Innerhalb unseres Sonnensystems wird die meiste Energie in der Sonne selbst umgewandelt. Sie ist ein gigantisches Fusionskraftwerk, in dem ständig Wasserstoff zu Helium verschmolzen wird.

Auch irdische Kraftwerke verwandeln – in viel kleinerem Maßstab – Energie von einer Form in eine andere. Solarkraftwerke zum Beispiel machen aus Energie, die in der elektromagnetischen Strahlung der Sonne steckt (dem Sonnenlicht) thermische Energie oder elektrische Energie.

Ein Wasserkraftwerk dagegen setzt die Lageenergie des Wassers im Stausee, das dann durch die Turbine strömt, zunächst in Bewegungsenergie um und verwandelt diese danach im Generator in elektrische Energie.

In einer Brennstoffzelle wird Energie aus der chemischen Bindung in elektrische Energie umgewandelt.

Und ein Windkraftwerk schließlich wandelt die Bewegungsenergie der Luftteilchen in elektrische Energie um.

Die Sonne ist selbst ein riesiges Kraftwerk, das in jeder Sekunde sechs Millionen Tonnen Materie in elektromagnetische Energie und thermische Energie umwandelt, und zwar durch Kernfusion. Dabei wird in komplexen Prozessen aus vier Wasserstoffkernen ein Helium-4-Kern.
 

Strom aus Wasser: In Deutschland liefert z. B. das Walchensee-Kraftwerk rund 320 Millionen Kilowattstunden elektrische Energie.

Im Walchensee-Kraftwerk strömt das Wasser in sechs Röhren aus dem Walchensee in das 200 Meter tiefer gelegene Turbinenhaus. Hier wird die Bewegungsenergie des Wassers ausgenutzt: Acht Turbinen sorgen über Generatoren für die Umwandlung in elektrische Energie.

Auch in diesem Windkraftwerk wird Energie umgewandelt: Die Rotorblätter sind geformt wie die Tragflächen eines Flugzeugs, an denen der Wind – die Bewegung von Luftteilchen – entlang streicht. Dadurch entsteht auf der einen Seite des Rotors ein Überdruck und auf der anderen ein Sog, was den Rotor in Drehung versetzt (Bewegungsenergie). Damit treibt man einen Generator an, der die Bewegungsenergie in elektrische Energie umsetzt.

Eine Brennstoffzelle ist im Prinzip ein Gefäß, das in der Mitte von einer dünnen Membran getrennt wird. Wasserstoffatome, die auf der einen Seite eingeleitet werden, dringen durch die Membran. Dabei müssen sie aber ihre Elektronen zurücklassen. Auf der anderen Seite verbinden sich die Wasserstoff-Kerne mit Sauerstoff. Dazu werden aber wieder Elektronen benötigt, die von außen um die Membran herum geleitet werden und dabei elektrische Geräte betreiben können.

So wird die Bindungsenergie des Wassers in elektrische Energie umgewandelt: Pro Wassermolekül werden etwa 9,5 10 hoch minus 19 J frei.

 (Quelle: Vattenfall)

Die Funktion der Brennstoffzelle:

Schritt 1: Die in zwei Kreisläufen getrennten Gase Sauerstoff und Wasserstoff wandern vom Gasraum in den Katalysator.

Schritt 2: Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.

Schritt 3: Die Protonen wandern durch den Elektrolyten (hochkonzentrierte Phosphorsäure) zur Kathodenseite.

Schritt 4: Die Elektronen wandern von der Anode zur Kathode und bewirken einen elektrischen Stromfluss, der einen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt.

Schritt 5: Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül.

Schritt 6: Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen und wandern zu den positiv geladenen Protonen.

Schritt 7: Die Sauerstoff-Ionen geben ihre beiden negativen Ladungen an zwei Protonen ab und oxidieren mit diesen zu Wasser.