Die Energiewende:
Warum das Energie-Denken so schwierig ist
Dr. Andreas Goppold
Der Original-Text ist auf:
http://www.noologie.de/energie.htm
Ich führe hier einmal als Paradebeispiel für heutiges Un-Denken die Diskussion um die Energiewende an: Ein wahnwitziger Plan, Deutschland als das Welt-weite Vorzeigeland der schönen neuen Energien. So dass Deutschland nun endlich einmal im positivem Sinn weltführend sein sollte. Leider wurde dieser Plan so umgesetzt, dass die deutschen Landschaften mit riesigen Wind-Rotoren verspargelt wurden, und die Deutschen als Versuchskaninchen dafür, europaweit fast die höchsten Kosten für Strom bezahlen müssen. Dann noch einige ca. 300.000 Menschen pro Jahr, denen der Strom abgestellt worden ist, und man sie damit energetisch ins 18. Jh. zurück geschickt hat. Weil die verantwortlichen Politiker und die Medien einige Grundprinzipien der Energie nicht verstanden haben, obwohl die federführende Bundeskanzlerin auch noch Physikerin ist.. Ich behaupte hier nicht, dass man alles bei der Fossil- und Atom- Energie belassen sollte, so wie es ist. Was aber unter anderem historisch vergessen wird, ist dass alle bisherigen Energie-Wenden der Menschheit, also von Holz zu Kohle, und von Kohle zu Elektrizität und zu Öl und Gas, jeweils mindestens 50 bis 100 Jahre gebraucht haben, denn die Umstellung aller Energie-Infrastrukturen ist extrem aufwendig und kapital-Intensiv. So etwas darf man daher nicht in 20 Jahren versuchen.
Hier sind noch ein paar www-Beiträge zu den obigen Themen:
https://www.zeit.de/2017/49/strom-abstellen-deutschland-betroffene
https://www.journalistenwatch.com/2018/11/19/wenn-sonne-rechnung/
Zitat daraus:
Ich wage mal eine Prognose. Wenn wir nicht vorher einen katastrophalen Blackout hinlegen, dann landen wir in fünf Jahren bei einem Strompreis von 50 Cents pro Kilowattstunde. Dann sind wir nicht nur Strompreis-Europameister, dann sind wir endlich wieder Weltmeister. Nicht im Fußball, aber im Strompreis. Das gerne gebrachte Opfer wäre dann für eine deutsche Durchschnittsfamilie so um 4000 Euro pro Jahr. Das sind etwa 1300 Kugeln bestes Schokoeis von Berthillion, also mehr als 100 Kugeln im Monat. Nicht zu sprechen von den 4000 Kugeln Normaleis pro Jahr, das wären dann täglich 11 Kugeln – Bon Appetit.
Das Erste, und in der Normalbevölkerung eher un-verstandene Thema ist das der Energie selber. Im Alt-Griechischen heisst es en-ergeia oder en-ergon "Das, was imstande ist, Werke zu erzeugen" (ergon ist das Werk, die gemachte Arbeit, engl. Work). Die Kraft ist das, was nötig ist, um eine Arbeit zu machen, im Alt-Deutschen Sinne. Deshalb sagen wir ja auch immer noch: Der Kraft-Stoff, wie etwa bei Benzin oder Kohle. Aber leider ist nach der Physiker-Interpretation die Energie etwas, das sich zwar in der Form ändern kann, aber in sich immner gleich bleibt.
https://en.wikipedia.org/wiki/Conservation_law
https://de.wikipedia.org/wiki/Akt_und_Potenz
Siehe: https://en.wikipedia.org/wiki/Energy
Energy
is a conserved
quantity; the law of conservation of energy states that energy can be converted in
form, but not created or destroyed.
Der Begriff "conserved quantity" ist auch schon wieder erstmal irreführend. Denn es hat überhaupt nichts damit zu tun, ob und wie man die Energie konservieren (=irgendwo/-wie speichern) kann. Und die Vorstellung von Energie im volkstümlichen Sinne ist eher das Energie-Potential, also die Kraft. Siehe Potential energy:
https://en.wikipedia.org/wiki/Potential_energy
Wenn man das Wort Energie-Erzeugung gebraucht, ist es ein Denkfehler, weil Energie nie erschaffen werden kann, und nie vernichtet werden kann. Deshalb ist der Begriff Erneuerbare Energien ebenfalls aus demselben Grund irreführend. Was in der Energiewende- Un-Diskussion weiterhin allzu oft nicht verstanden wird, sind die Themen der Energie-Dichte pro Zeit-Einheit (=Kraft) und pro Volumen und Gewicht der Kraft-Stoffe, der Energie-Gewinnung, der thermodynamischen Differenz, der Energie-Verfügbarkeit bzw. Speicherung, sowie ihre Verteilung bzw. der Transport der Energieträger. Ein Vortrag von David MacKay beleuchtet einige dieser Apekte sehr gut, vor allem mit guten graphischen Darstellungen:
https://www.youtube.com/watch?v=E0W1ZZYIV8o&t=748s
Ein treffendes Beispiel in seinem Vortrag ist in Min. 2:57 die Berechnung, dass man für den Betrieb von Autos mit reinem Biokraftstoff eine Fläche von 8 km Breite entlang von xyz*100.000 Km dicht befahrenen Autobahnen und Strassen bräuchte, um die Energiepflanzen anzubauen. Noch nicht einberechnet wäre dabei die Energie, die man bräuchte, um mit intensiver Landwirtschaft die Pflanzen zu säen, zu kultivieren, zu ernten, und zu aufbereiten. Das gibt uns erst einmal einen Denk-Anstoss, was das Grundproblem von Bio-Kraftstoffen ist. Der Platzbedarf der Erneuerbaren Energien ist ein wesentlicher Faktor. In Min. 7:47 sagt er, Bio-Kraftstoffe erzeugen nur 0,5 Watt pro Quadratmeter (0,5 W/m**2). Windenergie erzeugt 2,5 W/m**2 (Min 8:12), Sonnenenergie erzeugt 5-20 W/m**2 (Min 8:40). Atomkraft erzeugt 1000 W/m**2 (Min 10:40).
Dass die Herren (und ein paar Damen) Physiker mit ihren Joule und Newton arbeiten, hilft auch nicht viel weiter zum Allgemeinverständnis der Energie. Leider gibt es hier die Denk-Falle der Un-anschaulichen Terminologie. Es ist also auch ein Problem der (nicht so) ethischen Physiker-Welt-Gemein-Schaft, die ihre Terminologie nach Gusto über ihre Kultur-Heroen verteilt. Ich habe darüber eine ziemlich umfangreiche Diskussion geführt: "The Ethics of Terminology" Was es für die Fachleute einer Wissenschaft einfacher macht, darüber zu sprechen, fördert nicht gleichermassen das Verständnis der Laien, eher umgekehrt. Die erste Denkfalle im Bereich der Energie ist, um es kurz zu sagen, die völlig unanschauliche Definition der Physiker, dass die Energie immer gleich bleibt. Aber es ist entscheidend für den Energie-Transfer, etwa von Wärme in Wasser, wieviel Wärme-Menge pro Zeiteinheit umgewandelt und transferiert wird. Das noch viel schlimmere Grundproblem (der Energie) dahinter ist wiederum, dass für die allermeisten Physiker (bzw. ihre Formeln) die Zeit reversibel ist. Und wenn man Energie denkt, muss man dringend Thermodynamik denken, und das ist ziemlich schwierig. Und nur die Thermodynamiker arbeiten mit der Zeit als wesentliche irreversible Grösse. Für einen Kohle-Minen-Arbeiter ist es intuitiv sehr klar, dass wir mehr körperliche Energie (=Kraft) brauchen, um 10 kg Kohle in 1 Sec. zu heben, als wenn wir dafür eine Minute Zeit haben. Ein analog umgekehrtes Beispiel ist der Hebel und der Flaschenzug. Denn hier können wir die Kraft über mehr Zeit, bzw. über die Länge des Seils verteilen. Womit dann ein paar 100 bis 1000 Menschen (mit jeweils 0,1 PS-Kräften) auch einen 100-Tonnen-Obelisken irgendwohin ziemlich weit vom Herstellungsort bringen können, und dann sehr präzise auch noch aufrichten. Wie sie das in Alt-Ägypten damals genau machten, weiss leider heute Niemand mehr. Insofern sind die Begriffe der Kraft und der Arbeit intuitiv besser zu verstehen als das ziemlich schwer vorstellbare Konstrukt der Energie der Physiker. Fassen wir zusammen:
1) Die Kraft (in Form von Watt) ist das, was man braucht, um eine Arbeit zu verrichten,
2) die Arbeit braucht dann noch xyz* (Minuten, Stunden oder Tage-werke), der Kraft. Und am Ende der Arbeit steht:
3) das Werk (Ergon).
Die Moral von der Geschicht' ist: Lasse keine Politiker oder Parlamentarier über Energie-Technologie entscheiden, die nicht wenigstens einen Uni-Abschluss in Physik, Thermodynamik, oder Energie-Technik, sowie ein paar Jahre Praxis darin haben.
