Hörfunk – Bildungsprogramm

Hessischer Rundfunk
Hörfunk – Bildungsprogramm
Redaktion: Dr. Regina Oehler
WISSENSWERT
Was ist Energie? (3)
Speicherung
Von Karl-Heinz Wellmann
Sendung: 21.03.2007, 8:30 bis 8:45 Uhr, hr2
07-021
COPYRIGHT:
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–1–
O-Ton 1
khw WW 01 König Klassische Speicherform: Fett
"Die klassische Speicherform von Energie im menschlichen Körper ist
ja das Fett. Das hat der Körper eingerichtet dafür, dass in längeren
Hungerzeiten ausreichend Energie zur Verfügung steht."
Sprecher
... sagt Hartmut König. Er leitet die Ernährungsabteilung der
Verbraucherzentrale Hessen. Fett ist die klassische Speicherform für
Energie: beim Menschen, bei den Tieren und ganz besonders bei den
Nutztieren. Ein fettes Schwein war Jahrhunderte lang Symbol für
bäuerlichen Wohlstand, denn so lange die Tiere genug zu fressen
hatten, ging es auch den Menschen gut. Als Schimpfwort ist das "fette
Schwein" sogar bis heute in unserem Kulturkreis lebendig geblieben.
0-Ton 2
khw WW 02 König Fett und Zucker
"Wenn man sich die Ernährungsgewohnheiten unserer Verbraucher
anschaut, dann kommt der höchste Energieanteil aus Wurst und
Wurstwaren. Das liegt an den Gewohnheiten der deutschen Bürger,
dass Wurst einen sehr hohen kulturellen Wert hat bei uns. Die
zweithäufigste Zufuhr von Energie ist über Kuchen und Backwaren, bei
denen darf man den Zuckeranteil nicht vergessen. Zucker ist der
zweitgrößte Ernährungsfehler, den wir leider machen, da sehr viele
Süßigkeiten verzehrt werden, und in den Backwaren haben wir beides,
sowohl Fett als auch Zucker, häufig enthalten, also Energie, die häufig
über dem persönlichen Bedarf liegt und trotzdem aufgenommen wird
und dann zu den Speicherenergie-Ringen rund um die Hüfte oder auch
woanders führen."
Sprecher
Wobei gesunde Frauen deutlich mehr Fett speichern als Männer –
Frauen können bekanntlich Kinder gebären und danach stillen, und
hierfür benötigen sie das zusätzliche Körperfett als "stille Reserve". Bei
normalgewichtige Frauen beträgt der Fettanteil am Körpergewicht
ungefähr 25 Prozent, bei normalgewichtigen Männern ungefähr 15
Prozent.
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Der Fettanteil am Körpergewicht ist nicht ganz einfach zu messen, nur
die gesundheitsgefährliche Obergrenze der Speckringe kann man recht
leicht ermitteln: Wenn der Bauchumfang bei Frauen deutlich mehr als
90 Zentimeter und bei Männern deutlich mehr als ein Meter beträgt,
dann steigt das Risiko für Fettstoffwechselstörungen und auch für
Diabetes merklich an.
Fett ist also die übliche chemische Verbindung, in der Menschen und
Tiere ihren Energievorrat mit sich umher tragen. Bei den Pflanzen sind
hingegen Stärke und Zucker typische Speichersubstanzen. Aber auch
Menschen und Tiere können Zuckervorräte anlegen. Hartmut König.
0-Ton 3
khw WW 03 König Speicher auffüllen
"Es gibt auch eine Speicherform im Organismus, das so genannte
Glykogen. In der Leber und in den Muskeln kann ich ganz schnell aus
dieser Speicherform, wenn ich hohe Leistungen bringen will, die
Energie mobilisieren, die ich dafür benötige, aber die Speicher sind
schnell geleert. Ich muss also als Mensch, der viel Sport macht - oder
auch häufig Denkleistungen vollbringt - muss ich mich trainieren, um
diese Speicher aufzufüllen oder auch leicht zu vergrößern."
Sprecher
Glykogen wird oft auch als "tierische Stärke" oder als "Leberstärke"
bezeichnet. Glykogen wird nämlich in der Leber in relativ großer Menge
produziert wird: vor allem dann, wenn dem Körper rasch viele
Kohlehydrate zugeführt werden; sei es in Form von Zucker, sei es in
Form von stärkehaltigen Lebensmitteln wie Nudeln. Wenn wir uns
danach aber zum Beispiel sportlich betätigen, wenn wir also den
Energiebedarf des Körpers steigern, dann wird das Glykogen in der
Leber und auch in den Muskeln wieder in Traubenzucker aufgespalten.
