Energiefluss

Energieflussist der Prozess der Weitergabe physikalischerEnergiezwischen verschiedenen technischen oder natürlichen Systemen. In der Energietechnik spricht man auch vonEnergieübertragung.Die Stärke eines Energieflusses ist eineLeistung.

Ökologischer und technischer Energiefluss

In derÖkologiebezeichnet Energiefluss den Energietransfer und die Energieumwandlung von eingestrahlterSonnenenergie(oder von vorliegender chemischer Energie) imÖkosystemüber dieBiomassederPrimärproduzentenund die anschließendeNahrungskette(Konsumenten- und Destruentenkette). Der Energiefluss wird wie die physikalischeLeistungalsEnergieproZeitspannegemessen. Er hat demzufolge zum Beispiel eine der folgendenEinheiten,derenEinheitenzeichennicht in eckige Klammern zu schreiben sind (DIN 1313):

• W (=Watt),
• J/s (=Joulepro Sekunde, 1 J/s = 1 W),
• J/d (= Joule pro Tag),
• PS (traditionelle technische EinheitPferdestärke,1 PS = 735,5 W)

Im energiewirtschaftlichen Bereich werden weitere Einheiten verwendet, z. B.

• kWh/d (= Kilowattstunden pro Tag) oder
• tSKE/a (= TonnenSteinkohleeinheitenpro Jahr)

Wird der Energiefluss nicht für ein Individuum, eine Population oder eine technische Anlage angegeben, sondern für eine verteilte Energiequelle (z. B. bei der Primärproduktion eines Maisfeldes, in der Technik bei der Energiewandlung eines Solarkollektors), so gibt man eine auf die Fläche bezogene Leistung an, z. B.

• J/(m²× d) (= Joule pro Quadratmeter und Tag) oder
• W/m²(= Watt pro Quadratmeter).

In derTechnikkann Energiefluss in denselben Einheiten wie in der Ökologie (vgl.Energiefluss-Diagramm) beschrieben werden, z. B. der Energiefluss von derWasserkraft(Primärenergieals potenzielle Energie des gestauten Wassers) über die daraus gewonneneelektrische Energie(SekundärenergieoderEnergieträger) und die Einspeisung in das Bahnnetz zur Umwandlung in dieBewegungsenergieder Züge (EndenergieundNutzenergie). Bei dieserEnergieübertragungwird häufig ein großer Teil der Energie, zum Beispiel durchNetzverluste,alsAbwärmefrei.

Beiden Energiefluss-Systemen, den ökologischen wie den technischen, liegt das Prinzip der mehrfachenEnergieumwandlungzugrunde, die bei jeder Wandlung nur mit einem bestimmtenWirkungsgradoperiert. Bei jedem Übergang von einer Energieform in eine andere wird Wärmeenergie frei. Ökologische Systeme zeigen beim Übergang von einer trophischen Ebene in die nächste (z. B. beim Übergang von Pflanzenfressern zu Raubtieren) im Verlaufe einer Nahrungskette Wirkungsgrade von vielfach nur um die 10 % oder weniger. Der Wirkungsgrad beim Wandel entlang technischer Energieflüsse kann sehr unterschiedlich sein.

In der realen Welt sind die ökologischen und die technischen Energieflüsse teilweise miteinander vernetzt, z. B. bei Nutzung der Wasserkraft oder der Biomasse als Primärenergie, bzw. – in umgekehrter Richtung – bei der Nutzung der Zugkraft eines Esels zum Antrieb einer Wasserförderanlage.

Bedeutung des ökologischen Energieflusses

Der Stoffkreislauf und der Energiefluss im Ökosystem

Ökologische Energieflüsse können für Individuen, für Populationen, für Ökosysteme oder auch als Energiekreislauf für die ganze Erde erstellt werdenund erlauben die Berechnung vollständigerEnergiebilanzen.Infolge des Energieflusses durch die verschiedenentrophischen Ebenender Ökosysteme wird letztlich die gesamte eingestrahlte und von der grünen Pflanze assimilierbare Lichtenergie in Form von Wärme in zeitverzögerter Form wieder an die Umwelt abgegeben. Mittels der komplexen Ausstattung derLebewesendurchKompartimenteund durchEnzymketten,deren Aktivität vom Organismus gesteuert werden kann, sind energetischeKaskadenrealisiert, die die vielfältigen irdischen Lebensprozesse und auch das Prinzip der Nahrungskette durch allmähliches und stufenweises Umwandeln, Speichern oder Freisetzen vonEnergiemöglich machen.

Größenordnung des Energieflusses

Der Energiefluss durch ein mitteleuropäisches Waldökosystem beträgt als sogenannte Brutto-Primärproduktion (d. h. Biomasse-Produktion ohne Berücksichtigung des durch denStoffwechselder Pflanzen veratmeten Anteils) ca. 1 W/m².

Der Energiefluss eines erwachsenen Menschen liegt in der Größenordnung von 100–150 W. Dies entspricht rund 3 kWh pro Tag oder 10 MJ pro Tag oder 4 GJ pro Jahr. Diese Energie benutzt der Mensch für die Summe aller seiner Stoffwechselaktivitäten, für seine Gewebeproduktion, seine Bewegungen und körperlichen Arbeiten, für seine Kommunikation und Wärmeproduktion. Der Gesamtenergieverbrauch pro Person liegt in Mitteleuropa heute allerdings wesentlich (ca. 20–30 mal) höher, da auch Energie in Form von Erdöl, Holz, Elektrizität usw. für Verkehr, Heizung, industrielle Produktion und anderes verausgabt wird.

Energiefluss und Stoffkreislauf

DiePrimärenergiein Ökosystemen muss nicht notgedrungen aus derStrahlungsenergiedes Lichts stammen, sondern kann auch durch biochemische Reaktionen (z. B. Oxidation vonSulfiden) bestritten werden. Dies hat v. a. eine Bedeutung in sauerstofffreien Regionen der Erde (z. B. Hydrothermalquellen im Ozean). Ein funktionierender Energiefluss in Ökosystemen ist die energetische Grundlage dafür, dass sie mit ihrer Organismenwelt langfristig existieren können und dass ein ökologischerStoffkreislaufmöglich ist.

Weblinks

Wiktionary: Energiefluss– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen