Exergie und Anergie

Warum brauchen wir den Begriff Exergie zusätzlich zu dem der Energie? 

Energie kommt in verschiedenen Formen vor, die nur mit Einschränkungen ineinander umgewandelt werden können. Die «hochwertigsten» (am flexibelsten einsetzbaren) Energieformen sind die mechanische und die elektrische Energie. Sie können z. B. ohne Weiteres vollständig in Wärme umgewandelt werden, während die Umwandlung von Wärme in mechanische oder elektrische Energie umso unvollständiger ist, je geringer die verfügbaren Temperaturgefälle sind. 

Verschiedene Energiearten können also eine unterschiedliche «Qualität» aufweisen. Deswegen reicht die alleinige Betrachtung von Energiemengen oft nicht aus, während der Begriff der Exergie, diesen Umständen Rechnung trägt. Die Exergie bezeichnet also den Anteil der Energie in einem System, welche Arbeit leisten kann.

Mechanische und elektrische Energie sind reine Exergie, während Wärmeenergie je nach Temperaturniveau nur zu einem kleineren oder größeren Teil als Exergie zählt. Der Exergie-Gehalt der Wärmeenergie hängt immer von der Umgebungstemperatur ab.

• Hochtemperaturwärme weit oberhalb der Umgebungstemperatur lässt sich mit relativ gutem Wirkungsgrad mit Hilfe von geeigneten Wärmekraftmaschinen (z.B. einer Dampfturbine oder einem Verbrennungsmotor) in mechanische Energie umwandeln. Die Menge der maximal entstehenden mechanischen Energie wird als die Exergie bezeichnet, die der jeweiligen Wärmemenge entspricht. Exergie kann man deswegen auch als den theoretisch «arbeitsfähigen» Teil der Energie ansehen.

• Niedertemperaturwärme, d. h. Wärme bei Temperaturen nahe der Umgebungstemperatur, weist nur einen geringen Exergie-Anteil auf, weil der Wirkungsgrad klein wird. Man kann aus der Abbildung ablesen, dass z. B. Heizwärme bei 50 °C nur ca. 15 % Exergie enthält.
  

• Kälte, d. h. ein Reservoir mit einer Temperatur deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur, enthält wiederum Exergie, weil eine Wärmekraftmaschine zwischen diesem Reservoir und der Umgebung mechanische Arbeit leisten könnte. Umgekehrt braucht eine Kältemaschine (z.B. ein Kühlschrank) Exergie für ihren Antrieb.

Abbildung: Relativer Exergie-Gehalt von Wärme in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Werte beziehen sich auf eine Umgebungstemperatur von 0 °C.

Keinerlei Exergie ist in der Umgebungswärme enthalten, die z. B. die Aussenluft hat. Bei der Wärmeleitung von heissen zu kälteren Körpern geht zwar keine Energie verloren, jedoch nimmt die Exergie ab, da Wärme auf ein niedrigeres Temperaturniveau gebracht wird.

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Die Exergie bezeichnet den Anteil der Energie, welche Arbeit leisten kann. Die Anergie ist nun der Gegenbegriff hierzu – also Energie, die keine Arbeit leisten kann und in diesem Sinne (auch ökonomisch gesehen) minderwertig ist. 

Für sie findet der Mensch zur Zeit keine oder kaum Verwendung. Sie verpufft ungenutzt z.B. als Abwärme und geht verloren. Maschinen, Fahrzeuge, Industriebetriebe, aber auch Beleuchtung und alle Server, die das Internet in Betrieb halten, produzieren eine Unmenge an Wärme. Diese wird kaum genutzt und entweicht in die Umgebung. Die Anergie ist also jene Energieform, welche komplett entwertet ist und sich nicht mehr in andere Energieformen umwandeln lässt.

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