Der Traubenzucker wird dann den aktiven Körperzellen als Energieträger zur Verfügung gestellt. Das gilt übrigens auch fürs Gehirn: Wenn
wir intensiv nachdenken müssen, zum Beispiel in einer Prüfung, dann
–3–
unterstützt das Glykogen auch die Aktivität der Nervenzellen. Leicht
verdauliche, überwiegend stärkehaltige Nahrungsmittel statt eiweißreicher Fleischprodukte gelten heute auch ganz generell als ratsam für
eine gesunde Ernährung.
0-Ton 3a
khw WW 03a König energiegerechte Ernährung
"Insgesamt ist eine pflanzenbetonte Ernährung diejenige, die im
Moment die energiegerechteste ist."
Sprecher
Unsere Nahrungsmittel müssen im Körper zunächst verdaut und
letztlich in der Regel in Traubenzucker umgewandelt werden. Das ist
ein relativ kontinuierlicher Vorgang. Der Energiebedarf in den Muskelzellen kann aber zum Beispiel bei einem Spurt zur Bushaltestelle rasch
ansteigen. Solche Spitzenwerte beim Energiebedarf können durch die
Glykogenspeicher gedeckt werden. Ein Gramm Fett führt dem Körper
übrigens 9 Kalorien zu, ein Gramm Zucker oder Stärke nur ungefähr 4
Kalorien.
0Ton 4
khw WW 04 König KH + Verdauung
"Die Kohlenhydrate - das ist beispielsweise Stärke in Getreide, in
Kartoffeln - bringen deutlich weniger, aber sie bringen Energie für den
Menschen in einer Form, wie er sie ganz schnell verwerten kann. Diese
Stärke wird abgebaut zu einfachen Zuckern, im Magen-/Darmtrakt, das
ist die Verdauungsleistung, die der Mensch leisten muss, daraus
entstehen Einfachzucker, die aufgenommen werden, und die versorgen
die Muskeln beispielsweise direkt mit Energie zur Muskelbewegung
oder das Gehirn zur Leistung von Denkvorgängen."
–4–
Sprecher
Das ist auch der Grund dafür, dass Spezialgetränke für Ausdauersportler stets mit Traubenzucker angereichert werden: So können die
Glykogenspeicher der Muskeln rasch wieder aufgefüllt werden. – Wo
aber entsteht der Zucker, den wir zu uns nehmen?
0-Ton 5
khw WW 05 Büchel 01 Zucker entstehen
"Zucker entsteht in den grünen Blattgeweben, oder - wenn man
spezieller wird - in ganz bestimmten Untereinheiten der Zelle, nämlich
den so genannten Chloroplasten. Dort findet die Fotosynthese statt,
und die führt letztendlich dazu dass, primär Zucker gebildet werden."
Sprecher
Prof. Claudia Büchel, an der Universität Frankfurt erforscht sie das
Innenleben von Pflanzenzellen. - Pflanzen sind nicht aus Zufall grün.
Vielmehr reflektieren sie vom Sonnenlicht, das auf sie fällt, vor allem
den grünen Anteil; andersfarbige Lichtanteile nehmen sie gleichsam in
sich auf. Die absorbierte Lichtenergie wird dazu genutzt, um aus
energiearmem Wasser und gleichfalls energiearmem Kohlendioxid
energiereichen Traubenzucker herzustellen. Dieser Vorgang wird
Fotosynthese genannt, und er führt somit dazu, dass die Energie der
Sonne in Form von Traubenzucker speichert wird.
Nun schmecken aber die grünen Blätter der Bäume im allgemeinen
nicht süß, und grüne Früchte schon gar nicht.
0-Ton 6
khw WW 06 Büchel 02 Transport zur Wurzel
"Das hängt damit zusammen, dass die Pflanze verschiedene Bedürfnisse hat in ihren verschiedenen Organen. Die Wurzel zum Beispiel
sieht ja überhaupt kein Licht, d.h. auch die Wurzel muss ernährt werden
wie wir, und dazu braucht sie eben Zucker. Also werden die Zucker erst
mal exportiert aus den Plastiden und zum Beispiel in der Wurzel
gespeichert. Die zweite Sache ist natürlich für die Nachkommen, sprich:
für die Samen. Auch die benötigen Nahrung, bis sie so weit gekeimt
sind, dass sie grünes Gewebe haben und sich selber ernähren können.
–5–
Auch dafür werden Zucker gleichsam 'reserviert' und im Samen
gespeichert."
