Umweltschutz

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L. B.
Diese Karteikarten bieten einen umfassenden Überblick über die Prinzipien des Umweltschutzes und sind für Studierende der Biologie konzipiert. Sie decken Themen wie die Nutzung von Energie, die Auswirkungen von Abfall und die Bedeutung von Biodiversität ab. Besonders relevant sind die Auswirkungen von Schadstoffen und die Rolle von natürlichen Ressourcen wie Wasser und Sonnenlicht. Die Karteikarten sind ideal für Studierende, die sich mit den ökologischen Herausforderungen und Lösungsansätzen vertraut machen möchten.
Karten
78
Lernende
1
Sprache
Deutsch
Kategorie
Biologie
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
31.10.2023 / 31.10.2023

Lernkarten

Was bedeutet Urbanisieurng? 

  • Verstädterung“ -> wenn eine Region verstädtert, dann geben große Teile der Bevölkerung das Landleben auf, um in eine Stadt zu ziehen

Ökologisches Defizit 

  • wenn der ökologische Fußabdruck einer Bevölkerung ihre  Verfügbaren biologisch leistungsfähigen Landflächen übersteigt. 

ökologische Reserve 

  •  wenn die biologisch produktiven Landflächen größer als der ökologische Fußabdruck der Gesellschaft sind. 

country overshoot day 

  • wenn alle natürlichen Ressourcen die die Erde innerhalb eines Jahres regenerieren und nachhaltig zur Verfügung stellen kann. 

Folgen der globalen Erwärmung?

  • veränderte Jahreszeiten, regionale Wärmerekorde, Verschiebung der Klimazonen, Erwärmung der Meere,…

tipping points 

  • irreversible Kipp-Punkte des Klimasystems 
    • 1°C-3°C: Schmelzen des arktischen Eisspiegels, Gletscherschmelze, Korallensterben 
    • 3°C-5°C: Gefährdung der Borealenwälder (Waldbrände, Schädlinge), Kippen der Amazonas Vegetation (Dürre), Versiegen der Tauwasserbildung
    • >5°C: Auftauen des Permafrostbodens (->Methanausgasungen), Beschleunigtes Eisschmelzen Ostantarktis 

Nachhaltigkeitsstrategien Bau 

 

  • Effizienz: besser machen -> Verbesserung des Verhältnisses eingesetzten Aufwandes zur Nutzungsenergie (Leichtbau, Innovative Fassaden, Lüftungsverluste minimieren,…)
  • Konsistenz: anders machen -> Einsatz naturverträglicher Technologien/Verfahren, welche die Stoffe und Leistungen der Ökosysteme nutzen (Langlebigkeit, Solarstrom, Materialrecycling,…)
  • Suffizienz: weniger -> geringerer Verbrauch von Ressourcen durch eine geringe Nachfrage nach Gütern (Materialminimiertes Bauen, Nutzungsflexibilität, Lebensstilveränderung,…) 

Bruttoprimärproduktion 

  • Die Gesamtmenge des von Primärproduzenten in einem Ökosystem fixierten Kohlenstoffs 

Nettoprimärproduktion 

BPP- Respiration (Eigenbedarf der „Anlage“)

  • Die Nettoprimärproduktion (NPP) ist die Menge an Biomasse, die von Pflanzen und Algen durch Photosynthese oder Chemosynthese produziert wird (BPP), abzüglich der Menge, die sie durch Atmung wieder verlieren
  • von vielen Faktoren abhängig -> bspw. geographische Breite und der Ökosystem-Typ -> am höchsten in den Tropen und an den Küsten der Kontinente und in Auftriebszonen 
  • dient als Maß für die Gesamtproduktion von organischem Material in einem Ökosystem.

Produktionseffizienz 

 

rozentualer Anteil der in der aufgenommenen Nahrung gespeicherten chemischen Energie, der zur Produktion neuer Biomasse verwendet wird (sehr hoch bei nichtsozialen Insekten -> sollte man also essen).

 

Entropie

  • In Form von Stoffwechselwärme (Entropie) geht Energie aus Ökosystemen verloren. Nährelemente aus dem Boden, dem Wasser und der Atmosphäre durchlaufen über der Produktion, Assimilation, Dissimilation und Zersetzung einen Kreislauf durch Ökosysteme.

