Energie, Umwelt & Technologie: Formen, Quellen, Verschmutzung, Abfall & Nachhaltigkeit

Energie

Energie ist eine Eigenschaft jedes Ortes oder materiellen Systems, deren Zustand oder Lage verändert werden kann und die durch Umwandlung Arbeit verrichten kann.

Formen der Energie

• Kinetische Energie: Energie, die ein sich bewegender Körper besitzt.
• Potenzielle Energie: Energie, die mit der Position eines Körpers (z.B. auf dem Boden) zusammenhängt.
• Thermische Energie: Energie, die durch die schwingende Bewegung der Moleküle in einem Stoff entsteht.
• Strahlungsenergie: Energie, die mit elektromagnetischer Strahlung (z.B. Licht, Mikrowellen) verbunden ist.
• Kernenergie: Energie, die bei der Kernfusion (Vereinigung von Atomkernen) oder Kernspaltung (Spaltung von Atomkernen) freigesetzt wird.
• Chemische Energie: Energie, die bei chemischen Reaktionen (z.B. Verbrennung) freigesetzt wird und in den Bindungen zwischen Atomen und Molekülen eines Stoffes gespeichert ist.
• Elektrische Energie: Energie, die mit bewegten elektrischen Ladungen verbunden ist.

Eigenschaften der Energie

1. Die Gesamtenergie eines isolierten Systems bleibt erhalten.
2. Energie kann von einem Körper oder System auf einen anderen übertragen werden.
3. Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden.

Energiequellen

Erneuerbare Energien: Energiequellen, die sich auf natürliche Weise regenerieren oder unerschöpflich sind.

Stromerzeugung

Methoden der Stromerzeugung

1. Durch chemische Umwandlung: Wenn zwei verschiedene Metalle in eine Lösung getaucht und durch einen Draht verbunden werden, tritt eine Reaktion auf, die einen kontinuierlichen elektrischen Strom erzeugt (z.B. Batterie).
2. Durch elektromagnetische Induktion: Wenn ein Leiter in einem Magnetfeld bewegt wird, entsteht ein elektrischer Strom (Generator).
3. Durch Umwandlung von Sonnenlicht: Halbleitermaterialien in Photovoltaik-Modulen haben die Eigenschaft, Elektronen freizusetzen, wenn Licht auf sie trifft, wodurch Strom erzeugt wird.

Spezifische Kraftwerkstypen

• Wasserkraftwerke: Nutzen die Energie von fließendem Wasser. Eine große Wassermenge wird in einem Stausee auf einer bestimmten Höhe gespeichert. Wenn dieses Wasser abgelassen wird, wandelt sich die potenzielle Energie in kinetische Energie um, die Turbinen antreibt.
• Wärmekraftwerke (Verbrennung): Anlagen, die Energie durch die Verbrennung von Kohle, Heizöl oder Gas in einem Kessel erzeugen.
• Kernkraftwerke (Kernspaltung): Nutzen die bei der Kernspaltung freigesetzte Energie zur Stromerzeugung.
• Windkraftanlagen: Nutzen Windenergie als Primärenergie zur Stromerzeugung.
• Solarkraftwerke: Nutzen Sonnenstrahlung zur Stromerzeugung. Zwei Formen:
  • Thermische Solarkraftwerke: Nutzen Wärme zur Warmwasserbereitung oder Dampferzeugung für Turbinen.
  • Photovoltaik-Kraftwerke: Wandeln Sonnenenergie direkt mittels Solarzellen in Strom um.
• Gezeitenkraftwerke: Nutzen die Energie der Gezeiten, Wellen und Temperaturunterschiede im Meer. Vorteile: Unerschöpflich. Nachteile: Geringe Nutzung, Auswirkungen auf Meeresleben, visuelle Beeinträchtigung, hohe Baukosten für Dämme.
• Energie aus Biomasse: Biomasse wird durch thermochemische oder biochemische Verfahren in Brennstoffe umgewandelt, die zur Dampferzeugung in Kraftwerken genutzt werden.
• Geothermische Energie: Nutzt die Temperaturunterschiede im Erdinneren, die durch Bohrungen erschlossen werden.

Technologie

Technologie: Definiert als die Summe der Kenntnisse und Techniken, die Menschen zur Lösung von Problemen nutzen.

Umwelt

Umwelt: Die Gesamtheit der natürlichen, sozialen, wirtschaftlichen und kulturellen Faktoren, die mit dem Einzelnen und der Gemeinschaft, in der er lebt, interagieren.

Umweltverträglichkeit

Umweltverträglichkeit: Beschreibt die Auswirkungen einer Handlung oder Tätigkeit auf die Umwelt. Technologische Aktivitäten haben oft starke Auswirkungen, z.B. durch die Gewinnung erneuerbarer und nicht erneuerbarer Ressourcen sowie durch die Entstehung von Abfällen.

Nachhaltige Entwicklung

Nachhaltige Entwicklung: Ein Wirtschaftssystem, das auf maximaler Produktion, Verbrauch, unbegrenzter Ressourcennutzung und Gewinn als einzigem Kriterium für wirtschaftlichen Fortschritt basiert, ist nicht nachhaltig.

Ziel ist es, beides zu erreichen: Die Bedürfnisse der heutigen Generation zu erfüllen und gleichzeitig die wirtschaftliche Aktivität so zu gestalten, dass die Bedürfnisse der zukünftigen Generationen nicht gefährdet werden. Dies bedeutet, negative Auswirkungen der wirtschaftlichen Aktivität auf Ressourcenverbrauch und Abfallaufkommen zu minimieren.

Merkmale nachhaltiger Entwicklung

• Wege finden, wie wirtschaftliche Aktivität die Lebensqualität verbessert.
• Ressourcen schonend nutzen.
• Maximale Wiederverwertung fördern.
• Innovation und Entwicklung fördern.
• Geschädigte Ökosysteme wiederherstellen.

Umweltverschmutzung

Umweltverschmutzung: Beschreibt die Anwesenheit von Elementen, die für lebende Organismen schädlich sind, in einer Menge, die die natürliche Abbau- und Aufnahmekapazität der Umwelt übersteigt.

Arten der Umweltverschmutzung

Sie kann nach dem betroffenen Medium eingeteilt werden:

• Luftverschmutzung
• Wasserverschmutzung
• Bodenverschmutzung

Luftverschmutzung

Ursachen der Luftverschmutzung

• Natürliche Ursachen: Ohne menschliches Eingreifen.
• Künstliche Ursachen: Durch menschliche Aktivitäten.

Auswirkungen der Luftverschmutzung

• Lokal: Direkte Auswirkungen von Schadstoffen und Smog. Verursacht Reizungen der Atemwege, Augen und Hals sowie Krankheiten beim Menschen.
• Regional: Saurer Regen betrifft größere Gebiete. Emissionen von Schwefel- und Stickoxiden aus Industrie, Haushalten und Kraftwerken bilden in der Atmosphäre Säuren, die als saurer Regen auf den Boden fallen.

Klimawandel

Klimawandel: Verursacht durch die Anreicherung von Treibhausgasen in der Atmosphäre, die zu einem Anstieg der globalen Temperatur führt.

Maßnahmen gegen Luftverschmutzung

• Reduzierung der Emissionen von Fahrzeugen (z.B. durch Katalysatoren).
• Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel.
• Regulierung der Emissionen von Industrie und Kraftwerken.

Wasserverschmutzung

Ursachen der Wasserverschmutzung

• Natürliche Ursachen: Pollen, Blätter, Schlamm etc.
• Künstliche Ursachen: Durch menschliche Aktivitäten. Hauptverursacher sind städtische Abwässer, Landwirtschaft und Viehzucht.

Auswirkungen der Wasserverschmutzung

Vielfältig und abhängig von der Art der Verschmutzung: Temperaturänderungen, Trübung, pH-Schwankungen, Versalzung, erhöhte Wasserhärte etc.

Bodenverschmutzung

Ursachen der Bodenverschmutzung

• Natürliche Ursachen: Hohe Konzentration und Toxizität bestimmter Metalle in Gesteinen und Mineralien.
• Künstliche Ursachen: Durch menschliche Aktivitäten. Typische Schadstoffe sind Schwermetalle und Pestizide.

Auswirkungen der Bodenverschmutzung

• Anreicherung von Schwermetallen in der Nahrungskette.
• Pestizide können einheimische Arten (Vögel, Wild) schädigen.
• Pestizide und Dünger können durch Regen in Flüsse gespült werden und Wasserverschmutzung verursachen.

Abfall

Abfallarten nach Herkunft

• Siedlungsabfälle: Entstehen durch Aktivitäten in städtischen Gebieten. Auswirkungen: Unangenehme Gerüche, Flächenverbrauch, Gesundheitsrisiken, Verschmutzung von Boden, Oberflächen- und Grundwasser.
• Medizinische Abfälle: Entstehen in Krankenhäusern.
• Industrieabfälle: Entstehen in der Industrie (auch siedlungsähnliche Abfälle).
• Radioaktive Abfälle: Können nicht einfach beseitigt werden und müssen sicher gelagert werden.
• Abfälle aus Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Viehzucht: Problematisch aufgrund ihrer Menge und Verteilung, was die Kontrolle erschwert.

Abfallmanagement

Beschreibt den Umgang mit Abfällen von der Entstehung bis zur Beseitigung.

Vermeidung

Der beste Abfall ist der, der gar nicht erst entsteht. Abfallvermeidung sollte daher die höchste Priorität jeder Umweltpolitik haben.

Wiederverwendung

Beschreibt die mehrmalige Nutzung eines Gegenstands oder Stoffes für denselben Zweck. Dies vermeidet den Verbrauch neuer Rohstoffe und reduziert das Abfallaufkommen.

Recycling

Beschreibt die Aufbereitung von Abfallmaterialien zur Wiederverwendung in neuen Produkten.

Verwertung

Kann zwei Formen haben:

• Energetische Verwertung: Verbrennung von Abfällen zur Energiegewinnung.
• Stoffliche Verwertung (organische Materie): Umwandlung organischer Abfälle (z.B. Kompostierung) zur Nutzung als Dünger oder Bodenverbesserer.

Beseitigung

Die am wenigsten ökologische Option. Bezieht sich meist auf die Deponierung von Abfällen.