Chemische Energie

Was ist chemische Energie?

Chemische Energie ist die Energie, die in der Verbindung von Atomen liegt. Sie ist der Grundbaustein des Lebens und zugleich die Voraussetzung für zahlreiche Methoden der Strom- und Wärmeerzeugung. In ihrer für die menschliche Nutzung wichtigsten Form wird sie von Pflanzen durch Photosynthese aus der Energie der Sonnenstrahlen erzeugt.

 

Die Energie chemischer Verbindungen

Jeder Stoff in unserer Welt besteht aus Atomen. Diese sind ihrerseits aus noch kleineren Teilchen aufgebaut: einem positiv geladenen Kern, bestehend aus den elektrisch positiven Protonen und neutralen Neutronen, sowie einer Atomhülle.

Aus dem Chemieunterricht weißt Du sicherlich noch, dass die Atomhülle aus Elektronen besteht, die sich auf verschiedene Schalen verteilen. Die Elektronen auf der äußerten Schale heißen „Valenzelektronen“. Sie sind an den Verbindungen beteiligt, die die Atome miteinander eingehen. Mit Ausnahme der Edelgase wie Helium oder Neon fehlt allen Elementen mindestens ein Valenzelektron zu einer vollbesetzten Valenzschale. Da ein Atom aber mit voller Valenzschale besonders stabil ist, versuchen alle Atome außer den Edelgasen, sich mit anderen Atomen zu Molekülen zu verbinden und ihre Valenzelektronen miteinander zu teilen.

Ein solches Molekül ist auch Kohlenstoffdioxid, also CO2. Es besteht aus einem Kohlenstoffatom C, das allein vier Valenzelektronen besitzt, und zwei Sauerstoffatomen O2 mit je sechs Valenzelektronen. Das C-Atom nutzt jeweils zwei der Valenzelektronen jedes O-Atoms und vervollständigt so seine Valenzschale. Zugleich nutzt jedes O-Atom zwei Elektronen des C-Atoms, um ebenfalls insgesamt acht Valenzelektronen zu erhalten. Dass einige Elektronen von mehreren Atomen gleichzeitig genutzt werden, ist dabei egal.

Und wo steckt nun die chemische Energie? Ganz einfach: in der elektromagnetischen Wechselwirkung, also den anziehenden und abstoßenden Kräften zwischen den positiven Protonen der Atomkerne und den negativen Elektronen in den Atomschalen. Diese Kräfte wirken innerhalb eines einzelnen Atoms, zwischen den Atomen eines Moleküls sowie zwischen den Molekülen in einem Stoff. Auch die kinetische Energie, die in der Bewegung der Elektronen um ihren Atomkern steckt, ist Teil der chemischen Energie. Diese ist also nichts anderes als die elektrische und kinetische Energie, die innerhalb und zwischen den Atomen wirkt und die in chemischen Reaktionen freigesetzt werden kann.

 

Chemische Energie in Natur und Technik

Chemische Energie steckt in jeder Verbindung von Atomen. Für den Menschen besonders wichtig ist jedoch die chemische Energie von Kohlenwasserstoffen. Denn diese bilden die wichtigsten Energieträger sowohl in unserer Nahrung als auch in der Energiewirtschaft. Grundlage hierfür ist die Photosynthese grüner Pflanzen, die die Energie des Sonnenlichts nutzen, um Wasser und das CO2 der Luft zu Glukose, einem Kohlenwasserstoff, reagieren zu lassen. Es findet also eine Umwandlung von elektromagnetischer in chemische Energie statt. Nimmt ein Mensch später Kohlenwasserstoffe mit der Nahrung auf, dann verdaut er sie und setzt dabei die Energie frei, die sein Körper zum Leben braucht.

Etwas Ähnliches geschieht im Kraftwerk, wenn Biomasse oder fossile Energieträger zur Stromerzeugung verbrannt werden. Die in den Brennstoffen enthaltenen Kohlenwasserstoffe reagieren dabei mit dem Sauerstoff der Luft zu CO2. Der Prozess der Photosynthese wird also umgekehrt und Energie in Form von Wärme freigesetzt, die hilft, Strom zu erzeugen.

Es gibt natürlich auch Möglichkeiten, chemische Energie ohne die Freisetzung von Treibhausgasen zu nutzen. Das geschieht zum Beispiel in einem Akku, in dem eine elektrochemische Reaktion direkt einen elektrischen Strom erzeugt. Damit ein Akku jedoch vollständig veganen Strom erzeugen kann, muss er zuvor auch mit veganem Strom aus nachhaltiger Produktion geladen werden. Um Dir diesen Strom bereitzustellen, nutzt Vegan Strom ausschließlich die Regenerative und tierfreundliche Energie von Sonnenlicht, Erdwärme und der Kraft der Gezeiten.

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