Was sind die Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs?

Die Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs hängen stark davon ab, wie der Strom erzeugt wird. Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdgas entsteht das Treibhausgas CO₂ , das zur globalen Erwärmung beiträgt. Erneuerbare Energien hingegen erzeugen Strom klimaneutral.

Wie berechnest du den CO2-Ausstoß von Strom?

Um den CO₂-Ausstoß zu berechnen, ermittelst du zuerst die elektrische Energie in Kilowattstunden ( kWh ) mit der Formel E = P · t . Anschließend multiplizierst du diesen Wert mit dem Emissionsfaktor der Energiequelle. Bei fossilem Strom sind das etwa 800 g CO₂ pro kWh .

Warum ist Strom aus erneuerbaren Energien besser für die Umwelt?

Strom aus erneuerbaren Energien wie Windkraft oder Photovoltaik nutzt natürliche Ressourcen, ohne bei der Stromerzeugung CO₂ freizusetzen. Dadurch wird der Treibhauseffekt nicht weiter verstärkt. Elektrogeräte und E-Autos sind nur dann wirklich klimafreundlich, wenn sie mit solchem Ökostrom betrieben werden.

Wie viel CO2 erzeugt eine Kilowattstunde Strom?

Als Faustregel gilt: Die Erzeugung von 1 kWh Strom aus fossilen Brennstoffen setzt etwa 800 g CO₂ frei. Stammt der Strom hingegen zu 100 % aus erneuerbaren Energien, liegt der direkte CO₂-Ausstoß bei der Erzeugung bei 0 g .

Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs

Wusstest du, dass selbst das einfache Kochen von Teewasser eine unsichtbare Wolke aus Gas erzeugt?

Strom kommt zwar sauber aus der Steckdose, aber seine Herstellung hat oft direkte Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs auf unsere Natur. In diesem Artikel lernen wir, wie wir den unsichtbaren $CO_2$ -Fußabdruck unserer alltäglichen Elektrogeräte berechnen können und warum es einen riesigen Unterschied macht, woher unser Strom eigentlich stammt.

Vorwissen

Elektrische Energie ( $E$ ): Die umgewandelte Energie berechnet sich aus der Leistung ( $P$ ) und der Zeit ( $t$ ).

Formel: $E = P \cdot t$

Beispiel: Eine $1000 \text{ W}$ ( $1 \text{ kW}$ ) starke Mikrowelle, die $1 \text{ h}$ lang läuft, wandelt $1 \text{ kWh}$ Energie um.
Zeit umrechnen: Um die Einheit Kilowattstunden ( $\text{kWh}$ ) zu erhalten, muss die Zeit in Stunden ( $\text{h}$ ) angegeben werden.

Regel: Minuten durch $60$ teilen.

Beispiel: $15 \text{ min} = \frac{15}{60} \text{ h} = 0,25 \text{ h}$ .

Aufgabentyp 1: Stromerzeugung und CO2-Emissionen

Die Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs zeigen sich besonders deutlich, wenn wir betrachten, wie unser Strom gewonnen wird. Strom entsteht nicht in der Steckdose, sondern wird in Kraftwerken erzeugt. Dabei gibt es zwei grundlegend verschiedene Wege, die sich stark auf unsere Umwelt auswirken.

Wenn Strom in Kraftwerken durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen (wie Kohle, Erdöl oder Erdgas) erzeugt wird, entsteht Wärme. Aus dieser Wärme wird elektrische Energie gewonnen. Allerdings können nur etwa $40 \%$ der Wärme in Strom umgewandelt werden; der Rest geht ungenutzt an die Umgebung verloren. Schlimmer noch: Bei der Verbrennung entsteht das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid ( $CO_2$ ), welches zur globalen Erwärmung beiträgt.

Faustregel: Die Erzeugung von $1 \text{ kWh}$ Strom aus fossilen Brennstoffen setzt etwa $800 \text{ g}$ $CO_2$ frei.

Im Gegensatz dazu nutzen erneuerbare Energien (wie Windkraft oder Photovoltaik) die Natur, um Strom zu erzeugen. Dabei wird bei der Stromerzeugung selbst kein $CO_2$ freigesetzt.

Real-World Context: Ein Elektroauto stößt beim Fahren keine Abgase aus. Es führt aber nur dann zu einer echten Reduktion von $CO_2$ , wenn es mit Strom aus erneuerbaren Energien geladen wird. Tankt es reinen „Kohlestrom“, verlagert sich der Ausstoß lediglich vom Auspuff des Autos zum Schornstein des Kraftwerks.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Schritt 1: Wandle die Leistung ( $P$ ) in Kilowatt ( $\text{kW}$ ) und die Zeit ( $t$ ) in Stunden ( $\text{h}$ ) um. Berechne dann die Energie mit $E = P \cdot t$ .
Schritt 2: Lies im Text genau nach: Stammt der Strom aus fossilen Brennstoffen oder aus erneuerbaren Energien?
Schritt 3: Multipliziere die berechnete Energie mit dem passenden Faktor: Fossil ( $E \cdot 800 \text{ g/kWh}$ ) oder Erneuerbar ( $E \cdot 0 \text{ g/kWh} = 0 \text{ g}$ ).

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Du föhnst dir $10 \text{ min}$ lang die Haare mit einem $2000 \text{ W}$ starken Föhn. Der Strom stammt vollständig aus einem fossilen Kohlekraftwerk. Berechne die freigesetzte Menge an $CO_2$ .

Fortschritt

3 / 3

Schritt 1
Elektrische Energie berechnen
Gegeben: $P = 2000 \text{ W} = 2 \text{ kW}$ , $t = 10 \text{ min} = \frac{10}{60} \text{ h} = \frac{1}{6} \text{ h}$ .

$\textcolor{#08BFFF}{E} = 2 \text{ kW} \cdot \frac{1}{6} \text{ h}$

$\textcolor{#08BFFF}{E} = \frac{2}{6} \text{ kWh} = \textcolor{#08BFFF}{\frac{1}{3} \text{ kWh}}$
Schritt 2
Energiequelle prüfen
Der Strom ist fossil. Wir nutzen den Faktor $800 \text{ g/kWh}$ .
Schritt 3 · Ergebnis
CO2-Ausstoß berechnen
$\textcolor{#CE5331}{CO_2} = \textcolor{#08BFFF}{\frac{1}{3} \text{ kWh}} \cdot 800 \text{ g/kWh}$

$\textcolor{#CE5331}{CO_2} \approx \textcolor{#CE5331}{267 \text{ g}}$

Ergebnis:

Das Haareföhnen verursacht einen Ausstoß von etwa $\textcolor{#CE5331}{267 \text{ g}}$ $CO_2$ .

Quiz zu Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs: Teste dein Wissen

Löse eine kostenlose Quizfrage zu Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs und prüfe, ob du die wichtigsten Schritte verstanden hast.

Quizfrage 1 zu Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs

Eine Glühbirne mit einer Leistung von $60 \text{ W}$ leuchtet für $30 \text{ min}$ . Wie groß ist die umgewandelte elektrische Energie in Kilowattstunden ( $\text{kWh}$ )?

Quizfrage 2 zu Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs

Nur mit Account

Wie viele Stunden ( $\text{h}$ ) entsprechen einer Dauer von $45 \text{ min}$ , wenn man sie für die Berechnung der elektrischen Energie in Kilowattstunden ( $\text{kWh}$ ) umwandelt?

Übungsaufgabe zu Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs

Nur mit Account

Ein Elektroauto verbraucht für eine bestimmte Strecke $15 \text{ kWh}$ elektrische Energie, die vollständig aus Windkraft stammt. Wie viel $CO_2$ wird durch die Stromerzeugung für diese Fahrt freigesetzt?

Tipp: Erneuerbare Energien wie Windkraft setzen bei der reinen Stromerzeugung kein $CO_2$ frei. Daher muss die verbrauchte Energie mit $0 \text{ g/kWh}$ multipliziert werden.

Kostenlos freischalten

Beispiel 2

Aufgabe

Ein Elektroauto verbraucht $\textcolor{#08BFFF}{14 \text{ kWh}}$ Strom pro $100 \text{ km}$ . Ein Auto mit Verbrennungsmotor verbraucht $5 \text{ Liter}$ Benzin pro $100 \text{ km}$ . Die Verbrennung von $1 \text{ Liter}$ Benzin erzeugt $2,3 \text{ kg}$ $CO_2$ .

Berechne und vergleiche den $CO_2$ -Ausstoß beider Autos für eine Strecke von $100 \text{ km}$ , wenn das Elektroauto mit Strom aus fossilen Brennstoffen geladen wird.

Fortschritt

2 / 2

Schritt 1
CO2-Ausstoß des Elektroautos berechnen
Die Energie für $100 \text{ km}$ ist bereits gegeben: $\textcolor{#08BFFF}{E} = \textcolor{#08BFFF}{14 \text{ kWh}}$ .

Da der Strom fossil ist, rechnen wir mit $800 \text{ g/kWh}$ . Um es besser mit dem Benzinauto vergleichen zu können, wandeln wir die $800 \text{ g}$ in $0,8 \text{ kg}$ um.

$\textcolor{#CE5331}{CO_{2, Elektro}} = \textcolor{#08BFFF}{14 \text{ kWh}} \cdot 0,8 \text{ kg/kWh}$

$\textcolor{#CE5331}{CO_{2, Elektro}} = \textcolor{#CE5331}{11,2 \text{ kg}}$
Schritt 2 · Ergebnis
CO2-Ausstoß des Verbrenners berechnen
Das Auto verbraucht $5 \text{ Liter}$ . Jeder Liter erzeugt $2,3 \text{ kg}$ $CO_2$ .

$\textcolor{#CE5331}{CO_{2, Verbrenner}} = 5 \text{ Liter} \cdot 2,3 \text{ kg/Liter}$

$\textcolor{#CE5331}{CO_{2, Verbrenner}} = \textcolor{#CE5331}{11,5 \text{ kg}}$

Ergebnis:

Das Elektroauto stößt mit Kohlestrom $\textcolor{#CE5331}{11,2 \text{ kg}}$ $CO_2$ aus, der Verbrenner $\textcolor{#CE5331}{11,5 \text{ kg}}$ . Das Elektroauto ist in diesem Fall nur minimal besser. (Würde es mit Windkraft laden, läge sein Ausstoß bei $0 \text{ kg}$ !).

Wichtige Erkenntnisse

Fossile Kraftwerke wandeln nur ca. $40 \%$ der Wärme in Strom um und stoßen dabei $CO_2$ aus.
Faustregel: $1 \text{ kWh}$ fossiler Strom erzeugt ca. $800 \text{ g}$ $CO_2$ .
Erneuerbare Energien erzeugen Strom ohne $CO_2$ -Ausstoß.
Elektrogeräte und E-Autos sind nur so klimafreundlich wie der Strom, mit dem sie betrieben werden.

Umweltauswirkungen des Energieverbrauchs: CO2 berechnen