Hier sind noch ein paar www-Beiträge zu den obigen Themen:
1) "The Ethics of Terminology"
http://www.noologie.de/symbol09.htm
http://www.noologie.de/noo04.htm#Heading234
2) Die Kultur-Heroen der Physiker: Watt ihr Volt:
Wie ich es einmal in einem Vortrag gesagt habe: Wenn ein "Visiting Anthropologist" vom fernen
Stern Marsupial der Grünen Männchen auf einer Irdischen (=terrestrischen) Physiker-Tagung
als Beobachter dabei wäre, würde er denken, dass man hier eine Heilige Messe zu Ehren der Schutzheiligen,
dem Hl. St. Newton, dem Hl. St. Joule, dem Hl. St. Watt, dem Hl. St. Ampere, und dem Hl. St. Ohm, celebriert, dazu mit ein paar Weihrauch- Ovationen für den Ober-Heiligen St. Einstein.
Ich würde mich sehr wundern, wenn nicht bald eine Physiker-Kongregation beschliesst,
eine Physikalische Einheit als "Einsteinium" zu benennen. Mein Wunschkandidat dafür wäre:
Das Quantum Dunkle Materie, die 90% des Universums ausmacht, und die noch niemand
je gesehen oder gemessen hat. Das wäre der ewigen Ehre des Einsteins wohl angemessen.
3) Die
Thermodynamiker:
Das kleine Häuflein der Sieben Aufrechten des Fähnleins, der Thermodynamiker, die von allen anderen
gestandenen Theoretischen Physikern im Gefolge von Einstein nicht so ernst genommen werden.
Siehe dazu: Dieter Straub und sein Buch: "Eine Geschichte des Glasperlenspiels",
zu dem wohl bedeutendsten deutschen Thermodynamiker, Dieter Straub,
der allerdings in BRD völlig unbekannt ist.
https://www.springer.com/de/book/9783034861519
Hier ist sind ein paar Besprechungen des Werks von Dieter Straub:
https://d-nb.info/104384726X/34
https://www.ekkehard-friebe.de/Waibel.html
Die Energiebilanz von Kraft-Stoffen ist sehr unterschiedlich, angefangen mit dem Aufwand (= Kapital und Energie) für ihre Gewinnung aus der Erde oder aus Sonnenlicht und Wind und ihre Aufbereitung. Die Atom-Kern-Fission mit dem Brennstoff Uran hat die höchste potentielle Energiedichte (=Energie-Potential) pro Volumen und pro Gewicht. Allerdings hat es auch die höchsten Kosten, um die ausgebrannten Reste des fissilen Brenn-Materials irgendwo zu entsorgen, und zwar für ca. xyz- 1.000 Jahre.
Fossile Kraftstoffe wie Kohle, Öl und Methan-Gas haben recht unterschiedliche Kosten für die Gewinnung und eine geringere aber immer noch hohe Energiedichte pro Volumen und pro Gewicht. Bei den erneuerbaren Energien, also Wind und Sonne, verschlechtert sich die Energiebilanz durch die hohen anfänglichen Investitionskosten, durch den hohen Platzbedarf, und die hohen Schwankungen im Output, die wiederum sehr hohe Speicherkosten nach sich ziehen.
Hier sind noch ein paar www-Beiträge zu den obigen Themen:
1) Die Förderung von Braunkohle in Deutschland hat 1794.9 km**2 belegt, die aber z.T wieder renaturiert wurden.
https://www.cleanenergywire.org/factsheets/germanys-three-lignite-mining-regions
https://www.worldenergy.org/data/resources/country/germany/coal/
Nach der Quelle werden 129 Millionen Tonnen pro Jahr in Deutschland abgebaut. Die Förderung von Öl-Sanden in Kanada ist die wohl kapital-intensivste und ökologisch katastrophalste Energie-Technik weltweit. Das Fracking in den USA steht dem nicht sehr viel nach.
2) Einzig die Wasserkraft aus Stauwerken hat eine hohe Energiedichte und Speicherbarkeit, aber erhebliche ökologische und politische Folgekosten. Denn ein grosser Staudamm setzt erst einmal grosse, vorher meist besiedelte Flächen unter Wasser, und zerstört das Ökosystem der Fische, etwa im Fall der Lachse, die in ihrem Lebens-Zyklus meistens die Flüsse herauf- und herab- wandern wollen, aber an einem Staudamm nicht weiter kommen. Weiterhin geraten durch das aufgestaute Wasser öfter einmal die Berghänge entlang der Speicherseen ins Rutschen. Die Masse des aufgestauten Wassers kann Auslöser für Erdbeben sein, weil sie sich auf die Erd-Rotation auswirken. Politisch ist es problematisch, weil ein Staudamm stromaufwärts, die stromabwärts gelegenen Anrainer in Wasser-Probleme bringt. Siehe den Nil und die Ströme Asiens, wo das Problem besonders verschärft auftritt. Bestes Beispiel: Der Columbia-River Dam.
https://www.nwcouncil.org/reports/columbia-river-history/damsimpacts
https://www.nrdc.org/stories/columbia-snake-river-basin-salmon-are-losing-their-way
Ein gutes Beispiel ist der Vayont-Staudamm in Nord-Italien.
