Exergie und Anergie sind wichtige Begriffe aus der Thermodynamik. In der Summe bilden sie die Gesamtenergie eines abgeschlossenen Systems. Trotz des Energieerhaltungsprinzips, nach dem Energie in diesem System nicht verloren gehen kann, lässt sie sich nicht vollständig für unsere Zwecke nutzen. Beispielsweise wenn Wärme durch schlechte Isolierung nicht mehr zum Heizen zur Verfügung steht. Die Konzepte von Exergie und Anergie stellen die Anteile nutzbarer und nicht nutzbarer Energie gegenüber.
Hochwertige Energie lässt sich frei umwandeln
Als "hochwertige Energie" hat Exergie für den Menschen einen hohen Wert. Es ist der Teil der gesamt verfügbaren Energie eines Systems, mit dem wir etwas anfangen können. Exergie ist die Energie, die sich in eine beliebige andere Form umwandeln lässt. Beispiele sind elektrischer Strom und mechanische Arbeit: Diese Energien können als reine Exergie gesehen werden, da sie sich restlos in andere Energieformen umwandeln lassen.
Dabei sind Verluste zu berücksichtigen, die der Wirkungsgrad angibt. Wärmeenergie aus einem Verbrennungsprozess hingegen besteht nur zu einem geringen Teil aus Exergie. Sie lässt sich, etwa in einem Kraftwerk, nicht vollständig in zum Beispiel Arbeit bzw. elektrischen Strom umwandeln. Der Rest der Gesamtwärme verlässt das System über den Kühlturm. Durch die Erwärmung und die Stromproduktion ist die Energie in Summe gleich geblieben. Doch im Vergleich zur Situation vor der Umwandlung steht mit dem produzierten, elektrischen Strom nun deutlich weniger Exergie zur Verfügung. Der Rest hat sich als Abwärme in Anergie umgewandelt. Wenn Exergie verloren geht und Anergie entsteht, bedeutet das für den Menschen einen Verlust potenzieller Möglichkeiten.
Umwandlungsschritte und Gefälle zur Umwelt reduzieren
Bei jedem Umwandlungsprozess geht Exergie in Anergie über. Die Bilanzsumme bleibt gleich. Aber die Entropie des Systems und der Anteil von Anergie steigt, während der Anteil von Exergie, das heißt von weiter umwandelbarer Energie, geringer wird. Die wichtigsten Quellen für Energieverluste sind
- Reibungsverluste
- der Übergang von Wärme in die Umgebung
- Vermischung räumlich getrennter Stoffe
- chemische Reaktionen
Die Gestaltung sparsamer Techniken und Systeme zielt besonders darauf, die Umwandlungsschritte zu reduzieren und die dabei entstehenden Exergieverluste zu minimieren. Dazu zählt das Verringern des Gefälles zwischen System und Umwelt. Ein Beispiel dafür sind niedrige Vorlauftemperaturen im Heizsystem: So geht deutlich weniger Wärmeenergie an die Umwelt verloren, und ein größerer Anteil der erzeugten Heizwärme steht als Exergie zur Erwärmung des Wohnraums zur Verfügung.