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Energiedichte


Physik


Basiswissen


Joule pro Kilogramm oder pro Kubikmeter: die Energiedichte gibt an, wie viel nutzbare Energie man aus einer gegebenen Masse (gravimetrisch) oder einem bestimmten Volumen (volumetrisch) gewinnen kann. Geringe Energiedichten haben zum Beispiel Bleiakkus, eher hohe Dichten haben Steinkohle und Wasserstoff. Hier steht mehr zur Definition.

Definition


Die Starterbatterie (Bleiakkumulator) eines Autos hat eine Energiedichte von etwa 0,11 Megajoule pro Kilogramm. Die von Paraffin (Kerzenbrennstoff) liegt bei etwa 49 Megajoule pro Kilogramm, also in etwa dem 500-fachen der einer Batterie. In Paraffin ist also in jedem Kilogramm extrem viel mehr Energie gespeichert als in einer Batterie. Wie viel Energie in Joule in jedem Kilogramm von etwas gespeichert ist nenn man die (gravimetrische) Energiedichte. Eine Tabelle mit Werten steht unter Energiedichten ↗

Bedeutung


Elektrische Energie weist gegenüber chemischer Energie eine Reihe von Vorteilen auf: sie kann über Leitung mit vergleichsweise wenig Aufwand transportiert werden, sie kann universill, also vielfältig eingesetzt werden und sie gilt als sauber: am Ort ihrer Nutzung fallen keine bis kaum Schadstoffe an. Viele Gründe sprechen also dafür, Energie zunehmend in elektrischer Form zur Verfügung zu stellen. Ein großer Nachteil aber ist, dass elektrische Energie schlecht gespeichert werden kann: für die Speicherung braucht man schwere Batterien oder andere Geräte. Um Dieseltreibstoff, etwa bei Schiffen, durch Batterien zu ersetzten braucht man in der Größenordnung des 100-fachen Gewichtes in Kilogramm. Dieser Nachteil wirkt sich vor allem bei Luftfahrzeugen aus. Siehe auch Elektromobilität ↗

Gravimetrisch


Man unterscheidet die gravimetrische von der volumetrischen Energiedichte. Die Silbe "gravi" wie in Gravitation deutet Schwere oder Masse an: die gravimetrische Energiedichte sagt aus, wie viele Joule Energie pro Kilogramm in etwas gespeichert sind. Siehe auch gravimetrisch ↗

Volumetrisch


Die Volumetrische Energie bezieht den Energieinhalt in Joule auf ein bestimmtes Volumen. Man kann von Joule pro Liter oder Joule pro Kubikmeter sprechen. Siehe auch volumetrisch ↗

Brennwert


Die gravimetrische Energiedichte von Brennstoffen nennt man auch Brennwert, meist angegeben in Megajoule pro Kilogramm. So hat Braunkohle einen Brennwert von 8 bis 10 Megajoule für jedes Kilogramm und Heizöl von etwa 45 Megajoule pro Kilogramm. Siehe auch eine Liste unter Brennwerte ↗

Nahrungsmittel


Von 1900 bis etwa 1930 fanden eine Reihe abenteuerlicher Polarexpeditionen statt. Die Forscher waren Monate von der Außenwelt abgeschnitten und mussten alles Gepäck oft selbst auf Schlitten ziehen. Hier war es wichtig, dass Nahrungsmittel viel Energie pro Kilogramm lieferten. Die Energiedichte von Nahrungsmitteln nennt man den physiologischen Brennwert, eine Liste steht unter physiologische Brennwerte ↗