https://en.wikipedia.org/wiki/Vajont_Dam
At 10:39 p.m., a massive landslide of about 260,000,000 cubic metres (340,000,000 cu yd) of forest, earth, and rock fell into the reservoir at up to 110 kilometres per hour (68 mph), completely filling the narrow reservoir behind the dam. The landslide was complete in just 45 seconds, much faster than predicted, and the resulting displacement of water caused 50,000,000 cubic metres (65,000,000 cu yd) of water to overtop the dam in a 250-metre (820 ft) high wave. Das waren 0,05 Cubic Kilometer. 1 Cubic kilometer is equal to a volume with sides 1000 x 1000 x 1000 meters. 1 km**3 = 1,000,000,000 m3.
https://www.unitconverters.net/volume/cubic-meter-to-cubic-kilometer.htm
Die Herangehensweise der deutschen Bundesregierung, erst einmal nur die Erzeugung der erneuerbaren Energien zu fördern, ohne sich um die Speicherung und Verteilung derselben zu kümmern, war also, das Pferd von hinten aufzuzäumen, und hat zu ungeheuren (und besser vermeidbaren) Kosten für die Bevölkerung Deutschlands geführt. Es hatte auch niemand daran gedacht, dass die Chinesen die Technik so schnell kopieren konnten, so dass die deutschen Industrien damit nicht mehr konkurrenzfähig, also weg vom Markt waren. Der Strompreis in Deutschland ist europaweit einer der höchsten.
https://www.journalistenwatch.com/2018/11/19/wenn-sonne-rechnung/
Da es nur für bestimmte Gross-Industrien Strompreis-Rabatte gibt, leidet vor allem die deutsche mittelständische und Klein-Industrie darunter, und damit die gesamte Wirtschaftskraft Deutschlands. Wieso eine Bundeskanzlerin als Physikerin so etwas veranlasst hat, ist völlig unverständlich. Ausser eben, dass diese Bundeskanzlerin sich vielleicht damit positionieren wollte, dass: "An dem Deutschen Ingenieur-Wesen soll irgendwann einmal die Welt genesen". Dafür bekommt sie aber sicher bald einen hohen Posten bei der UN.
Natürlich hat die Mainstream-Presse von diesen physikalischen Hintergründen wenig Ahnung. Denn im Lehrplan der Journalistenschulen kommt Energie-Technik nicht vor. Sie beten nur irgendetwas nach, was ihnen von den grün-wolkigen Interessen-Gruppen vorgebetet oder vorgeflötetet wird. Ungefähr so ist es auch bei den Links-Grünen Parteigenossen, von denen die meisten ziemlich wolkige (Cloud-) Vorstellungen von Energie haben. Eine nette nicht ganz ernst gemeinte Satire dazu gibt es in diesem Artikel:
https://www.achgut.com/artikel/danke_angela_und_annalena_und_e.on
Es wäre interessant, nachzurecherchieren, welche von den Grünen Klima- und Energie-Protagonisten einen Doktor in Physik, Thermodynamik, oder Energie-Ingenieur haben. Denn der kritische Faktor der Erneuerbaren Energien ist die Energie-Speicherung. Diese ist zwar mit vielen Technologien möglich, aber energetisch sehr teuer. Es vermindert entscheidend den Wirkungsgrad. Etwa wenn man Wasserstoff aus Wasser erzeugt. Aufgrund der sehr hohen Verluste der Konversion, und natürlich der hohen Kapital-Kosten der Speicher- und Transport-Technologien muss das in der Energiebilanz negativ einberechnet werden. Bei Wasserstoff (H2) ist Speicherung nur im Flüssig-Zustand praktikabel, aber die Energiekosten, um Flüssig- Wasserstoff herzustellen, sind enorm. Denn das, was man an Energie hereingesteckt hat, um ihn zu verflüssigen, bekommt man nie wieder heraus. Das ist nur in der Raketen-Technik eine Option. Eine ziemlich gute Diskussion der Energie-Effizienz der Wasserstoff-Energie ist hier:
https://www.youtube.com/watch?v=f7MzFfuNOtY
Das folgende ist eher journalistisch-euphemistisch, und verschweigt die Fragen der Effizienz:
https://www.youtube.com/watch?v=c2yraQkMsJs
Ein anderer euphemistischer Bericht von Arte erwähnt ebenfalls nirgendwo diese Kosten.
https://www.youtube.com/watch?v=--4J-KuBMTM
Aber wenigstens gibt es in 12:00 eine Alternative Speichermethode von mcphy.com.
Hier ist es Magnesium-H2- Schwamm (oder ist es Magnesium-Hydrat?).
Siehe dazu die Website von mcphy.com. Auch hier komnt man über euphemistische Darstellungen nicht hinaus.
Weiter ausser Acht gelassen in der Energie-Debatte sind die ökologischen Kosten der Erneuerbaren Energien. U.a. sind da seltene Elemente, wie Kobalt, seltene Erden wie Neodym für die Magneten der Windturbinen, die erstens knapp sind, und deren Gewinnung hohe Umweltkosten verursacht. Wer macht für alle diese Faktoren schon vernünftige Kalkulationen? Auf eike-klima-energie gibt es dazu genügend Artikel, die von Fachleuten geschrieben sind: Ich füge hier auch noch ein paar Videos aus dem Youtube zu dem Themenbereich an, wo auch die Klimatologie der letzten xyz-Millionen Jahre vorkommt.
1) Einige gute Artikel auf eike-klima-energie sind: Horst-Joachim Lüdecke; Prof. Dr. rer.nat. Physiker:
https://www.eike-klima-energie.eu/?s=L%C3%BCdecke
https://www.eike-klima-energie.eu/2018/10/13/ist-afrika-klueger-als-deutschland/
2) Die Klimatologie der letzten xyz-Millionen Jahre: Ein ganz guter US-Ami-Vortrag zur Klimageschichte über xyz-Millionen Jahre ist von Dan Britt - Orbits and Ice Ages: The History of Climate. Was an diesem Video bemerkenswert ist: Das perfekte Mixing des Vortragenden mit all seinen Fotos und Charts, was Media-technisch ziemlich anspruchsvoll ist.
https://www.youtube.com/watch?v=Yze1YAz_LYM&t=118s
Ditto:
Climate (Paleoclimate) and Archaeology/History
https://www.youtube.com/watch?v=JD-MSrgPdFQ
Auch ganz
nett: A Funny Thing Happened on the Way to Global Warming, Steven F. Hayward,
Pepperdine University
https://www.youtube.com/watch?v=RZlICdawHRA
Ein gutes Beispiel für unerwartete Folgekosten ist die Photovoltaik (PV) in den grossen Wüstengebieten, wo es viel Platz und Sonne zur meisten Zeit des Jahres gibt. Das war einmal eine Idee ähnlich wie bei Desertec, die aber schnell untergegangen ist. Denn in der Wüste gibt es viel Sand, und Sandstürme (=Sandstrahlgerät mit 100 bis 300 km/h, der Beschleunigung des Sandes, in der Grössenordnung von Kilo- bis Megatonnen, und das manchmal tagelang), und die lassen die schönen PV-Anlagen sehr schnell sehr alt aussehen. Vor allem aber ist es sehr staubig, so dass kein Sonnenlicht mehr auf die PV-Paneele durchkommt. Und das Wasser, um die Paneele immer wieder abzuwaschen, ist ja auch knapp. Dazu kommen natürlich auch die Terroristen, die man bei 10 bis 100 km**2 pro Anlage kaum davon abhalten könnte, dauernd hier und da ein paar Bomben reinzuschiessen. Die Stromleitungen, etwa von der Sahara nach Europa wären aufgrund der Leitungsverluste ebenfalls nicht rentabel. Käme vielleicht noch als denkbare Alternative etwa die Erzeugung von Wasserstoff, aber in der Wüste gibt es kein Wasser dafür. Dafür müsste man erst riesige Wasser-Entsalzungsanlagen bauen, und dann Pipelines zu den PV-Anlagen bauen. Und die Wasserstoff-Tanker, um das nach Europa zu verschiffen, sind auch nur ziemlich aufwendig zu realisieren. Usw. usf. Das sind alles extreme Wirkungsgrad-Vernichter so dass man vielleicht 1-5 % der erzeugten PV-Energie zum Verbraucher schicken kann, bei ungeheuren Kapital-Investitionen. Die Sonne und der Wind geben uns ihre Energie ganz bestimmt nicht umsonst.
https://www.journalistenwatch.com/2018/11/19/wenn-sonne-rechnung/
Hier ist ein www-Zitat zur Energiebilanz von Wasserstoff:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy#Liquid_hydrogen
Alternatively,
higher volumetric energy density liquid hydrogen or slush hydrogen may be used.
However, liquid hydrogen is cryogenic and boils at 20.268 K (–252.882 °C or
–423.188 °F). Cryogenic storage cuts weight but requires large liquification
energies. The liquefaction process, involving pressurizing and cooling steps,
is energy intensive.[62] The liquefied hydrogen has lower energy density by
volume than gasoline by approximately a factor of four, because of the low
density of liquid hydrogen — there is actually more hydrogen in a liter of
gasoline (116 grams) than there is in a liter of pure liquid hydrogen (71
grams). Liquid hydrogen storage tanks must also be well insulated to minimize boil
off.
