzen. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Energieeffizienz von Gebäuden und können verschiedene Energiequellen nutzen, je nach den örtlichen Gegebenheiten.