Energieumsatz und Energieeinsparung einfach erklärt: Physik

Stell dir vor, dein Handyakku zeigt nur noch 1 % an. Wahrscheinlich suchst du sofort nach einem Ladekabel. Wir sind es gewohnt, dass Energie immer und überall verfügbar ist.

Nicht nur unsere Handys, sondern unsere gesamte moderne Gesellschaft – vom Verkehr über die Industrie bis hin zu beheizten Wohnzimmern – benötigt gigantische Mengen an Energie. In diesem Artikel schauen wir uns an, was Energieumsatz und Energieeinsparung in der modernen Gesellschaft in der Physik wirklich bedeuten, in welchen Bereichen wir am meisten Energie benötigen und wie du selbst im Alltag clever Energie sparen kannst!

Vorwissen

• Der Energieerhaltungssatz: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Beispiel: Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in Bewegungsenergie um.
• Die Einheit der Energie: Energie wird in der Physik in der Einheit Joule ($1 \text{ J}$) gemessen. Beispiel: Um eine Tafel Schokolade ($100 \text{ g}$) um $1 \text{ m}$ anzuheben, benötigt man etwa $1 \text{ J}$ Energie.

Aufgabentyp 1: Energieumsatz und Einsparpotenzial berechnen

Im Alltag sagen wir oft: „Das Auto verbraucht Benzin“ oder „Der Fernseher verbraucht Strom“. In der Physik ist das Wort „Verbrauch“ jedoch problematisch. Da Energie laut dem Energieerhaltungssatz niemals verschwindet, kann sie auch nicht verbraucht werden.

Deshalb nutzen Physiker den Begriff Energieumsatz (oder Energieumwandlung). Wenn ein Fernseher läuft, wird die elektrische Energie nicht vernichtet, sondern in Lichtenergie und thermische Energie (Wärme) umgesetzt.

Gigantische Zahlen: Giga und Peta

Eine moderne Gesellschaft setzt unvorstellbar viel Energie um. Die Einheit Joule ($1 \text{ J}$) ist dafür viel zu klein. Daher nutzen wir große Vorsilben:

• Gigajoule (GJ): $1 \text{ GJ} = 10^{9} \text{ J}$ (Eine Milliarde Joule)
• Petajoule (PJ): $1 \text{ PJ} = 10^{15} \text{ J}$ (Eine Billiarde Joule)

Alltagsbezug: In Deutschland betrug der gesamte Energieumsatz im Jahr 2019 gewaltige $12.832 \text{ PJ}$. Teilt man das auf alle Einwohner auf, entspricht das etwa $154 \text{ GJ}$ pro Person. Das ist so viel Energie, wie in etwa $5,3 \text{ Tonnen}$ Steinkohle steckt – und das für jeden einzelnen Menschen pro Jahr!

Wo wird diese ganze Energie umgesetzt?

Wie du siehst, machen die privaten Haushalte mit ca. 36 % einen riesigen Anteil aus. Genau dort können wir ansetzen, um Energie zu sparen.

Wenn wir uns den direkten Energieumsatz in einem typischen Privathaushalt ansehen, gibt es einen klaren Spitzenreiter: Die Heizung.

Fast 70 % der Energie zu Hause wird nur dafür verwendet, die Räume warm zu halten! Beleuchtung und Elektronik machen zusammen nicht einmal 5 % aus. Wenn wir also effektiv Energie (und Geld) sparen wollen, müssen wir bei den „dicken Pfeilen“ ansetzen: Heizung, Warmwasser und Verkehr.

Hier sind die wichtigsten Strategien zur Energieeinsparung im Alltag:

• Clever Heizen: Das Absenken der Raumtemperatur ist extrem effektiv. Als Faustregel gilt: Pro Grad Celsius weniger sinken die Heizkosten um etwa 6 %. Eine Temperatur von $19 \text{ }^\circ\text{C}$ reicht in Wohnräumen oft völlig aus. Langfristig helfen auch Wärmeschutzfenster und eine gute Dämmung von Wänden und Dächern.
• Warmwasser sparen: Duschen benötigt deutlich weniger warmes Wasser als ein Vollbad. Auch kürzeres und kühleres Duschen senkt den Energieumsatz enorm.
• Verkehrsmittel klug wählen: Für kurze Strecken zu Fuß gehen oder das Fahrrad nehmen. Für längere Strecken sind Bus, U-Bahn oder die Bahn (besonders im Urlaub) viel energieeffizienter als das Auto oder das Flugzeug.
• Geräte optimal nutzen: Waschmaschinen und Spülmaschinen sollten immer voll beladen sein und im Eco-Programm laufen. Bei Kühlgeräten reicht eine Einstellung von $7 \text{ }^\circ\text{C}$ für den Kühlschrank und $-18 \text{ }^\circ\text{C}$ für das Gefrierfach völlig aus.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Oft musst du in Aufgaben berechnen, wie viel Energie oder Geld durch das Absenken der Raumtemperatur gespart wird. Nutze dafür diese Schritte:

1. Bestimme die Temperaturdifferenz: Berechne den Unterschied zwischen der alten und der neuen Temperatur in Grad Celsius.
2. Berechne die prozentuale Ersparnis: Multipliziere die Temperaturdifferenz mit $6 \%$, da jedes Grad etwa $6 \%$ Ersparnis bringt.
3. Rechne die absolute Ersparnis aus: Berechne den prozentualen Anteil (aus Schritt 2) von den ursprünglichen Gesamtkosten oder der Gesamtenergie.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Energieumsatz statt Verbrauch: Energie wird niemals vernichtet, sondern nur in andere Formen umgesetzt (Energieerhaltungssatz).
• Große Einheiten: Nationale Energiemengen werden oft in Gigajoule ($10^{9} \text{ J}$) oder Petajoule ($10^{15} \text{ J}$) angegeben.
• Der größte Faktor: Fast $70 \%$ der Energie in einem Privathaushalt wird für die Heizung benötigt.
• Die 6%-Regel: Wenn du die Raumtemperatur um $1 \text{ }^\circ\text{C}$ senkst, sparst du etwa $6 \%$ der Heizenergie.