Aus dem obigen Zitat [62]:
The situation
is much worse than this, however, because before the hydrogen can be
transported anywhere, it needs to be either compressed or liquefied. To liquefy
it, it must be refrigerated down to a temperature of ‑253°C (20 degrees
above absolute zero). At these temperatures, fundamental laws of thermodynamics
make refrigerators extremely inefficient. As a result, about 40 percent of the
energy in the hydrogen must be spent to liquefy it. This reduces the actual net
energy content of our product fuel to 792 kcal. In addition, because it is a
cryogenic liquid, still more energy could be expected to be lost as the
hydrogen boils away as it is warmed by heat leaking in from the outside
environment during transport and storage.
Hier sind noch ein paar weitere www-Beiträge zu den obigen Themen:
Bei Desertec wollte man aber thermische Solaranlagen bauen, also Kollektoren, die die Hitze einfangen und konzentrieren. Die Energie-Speicherung sollte entweder mit einem Öl, (=wenig Dichte und sehr grosse Behälter) oder mit ultraheissen (=verflüssigten) Salzen (=viel Energie-Dichte =höhere Temperaturen) geschehen. Letztere ist technisch zwar interessant, aber ultraheisse Salze sind extrem korrosiv und entsprechend schwer technisch zu handhaben. Z.B. wenn man ca. 1.000 km vom nächsten Techniker-Büro entfernt ist. Und wehe (=lat. vae victis), wenn ein thermischer Salz-Speicher-Behälter einmal kalt=fest wird. Dann geht gar nichts mehr, wenn das Salz sich auch noch in allen Rohrleitungen verfestigt.
https://www.ecomena.org/desertec/
https://www.nature.com/news/sahara-solar-plan-loses-its-shine-1.11684
https://www.nature.com/news/2009/090121/full/457362a.html
https://www.ecomena.org/desertec/
https://www.nature.com/news/sahara-solar-plan-loses-its-shine-1.11684
https://www.nature.com/news/2009/090121/full/457362a.html
Hier etwas zu den Wasserstoff-Tankern: Bei Flüssig-Methan ist das praktikabel, aber für Flüssig-Wasserstoff braucht es viel tiefere Temperaturen = (–252.882 °C). Und bei der Energie pro Cubic Meter sieht das noch viel schlimmer aus, weil H2 ein gewaltiges Volumen benötigt. Siehe:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy#Electrolysis_of_water
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy#Liquid_hydrogen
Nehmen wir einmal ein sehr vereinfachtes alternatives Energie-Vorstellungs-System, bei dem wir nur eine ungefähre Umrechnung von (Kilo-) Watt gegen Wärme in einem Liter Wasser machen. In der einfachsten Form haben wir die Übertragung von Wärme aus einer Energie-Quelle (=Kraftstoff) in eine Energie-Senke (=Wasser): Eine Badewanne mit 100 L Wasser, das man von 0 auf 100 Grad innerhalb von 10 Minuten = 600 Sekunden erhitzt. Das ist vielleicht für jeden Menschen allgemein verständlich, und kann theoretisch von einem (sehr grossen) Gas-Durchlauf-Boiler (=Energie-Quelle) erreicht werden. Der Code dafür würde etwa lauten: L100G100/Sec600 oder L(iter)100 * G(rad)100, pro Sekunden 600. Da wir aber das Wasser nur portionenweise (im Durchlauf) erhitzen, wollen wir in diesem Falle 1 Liter in 6 Sec., auf 100 Grad erwärmen. Ein Ein-Liter Kochtopf mit ca. 1000 Watt hätte den Code L1G100/Sec600. Es ist anschaulich zu verstehen: Wenn der Kochtopf bei 1.000 Watt (=Kraft) für 1 Liter Wasser, dafür 600 Sekunden oder 10 Minuten (=10 Kilowatt-Minuten =Arbeit) braucht, dass die Gas-Therme für die Badewanne aber 100.000 Watt (=Kraft) braucht, um 100 Liter in derselben Zeit von 10 Min. zu erhitzen. Die Energiedichte pro Zeiteinheit ist der schwierigste Faktor für das Verständnis, weil es umgekehrt proportional zu der Zeit ist. Wenn wir nun 100 Liter Wasser auf 100 Grad, in 6 Sekunden erhitzen wollen, braucht man eine noch viel höhere Energiedichte (=Watt, bzw. Kraft). Das lässt sich etwa mit dem Code L100G100/Sec6 anschaulich machen. Auch wenn wir am Ende doch nur 100 Liter Wasser mit 100 Grad Wärmemenge haben. Für den Wärme-Transfer wäre das mit chemischer Energie nur mit einem Raketenmotor zu erreichen. Und wenn wir es noch weiter treiben wollen, dann wäre eine kleine Atombombe in der Lage, das auch für 1.000.000 Liter in 1/1000 Sec zu schaffen.
Hier sind noch ein paar www-Beiträge zu den obigen Themen:
1) Die Hiroshima-Bombe hatte 10 - 15 Kilotonnen TNT-Äquivalent Sprengkraft.
https://en.wikipedia.org/wiki/Little_Boy
https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_yield
Die minimale Sprengkraft einer Fissions-Bombe liegt wohl sogar herunter bis zu 10 - 20 Tonnen TNT Äquivalent.