Sprecher
Plastiden sind jene grünen Unterabteilungen einer Pflanzenzelle, in
denen unter anderem die Fotosynthese abläuft und der Zucker
produziert wird. Dass die Blätter nicht zugleich auch Speicherorgane für
Zucker sind, hat letztlich einen ganz einfachen Grund: Wären die Blätter
süß, würden sie noch stärker Opfer von Pflanzenfressern, als sie es
ohnehin schon sind. Das würde die Pflanzen derart schädigen, dass sie
im Verlauf der Evolution keine große Chance fürs Überleben hätten. Es
ist also kein Zufall, dass sich die kalorienreichen Speicherorgane der
Pflanze in der Regel unter der Erde befinden.
Allerdings schmecken auch die unterirdischen Energiespeicher der
Pflanzen in der Regel nicht süß, wie zum Beispiel ein Biss in das wohl
bekannteste Speicherorgan verrät: in eine Kartoffel. Prof. Claudia
Büchel.
0-Ton 7
khw WW 07 Büchel Kartoffelstärke
"Da haben wir etwas vorliegen, was der Chemiker auch noch als Zucker
bezeichnen würde, allerdings einen Mehrfachzucker - also Zuckereinheiten hintereinander geschaltet. Wir kennen das unter dem Namen
'Stärke'. Diese Stärke hat einen ganz einfachen Vorteil: Zuckerlösungen
ziehen Wasser an, Stärkelösungen tun das nicht. Das heißt, die
Kartoffelknolle unterliegt jetzt nicht der Gefahr, immer weiter aufzuschwellen, sondern sie bleibt in einem konstanten Volumen. Sie kann
also ihre Kohlenhydrate, also ihre Energie, in einer Form abspeichern,
die sozusagen keine anderen Gefahren birgt."
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Sprecher
//Wenn Kartoffeln Frost abbekommen, wird die Stärke teilweise zerstört,
einzelne Zuckereinheiten werden abgespalten, und die Kartoffeln
schmecken dann tatsächlich süß. // Die vielen an einander gekoppelten
Zuckereinheiten der Stärke sind schlecht wasserlöslich, und die
schlechte Wasserlöslichkeit ist auch der Grund dafür, dass bei den
Tieren Glykogen als Speicherform für Traubenzucker vorkommt:
Glykogen ist ähnlich aufgebaut wie die Stärkekörner der Pflanzen. //
Warum aber legen Pflanzen ihre Energievorräte vor allem in Form von
Stärke an und nicht – wie die Tiere – als Fett?
0-Ton 8
khw WW 08 Büchel Fett in Samen
"Pflanzen tun es teilweise auch, gerade auch in ihren Samengeweben,
ansonsten ist der Grund eigentlich der, dass man auf geringerem Raum
mehr Kalorien sozusagen 'speichern' kann. Fette sind
höher-energetisch als Zucker."
Sprecher
Tiere müssen auf der Nahrungssuche in der Regel umherlaufen; es
leuchtet daher ein, dass es für sie vorteilhaft ist, wenn ihre
Energievorräte in Form von kalorienreichem Fett gespeichert sind. Aus
einem Kilo Fett kann schließlich mehr als doppelt so viel Energie
gewonnen werden als aus einem Kilo Stärke. Umgekehrt ist es für die
Pflanzen vorteilhaft, die im Blatt gewonnenen Zuckereinheiten
untereinander zu verbinden und dann sofort als Stärke einzulagern. Die
festsitzenden Pflanzen können die Stärke ja ohne besondere
Rücksichtnahme auf deren Gewicht einfach am Boden ablegen. Der
Aufbau von Fettreserven würde unnötig viel Energie verbrauchen.
Der nächsten Generation einer Pflanze hingegen werden Fett und auch
Eiweiß oft als Energievorrat mitgegeben – Raps und Soja sind
bekannte Beispiele hierfür. Claudia Büchel.
–7–
0-Ton 9
khw WW 09 Büchel Samen und Zucker
"Es kommt immer darauf an, was für die Pflanzen von Vorteil ist. Wenn
wir jetzt von Samen reden, ist es ja oft so, dass sie verbreitet werden
sollen, ich könnte mir vorstellen, dass das auch eine Rolle spielt, was
jetzt wirklich abgelagert wird. Nicht direkt im Samen natürlich, sondern
in der Frucht."
Sprecher
Süße Samen würden gewiss zerbissen und so zerstört. Das süße
Fruchtfleisch hingegen verlockt zwar zum Beispiel Vögel zum Fressen
der Früchte, aber viele Samen werden unbeschädigt wieder ausgeschieden. Pflanzen speichern jedoch den Zucker nicht allein in Form
der uns vom Kochen bekannten Stärke. Auch ein kräftiger, alter
Baumstamm besteht zu einem erheblichen Teil aus Zucker. Nur heißt
er Zucker hier: Zellulose.
