Ein Energieträger ist ein Stoff oder ein System, aus dem sich Energie nutzen lässt. Primärenergieträger findet man in der Natur: Kohle, Erdöl, Erdgas, Biomasse, Wind, Sonnenstrahlung. Sekundärenergieträger entstehen erst unter Verlusten aus ihnen: Strom, Benzin, Wasserstoff. Fossile Energieträger setzen bei der Verbrennung Kohlenstoffdioxid frei, das vor Millionen Jahren gebunden wurde.

Nachwachsende Rohstoffe stammen von Pflanzen oder Tieren und wachsen in überschaubarer Zeit nach, zum Beispiel Holz, Raps, Mais oder Zuckerrüben. Aus ihnen gewinnt man Energieträger: Bioethanol durch alkoholische Gärung von Zucker ($\mathrm{C_6H_{12}O_6} \longrightarrow 2\,\mathrm{C_2H_5OH} + 2\,\mathrm{CO_2}$), Biodiesel aus Pflanzenölen (Fettsäuremethylester) und Biogas, ein Gemisch mit Methan aus der Gärung von Biomasse. Beim Verbrennen setzen sie im Wesentlichen das $\mathrm{CO_2}$ frei, das die Pflanze beim Wachsen aufgenommen hat. Im Idealfall ergibt sich ein geschlossener Kreislauf. Anbau, Düngung, Transport und Verarbeitung verursachen aber zusätzliche Emissionen, und die Anbauflächen fehlen für Nahrungsmittel.

Wasserstoff kommt auf der Erde fast nur gebunden vor, etwa in Wasser und Erdgas. Er ist deshalb ein Sekundärenergieträger: Man muss zuerst Energie aufwenden, um ihn herzustellen.

• Elektrolyse von Wasser: $2\,\mathrm{H_2O} \longrightarrow 2\,\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2}$ mit elektrischem Strom. Stammt der Strom aus Wind oder Sonne, nennt man das Ergebnis „grünen“ Wasserstoff.
• Dampfreformierung von Erdgas: $\mathrm{CH_4} + \mathrm{H_2O} \longrightarrow \mathrm{CO} + 3\,\mathrm{H_2}$ bei hoher Temperatur mit Katalysator. Das $\mathrm{CO}$ wird weiter mit Wasser zu $\mathrm{CO_2}$ und mehr $\mathrm{H_2}$ umgesetzt. Dabei entsteht $\mathrm{CO_2}$, das Produkt heißt „grauer“ Wasserstoff.

Wasserstoff hat je Kilogramm einen hohen Heizwert, etwa 120 MJ gegenüber etwa 43 MJ bei Benzin. Je Liter ist sein Energieinhalt dagegen klein, weil er gasförmig ist. Man speichert ihn deshalb stark komprimiert (350 bis 700 bar) oder bei −253 °C verflüssigt. Mit Luft ist er in einem weiten Mischungsbereich zündfähig.

Die Brennstoffzelle aus der Lektion über galvanische Zellen setzt Wasserstoff und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser um und liefert Strom. Ihr Wirkungsgrad liegt im Betrieb bei etwa 50 bis 60 Prozent, ein Verbrennungsmotor im Auto erreicht im Alltag meist weniger als 35 Prozent. Am Fahrzeug entsteht nur Wasser. Insgesamt ist das Verfahren aber nur so klimafreundlich wie die Herstellung des Wasserstoffs.

Bei der chemischen Energiespeicherung wird Energie in einem Stoff gespeichert: in Bindungen (Wasserstoff, Benzin) oder in den Elektroden von Batterien und Akkumulatoren. Batterien und Akkus nutzen die Redoxreaktionen galvanischer Zellen. Man vergleicht Speicher nach dem Energieinhalt je Kilogramm.

Akkus sind klein, schnell und effizient, speichern aber wenig Energie je Kilogramm und über kurze Zeiten. Wasserstoff eignet sich als Langzeitspeicher für Überschussstrom aus Wind und Sonne, hat aber größere Umwandlungsverluste. Beim Vergleich kommen das Gewicht von Tank und Batteriesystem sowie der Wirkungsgrad des Antriebs hinzu: Ein Elektromotor setzt etwa 90 Prozent der Energie um, ein Benzinmotor weniger als ein Drittel.

Wertstoffe sind Stoffe in Altprodukten, die sich wiederverwenden lassen. In einem Wertstoffkreislauf wird ein Rohstoff zum Produkt, genutzt, gesammelt, aufbereitet und als Recyclingrohstoff erneut eingesetzt. Das spart Rohstoffe, Energie und Abfall. Ganz ohne Verluste geht es nicht: Stoffe gehen verloren, vermischen sich, und Sammeln und Trennen kosten Energie.

Altbatterien gehören nicht in den Hausmüll, sondern zur Rückgabe im Handel oder zu einer Sammelstelle. Sie enthalten Schwermetalle, Lithium-Zellen können Brände auslösen. Man zerkleinert sie und gewinnt die Metalle zurück: durch Schmelzen oder durch Auflösen in Säuren und anschließende Fällung oder Elektrolyse. Besonders lohnend ist es bei Aluminium: Beim Umschmelzen braucht man nur etwa 5 Prozent der Energie, die die Schmelzflusselektrolyse benötigt.

Eine Ökobilanz betrachtet den ganzen Lebensweg eines Produkts: Rohstoffgewinnung, Herstellung, Nutzung, Entsorgung oder Recycling. Ökologische Kriterien sind Energiebedarf, Treibhausgase (als $\mathrm{CO_2}$-Äquivalente), Flächen- und Wasserverbrauch und Schadstoffe. Ökonomische Kriterien sind Kosten je Kilowattstunde, Investitionen, Lebensdauer und nötige Infrastruktur wie Tankstellen oder Netze.

Die Kriterien widersprechen sich oft. Ein Elektroauto fährt ohne Abgas, die Batterieherstellung belastet aber die Umwelt, und die Bilanz hängt vom Strommix ab. Wer bewertet, legt Kriterien fest, sammelt Daten, gewichtet begründet und entscheidet. Mit anderer Gewichtung kann ein anderes Ergebnis herauskommen. Ein Beispiel für die Sammlung von Kriterien: