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Lexikon der Chemie: Exergie

Exergie, Kurzbez. e, ein besonders in der Energie- und Stoffwirtschaft gebräuchlicher Energiebegriff, der eine Bewertung der Energie in bezug auf ihre wirtschaftliche Nutzung beinhaltet, und zwar der Teil eines Energievorrates w, der sich in jede beliebige nutzbare Energieform, z. B. in elektrische oder mechanische Arbeit, umwandeln läßt. Der nicht umwandelbare Anteil wird auch als Anergieb bezeichnet. Nach dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik gilt w = e + b.

Elektrische und mechanische Energien sind nutzbar und zumindest im Idealfall vollständig in andere Energieformen umwandelbar, d. h., sie sind reine E. Für Wärme und chem. Energie legt der 2. Hauptsatz der Thermodynamik die Grenzen der Umwandelbarkeit fest. Zusätzlich ist die Festlegung eines Bezugszustandes, d. h. eines Nullpunktes der Exergieskale erforderlich. Für rein thermische Prozesse ist das der Zustand der Umgebung. Bei chem. Prozessen ist die Kenntnis der stabilen Endprodukte erforderlich, die keine weitere energiewirtschaftliche Nutzung ermöglichen.

Freiwillige Prozesse (irreversibel), wie Reibung, Wärmeleitung, Konzentrationsausgleich durch Diffusion, sind stets mit einem Exergieverlust verbunden, da sie nur unter Aufwendung von Arbeit rückgängig gemacht werden können. Daraus folgt, daß die E. eines abgeschlossenen Systems bei allen in ihm ablaufenden natürlichen Vorgängen abnimmt. Nur im reversiblen Grenzfall bleibt sie konstant (Prinzip der Verminderung der E.). Die E. einer Wärmemenge q1 in einem Wärmereservoir der Temperatur T1 folgt aus dem Carnotschen Kreisprozeß zu e = q1(T1Tu)/T1 wobei (T1Tu)/T1 = η den thermischen Wirkungsgrad und Tu die Umgebungstemperatur bezeichnen. Für T1< Tu (z. B. Kühlschrank) ist η und damit e negativ. Es muß Arbeit zugeführt werden, um Wärme an die Umgebung zu überführen.

Die Bilanzen der E. chem. Prozesse enthalten neben Stoff- und Wärmeaustauschanteilen die freie Reaktionsenthalpie, die Reaktionsentropie sowie entsprechende Verlustglieder und bilden eine Grundlage zur ökonomischen Beurteilung der Güte großtechnischer Verfahren.

  • Die Autoren
Dr. Andrea Acker, Leipzig
Prof. Dr. Heinrich Bremer, Berlin
Prof. Dr. Walter Dannecker, Hamburg
Prof. Dr. Hans-Günther Däßler, Freital
Dr. Claus-Stefan Dreier, Hamburg
Dr. Ulrich H. Engelhardt, Braunschweig
Dr. Andreas Fath, Heidelberg
Dr. Lutz-Karsten Finze, Großenhain-Weßnitz
Dr. Rudolf Friedemann, Halle
Dr. Sandra Grande, Heidelberg
Prof. Dr. Carola Griehl, Halle
Prof. Dr. Gerhard Gritzner, Linz
Prof. Dr. Helmut Hartung, Halle
Prof. Dr. Peter Hellmold, Halle
Prof. Dr. Günter Hoffmann, Eberswalde
Prof. Dr. Hans-Dieter Jakubke, Leipzig
Prof. Dr. Thomas M. Klapötke, München
Prof. Dr. Hans-Peter Kleber, Leipzig
Prof. Dr. Reinhard Kramolowsky, Hamburg
Dr. Wolf Eberhard Kraus, Dresden
Dr. Günter Kraus, Halle
Prof. Dr. Ulrich Liebscher, Dresden
Dr. Wolfgang Liebscher, Berlin
Dr. Frank Meyberg, Hamburg
Prof. Dr. Peter Nuhn, Halle
Dr. Hartmut Ploss, Hamburg
Dr. Dr. Manfred Pulst, Leipzig
Dr. Anna Schleitzer, Marktschwaben
Prof. Dr. Harald Schmidt, Linz
Dr. Helmut Schmiers, Freiberg
Prof. Dr. Klaus Schulze, Leipzig
Prof. Dr. Rüdiger Stolz, Jena
Prof. Dr. Rudolf Taube, Merseburg
Dr. Ralf Trapp, Wassenaar, NL
Dr. Martina Venschott, Hannover
Prof. Dr. Rainer Vulpius, Freiberg
Prof. Dr. Günther Wagner, Leipzig
Prof. Dr. Manfred Weißenfels, Dresden
Dr. Klaus-Peter Wendlandt, Merseburg
Prof. Dr. Otto Wienhaus, Tharandt

Fachkoordination:
Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher

Redaktion:
Sabine Bartels, Ruth Karcher, Sonja Nagel


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