0-Ton 10
khw WW 10 Energie Bio 07 Zellwände
"Ein großer Anteil des produzierten Zuckers wird dazu verwendet,
Zellwände aufzubauen bei Pflanzen, also das Gewebe, das die
Pflanzen stabilisiert. Das wird aber bei den meisten Pflanzen nicht
wieder abgebaut, das bleibt da. Es gibt allerdings Pflanzen, die diese
Zellwände auch verdicken für eine gewisse Zeit und das wirklich als
Vorrat nutzen, sprich: da wieder drangehen und das wieder abbauen,
wenn sie es brauchen. Dazu gehören bestimmte Palmenarten."
Sprecher
Solche im Prinzip energiereichen Zellwände waren es auch, aus denen
im Verlauf der Erdgeschichte ganz andere energiereiche Stoffe
entstanden sind: Kohle und Erdöl. Abgestorbene und unter Luftabschluss gelagerte Baumfarne wurden zu Steinkohle.
Kleinstlebewesen der Ozeane wie Algen oder Plankton standen am
Beginn der Erdölentstehung. Ein gefüllter Benzintank und eine
Kohlenhalde sind nichts anderes als Speicher für Energie, die frühere
Erdbewohner aus Licht, Luft und Wasser erzeugt haben.
–8–
Hier gibt es übrigens eine bemerkenswerte Parallele zwischen der
Energiespeicherung bei den Pflanzen und in der Technik: Bis heute ist
es auch unseren Ingenieuren nicht gelungen, Energie effizient in
anderer Weise zu speichern, als in Form von chemischer Energie.
Kraftwerke zur Erzeugung von Elektrizität benötigen daher eine
komplizierte Regeltechnik, erläutert Werner Hartwig vom hessischen
Stromerzeuger Mainova.
0-Ton 11
khw WW 11 Hartwig 01 nicht speicherbar
"Man kann ja Strom nicht speichern, man muss ihn immer dann
erzeugen, wenn er definitiv gebraucht wird. Es gibt also keine
Lagerkapazitäten, wenn man mal von den kleinen bis mittelgroßen
Batteriesystemen absieht. Dafür gibt es im Kraftwerk eine
entsprechende Leistungsregelung, mit deren Hilfe wir das Kraftwerk
entsprechend rauf- oder runterfahren und somit auch die Netzfrequenz
halten."
Sprecher
Die Netzfrequenz: Das sind jene 50 Hertz, mit denen der Wechselstrom
zuhause aus der Steckdose kommt. Und was passiert, wenn gegen
Mitternacht alle Leute zu Bett gegangen sind?
0-Ton 12
khw WW 12 Hartwig 06 Überproduktion
"Dann ist es genau umgekehrt. Wenn wir zu viel Strom produzieren,
dann sieht unsere Regelungstechnik auch das und die Anlagen werden
entsprechend zurück gefahren. Das heißt, die Turbinen-Stellventile
werden gedrosselt, und dann produziere ich weniger Strom."
Sprecher
In Kraftwerken wäre die Vorratshaltung von Strom in Batterien viel zu
teuer, daher sind noch immer Kohlehalden und große Erdöltanks nötig,
damit konventionelle Kraftwerke stets genug elektrischen Strom ins
Netz einspeisen können. Oder ein großer Wassertank, hoch über dem
Turbinenraum des Kraftwerks. Werner Hartwig.
–9–
0-Ton 13
khw WW 13 Hartwig 02 Pumpstrom
"Das ist schon eine Möglichkeit, um auch kurzfristig aus diesem
Pumpstrom - so nennt man diesen Strom - wo man dann
überschüssigen Strom zu Zeiten, wo wenig Stromabnahme ist. In
diesen Phasen nutzt man den überflüssigen Strom als Pumpstrom man pumpt Wasser in höher gelegene Gebiete. Zum Beispiel gibt es an
der Edertalsperre einen See, er nennt sich Peterskopf, wo solche
Wassermengen dann eingespeist werden, die man dann kurzfristig
nutzen kann, indem man dann diese Wasserspeicher wieder entlässt.
Man fährt sie dann über Wasserturbinen, die wieder Strom ins Netz
einspeisen. Aber das ist auch die einzige Möglichkeit, um Energie - ich
sag jetzt mal: - zu speichern."
Sprecher
Pflanzen und Tiere haben recht effiziente Mechanismen entwickelt, um
Lichtenergie zu speichern. Eine ähnlich effiziente Speicherform für
überschüssigen Strom, der zum Beispiel mit Hilfe von Solarzellen
gewonnen wird, steht hingegen noch aus. Die menschliche Technik hat
mit der Natur – auf diesem Gebiet jedenfalls – noch lange nicht
gleichgezogen.