[Minimum
weight of a fission core] It depends upon the fissionable material, but roughly
11–30lbs. It’s possible to make a backpack weapon of about 50–70 pounds and
it’s ‘rumoured’ that the Russians tried to make one or more of them. That would
(I am guessing) result in an explosion on the scale of 10–20 Tons of TNT. Which
is a lot but it’s not all that impressive. Usually we measure weapons by the
kiloton (1000 tons). Furthermore there is a sort of maximum value of practical
nuclear weapons, because they get very heavy. So for example, US W-80 cruise
missile yields 150kt.
2) Hier sieht man auch sehr schön den Irrtum, der in der Mainstream-Presse hundertfach wiederholt wird, wenn die Journalies schreiben, dass ein Hurrican x mal soviel Energie hat wie eine H-Bombe. Was die aber geflissentlich vergessen, bzw. sich gar nicht vorstellen können ist, dass das Eine etwa eine Woche braucht, das Andere aber nur 1/1000 Sec. So entscheidend ist der Faktor der Energie-Dichte.
Analog, aber komplizierter ist die Formel, um eine Wohnung von 100 m**2 und 3 m hoch (=300 m**3 =QM), von 0 auf 20 Grad zu bringen, wenn man das in einer Stunde aufheizen will. Der Code QM300G20/Sec3600 symbolisiert das, ist aber energetisch sehr viel schwieriger zu berechnen, weil die Wände ja auch erstmal kalt sind, und dann fliesst die Wärme ja durch alle Ritzen und Fenster wieder ab. Und die gespeicherte Energie in Form von Wasserdampf in der Luft ist die darin noch gar nicht berücksichtigte Calorische Komponente dieser Rechnung. Siehe dazu auch das Häuser-Dämm-Problem der Politik. Denn man hat hierbei die Rechnung ohne den Wirt gemacht. Der Wirt ist hier der Wasserdampf, der in der Luft eine erhebliche Menge Energie speichert. Wenn das Haus gegen den Luftaustausch abgedichtet ist, was es nie vollkommen sein kann, kondensiert sich der Wasserdampf an den unmöglichsten Stellen, und das heisst: Schimmel und Verrottung des Mauerwerks.
Ebenso kann man die Einheit PS oder Pferdestärke anschaulicher machen: L100CM100/Sec1. Das wären 100 Liter Wasser (=100 Kg), die man 100 Centimeter (=CM) in 1 Sekunde gegen die Erd-Schwerkraft hochheben möchte. Das entspricht ca. 1,33 PS oder ca. 1000 Watt. Der Code M60*(L100CM100/Sec1) wäre also ungefähr eine Kilowattstunde. Siehe:
https://en.wikipedia.org/wiki/Horsepower
75 kg
× 9.80665 m/s2 × 1 m / 1 s = 75 kgf·m/s = 1 PS. This is equivalent to 735.499
W,
analog
100 kg ×
9.80665 m/s2 × 1 m / 1 s = 100 kgf·m/s = 1.33 PS. This is equivalent to 9782 W.
Die Energie-Dichte pro Zeiteinheit (=Kraft) ist äquivalent zu der Beschleunigung. Um ein Auto von 1000 kg von 0 auf 100 km/h zu beschleunigen, braucht es mehr Beschleunigung innerhalb von 10 Sec, als wenn wir uns dafür 100 Sec nehmen. Was dann in den Automobil-Journalen an oberster Stelle steht. Paradox und schwer verständlich dabei ist nur, dass das Auto mit 1000 Kg bei 100 km/h dieselbe kinetische Energie hat, egal ob es dafür 10 Sec. oder 100 Sec. gebraucht hat. Wie kommt das zustande? Dass für dieselbe kinetische Energie, die im Endeffekt (nach dem Ende der Arbeit) noch verfügbar ist (=Kraft), doch ganz verschiedene Mengen Energie gebraucht werden, um das zu erzeugen, wenn wir das in 10 Sec. oder in 100 Sec. machen wollen?
