Die Fotosynthese

Die Grundlage für jegliches Pflanzenleben ist die Fotosynthese, mit deren Hilfe sich die Moleküle Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) zu Glukose (C6H12O6) und Sauerstoff (O2) verbinden  gemäß der Reaktionsgleichung
 H2O + 6 CO2 ---> C6H12O6 + 6 O2 (1)
Dies ist eine endotherme Reaktion, d.h. es muss Energie auf der linken Seite der Gleichung (1) zugeführt werden, damit sie nach rechts ablaufen kann. Dies geschieht in Form von Solarenergie, der Exergiewirkungsgrad für die Energiewandlung wurde in Energie2 berechnet.

Auf der anderen Seite wird die Entropie beim Durchlaufen der Reaktion (1) verringert, und zwar um
S1 = - 7.3 · 10-5 kWh K-1 mol-1
für die Herstellung von 1 mol Glukose. Da pflanzliches Leben trotzdem ein irreversibler Prozess ist, muss insgesamt die Entropie  zunehmen, also Stot = S1 + S2 > 0 gelten.

Der Prozess, der für die Entropiezunahme verantwortlich ist, ist die Wasserverdunstung durch die Pflanzen, bei der Wasser bei Umgebungstemperatur von der flüssigen in die gasförmige Phase übergeht. Für die Verdunstung wird die Energie W2 benötigt und die Entropie erhöht sich um S2. Für eine Menge von 1 mol Wasser lauten die entsprechenden Werte:
W2 = 0.0113 kWh mol-1     und     S2 = 3.9 · 10-5 kWh K-1 mol-1.
Also müssen mindestens 2 mol Wasser verdunstet werden, um 1 mol Glukose mittels Fotosynthese zu erzeugen, und dieser Prozess ist für die Pflanze lebensnotwendig. Er ist weiterhin ein entscheidender Teil des globale Wasserkreislaufs und wichtig für den Erhalt unserer Umwelt.

Insgesamt wird etwa 50% der von der Pflanze absorbierten Solarenergie für die Wasserverdunstung benötigt und der Exergiewirkungsgrad verringert sich daher um einen Faktor 0.5.