Primärenergie 

Beschreibung: in der Natur vorkommende Energiereserve bzw. quelle; keine techische Umwandlung; häufig nicht zur Nutzung geeignet 

Arten: fossil, nuklear, erneuerbar

Beispiele: Erdöl, Biomasse, Windkraft, Solarstrahlung 

Sekundärenergie

Beschreibung: Direkt oder durch Umwandlung aus primär oder anderen Sekundärenergien gewonnen; durch technische Prozesse Anwendungsreife Energie, die bei Bedarf in End- oder Nutzenergie wandelbar ist

Arten: thermisch, elektrisch, chemisch 

Bsp: Benzin, heizöl, elekrtische Energie, Dampf 

Endenergie 

Beschreibung: Energie die der Endverbraucher bezieht

arten: thermisch, elektrisch, chemisch

bsp: elektrische Energie, Fernwärme 

Nutzenergie 

Beschreibung: Energie an den Endgeräten des Verbrauchers

Arten: Wärme, elektrischer Strom, mechanische Energie 

Bsp: Raumbeleuchtung, Raumtemperierung 

Vor und Nachteile erneuerbare Energie 

  • Vorteile: unerschöpfliche Verfügbarkeit, risikoarme Nutzung und problemloser Rückbau der Anlagen,..
  • Nachteile: großer Flächenbedarf und damit verbunden hohe Investitionskosten, Verfügbarkeit einiger erneuerbaren Energien unterliegt der Witterung (schlecht planbar) 

Funktionsweise von Solarzellen 

Nach der Dotierung fehlen in der p-Schicht an manchen Stellen Elektronen  -> Elektronenmangel. Außerdem befinden sich freie Elektronen in der n-Schicht -> Elektronenüberschuss.  Werden n-Schicht und p-Schicht zusammen gebracht, wandern Elektronen von n-Schicht in p-Schicht. Es entsteht eine Grenzschicht die elektrische Spannung erzeugt -> pn-Überlagerung. An pn-Überlagerung entsteht ein elektrisches Feld. Dadurch werden positiv geladene Elektronenlöcher und negativ geladenen Elektronen getrennt.  In Nähe der Grenzschicht: n-Schicht verliert negative Elektronen und ist deshalb in diesem Bereich nun positiv geladen. Die p-Schicht bekommt zusätzliche negative Elektronen und ist so in diesem Bereich negativ geladen. Trifft Sonnenlicht auf Grenzschicht werden Elektronen aus Bindungen frei. Diese übernehmen Energie der Photonen. Danach sind Atome positiv geladen da ein Elektron fehlt. Elektronen aus der p-Schicht fließen in die n-Schicht nach oben und werden über den Vorderseitenkontaktstellen abgeleitet. Die positiv geladenen Atome mit ihren Löchern bewegen sich aus die p-Seite und wandern zum Rückseitenkontakt. Über den Vorder- und Rückseitenkontakt wird ein Stromkabel angeschlossen um Strom fließen zu lassen. 

Auf der Solarzelle befindet sich eine Antireflexschicht um Siliziumnitrid oder Titanoxid und die Zelle vor Umwelteinflüssen zu schützen und Reflexionsverlusten vorzubeugen. 

welche Solarmodule gibt es?

1. monokristallin (höchster wirkungsgrad)

2. polykristallin (mittlerer wikungsgrad, am häufigsten verwendet)

3. amorph (niedriger Wirkungsgrad) 

Inselanlage

 = Solargenerator (PV-Generator) + Energiespeicher (i.d.R. Akkumulatoren)

  • Akkumulator dient dem Ausgleich der Angebotsschwankungen 
  • nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden
  • erzeugen Solarenergie und speichern sie in Batterien, um Strom für den eigenen Gebrauch bereitzustellen.

Netzgekoppelte PV-Anlage 

 =Solargeneratoren (PV-Generator)+Wechselrichter 

  • Nicht benötigte Energie kann direkt in das öffentliche Netz eingespeist werden -> kein Leerlauf 
  • der Besitzer kann oft eine Vergütung für den Überschussstrom erhalten

Savonius-Rotor (WKA mit vertiakler Achse)

  • arbeitet nach dem Widerstandsprinzip
  • Besteht aus 2 halbzylindrische Schaufeln, die in unterschiedliche Richtungen geöffnet sind
  • Das Auftriebsprinzip wird leicht genutzt
  • Max. Leistungswerte von 0,25, laufen dafür auch schon bei geringen Windgeschwindigkeiten an, 
  • sehr materialaufwändig
  • Werden häufig in Entlüftern verwendet

 Darrieus-Rotor (vertikale Achse)

 

  • besteht aus zwei oder drei Rotorblättern in Form einer Parabel.
  • Arbeitet nach dem Auftriebsprinzip.
  • Kann nicht von selbst anlaufen
  • Deutlich effizienter als Savonius-Rotor

 H-Darrieus-Rotor (vertikale Achse)

 

  • Weiterentwicklung des Darrieus-Rotors
  • der permanenterregte elektrische Generator direkt in die Rotorstruktur integriert und kommt ohne Getriebe aus.
  • für extreme Standorte (Alpen, Arktis) entwickelt -> extrem robust

WKA mit horizontaler Achse  

  • LUV: muss ausgerichtet werden 
  • LEE: automatische Ausrichtung Windschatten vom Mast, nicht sturmsicher 
  • 1 oder 2 Blattrotoren: schlechtere Windaufnahme, Luftströmung reißt schneller ab, benötigen höher Geschwindigkeit für gleiche Leistung, Höherer Verschleiß
  • 4 oder 5 Blattrotoren: höheres Anlaufmoment, höheres Gewicht für die Welle, Höhere Kosten (40% der Analgenkosten sind für Rotorblätter) 
  • 3 Blätter Optimum
  • Prinzip eines WKA Flügels:
    • Windgeschwindigkeiten an Oberseite höher, an Unterseite niedriger -> dadurch entsteht Unterdruck an der Oberseite 

Vor und Nachteile Windkraft

  • Vorteile: Klimaschutz, Günstige Strompreise auf lange Sicht, Wirtschaftswachstum, regenerative Energiequelle,…
  • Nachteile: Schattenwurf, Hindernis-Befeuerung, Schall, Einfluss auf Radaranlagen,…

Vor und Nachteile Windkraft Off-Shore

  • Vorteile: gute Windverhältnisse, Anwohner müssen nicht berücksichtig werden, Nabenhöhe kann geringer gewählt werden,…
  • Nachteile: komplizierte Wartung, Anbindung an Stromnetz komplizierter, höhere Anschaffungskosten durch komplexere Bautechnik 

Niederdruckanlagen

  • Fallhöhe: h < 15 m
  • Durchfluss: groß
  • Verwendung für: Grundlast
  • Turbinenarten: Kaplan-Turbine, Durchströmturbine
  • Bauarten: Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk

Mitteldruckanlagen

 

  • Fallhöhe: 15m < h < 50 m
  • Durchfluss: mittel - groß
  • Verwendung für: Grundlast, Mittellast
  • Turbinenarten: Francis-Turbine, Kaplan-Turbine
  • Bauarten: Flusskraftwerke, Speicherkraftwerke

Laufwasserkraftwerke 

nutzen Fließgeschwindigkeit von flüssen 

Speicherkraftwerk

  •  Speicherung des Wassers über einen längeren Zeitraum um bei Bedarf Spitzenenergie zu erzeugen 

Pumpspeicherkraftwerk

  • in Schwachlastzeiten wird (wenn Überschusskapazitäten aus dem Netz vorhanden sind) Wasser aus Unterbecken in ein Oberbecken gepumpt -> dabei wird Generator als Motor und Turbine als Pumpe betrieben. (Entweder Energieerzeuger oder Energiespeicherung) 

Gezeitenkraftwerk

nutzen Tidenhub der Meere zur Stromerzeugung (meistens zu niedrige Tidenhub in DE) 

Karvenkraftwerk

verwendet künstlich geschaffene Hohlräume (Kavernen) als Energiespeicher oder als Standort für Kraftwerkskomponenten 

Wellenkraftwerk

  • nutzen durch Wind verursachte Bewegung der Meeresoberfläche -> Wassermasse selbst als auch durch Wellenbewegung verursachte Wind. Schwimmend auf dem Meer oder an der Küste. (Nicht in DE weil Wellen zu schwach) 

Gleichdruckturbinen

  • Wasser verlässt Zuleitung zur Turbine mit möglichst hohen Geschwindigkeit und trifft auf Laufschaufeln 
  • Die Turbine wird dabei nicht vollständig umströmt.
  • kinetische Energie des Wassers wird auf Laufschaufeln übertragen ->  Drehbewegung 

Peltonturbine

  • Gleichdruckturbine mit tangentialer Anströmung über eine oder mehrere Düsen
  • Verstellbare Düsen zur Regelung 
  • Geeignet für kleine Durchflüsse und große Fallhöhen
  • Übliche Druckhöhe: 20 bis 1.200 m
  • Übliche Durchflüsse: 0,8 bis 800 m³/s
  • Wirkungsgrad 0,90 bis 0,95

Überdruckturbinen

  • geschlossenen System
  • vollständig von Wasser umströmt
  • In Fließrichtung:vor der Turbine höherer Druck als dahinter.
  • Druckunterschied versetzt das Laufrad der Turbine in eine Drehbewegung.

Kaplanturbine

 

  • Überdruckturbine mit axialer An- und Abströmung
  • Verstellbare Laufschaufeln (und Leitschaufeln) zur Regelung 
  • Geeignet für große Durchflüsse und kleinere Fallhöhen
  • Übliche Druckhöhe: 2 bis 70 m
  • Übliche Durchflüsse: 0,8 bis 800 m³/s
  • Wirkungsgrad 0,8 bis 0,95

Francisturbine

  • Überdruckturbine mit radialer und halbaxialer Anströmung und axialer Abströmung
  • Feste Laufschaufeln und verstellbare Leitschaufeln zur Regelung 
  • Geeignet für mittlere bis große Durchflüsse sowie Fallhöhen
  • Übliche Druckhöhe: 10 bis 700 m
  • Übliche Durchflüsse: 0,08 bis 700 m³/s
  • Wirkungsgrad ca. 0,90

 

Wasserräder 

    • Die Turbine ist bei kleinen Wasserkraftanlagen der teuerste Anlagenteil → alternativ: Verwendung von Wasserrädern
    • Fallhöhe bis max. 10 m
    • Wirkungsgrad 70 – 77%
    • Unterscheidung in: unterschlächtige, mittelschlächtige und oberschlächtige Wasserräder

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