Ein anderes und etwas weiter hergeholtes Beispiel für eine (nicht so) anschauliche Darstellung wäre die Auflösung von Zeno's Paradox von Achilles und der Schildkröte. Das Paradox entsteht nämlich durch eine Verkettung von irrealen Annahmen, was in der Computerei als GIGO-Prinzip bekannt ist (Garbage in, Garbage out). Siehe:
http://www.noologie.de/zeno01.htm
Eine Tonne (= 1000 Kg) TNT hat weniger thermische Energie als eine Tonne Kerosin (oder Diesel was hier praktisch äquivalent ist). Auch wenn der Knall-Effekt der Explosion von einer Tonne TNT erheblich grösser aussieht als bei Kerosin. Warum ist das so? Weil eine Tonne Kerosin für die Energie-Erzeugung dazu noch Sauerstoff (=Oxydans) braucht, und davon ziemlich viel. Das ist in etwa die Gleichung für die Raketen-Motoren im Volumen-Verhältnis ca. 1:1.3 bis 1:3 bei den Saturn-Raketen. Leider gibt es in den meisten www-Quellen keine Angabe zum Gewicht, nur zum Volumen. Aber für 1000 Liter Kerosin brauchen wir ca. 1300 Liter LOX (Liquid) Oxygen in der Rakete, um das auch gut zu verbrennen. "LOX is denser than kerosene or liquid hydrogen". LOX hat etwa 1.14 g/ml., Kerosin hat ca. 0.82 g/ml. In einer Tonne TNT muss das Oxydans im Äquivalent von 1-4 Tonnen Oxygen in der Mischung schon chemisch eingebunden mit dabei sein, sonst geht das Feuerwerk gar nicht los. Und daher enthält TNT proportional weniger verwertbaren Brennstoff in Form von CH-xy Carbohydraten =Toluol. Die Energiedichte der potentiellen Energie bei Brennstoffen, also hier im Falle Kerosin, ist ebenfalls variabel, und zwar sowohl nach Volumen, wie nach Gewicht, was sehr unterschiedlich sein kann. Liquid H2 (=Wasserstoff) hat zwar die grösste potentielle Energiedichte pro Gewicht, aber die geringste pro Volumen. Alle diese Faktoren sind sehr wichtig in der Raketentechnik, aber im Fall der Auto-Industrie ist das für Liquid H2 ein Kill-Faktor. Wenn ein Explosiv-Stoff mechanisch aus 2 Komponenten Oxydiser:Brennstoff gemischt wird, ist es besser zu verstehen, in welchem Verhältnis man Oxydiser und Kraftstoff mischen muss. Als Beispiel nehmen wir den Energiemix von Ammonium-Perchlorat oder Ammonium-Nitrat mit Diesel, =ANFO, oder einem anderen Hydrocarbon. Dort ist das Verhältnis sogar 94 % Oxydans zu 6 % Brennstoff:
It consists of
94% porous prilled ammonium nitrate (NH4NO3) (AN), which acts as the oxidizing
agent and absorbent for the fuel, and 6% number 2 fuel oil (FO). ANFO has found
wide use in coal mining, quarrying, metal mining, and civil construction in
applications where its low cost and ease of use may outweigh the benefits of
other explosives, such as water resistance, oxygen balance, higher detonation
velocity, or performance in small-diameter columns. ANFO is also widely used in
avalanche hazard mitigation.
https://en.wikipedia.org/wiki/ANFO
https://en.wikipedia.org/wiki/ANFO#Malicious_use
https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_perchlorate
Hier sind noch ein paar www-Beiträge zu den obigen Themen:
1) https://history.nasa.gov/SP-4206/ch7.htm
A tank with
over 730 000 liters (200 000 gallons) of RP-1
With a
capacity of 1 204 000 liters (331 000 gallons), the LOX tank ...
Liquid
hydrogen was only one half as dense as kerosene.
https://en.wikipedia.org/wiki/RP-1
Soviet and
Russian rocket-grade kerosenes are very similar to RP-1 and are designated T-1
and RG-1. Densities are higher, 0.82 to 0.85 g/ml, compared to RP-1 at 0.81
g/ml. ...
chemically,
a hydrocarbon propellant is less efficient than hydrogen fuel because hydrogen
releases more energy per unit mass during combustion, enabling a higher exhaust
velocity. This is, in part, a result of the high mass of carbon atoms relative
to hydrogen atoms.
http://www.braeunig.us/space/propel.htm
3)
"liquid hydrogen has a very low density (0.071 g/ml)"
Liquid
hydrogen therefore, requires a storage volume many times greater than other
fuels. Despite these drawbacks, the high efficiency of liquid oxygen/liquid
hydrogen makes these problems worth coping with when reaction time and
storability are not too critical. Liquid hydrogen delivers a specific impulse
about 30%-40% higher than most other rocket fuels.
http://www.braeunig.us/space/propel.htm#tables
4) https://en.wikipedia.org/wiki/Toluene
TNT hat die User-freundliche Eigenschaft, wenn man es an freier Luft mit einer Kerze anzündet, dass es einfach verbrennt, aber nicht explodiert.
5) Siehe hier noch einmal:
https://www.youtube.com/watch?v=f7MzFfuNOtY
Bei einer Batterie ist es ganz analog zu dem Beispiel von TNT. Denn auch in einer Batterie muss das energetische Äquivalent von O2 chemisch schon mit hinein gespeichert sein, und daher bekommen wir aus einer Tonne Batterie nie soviel Energie heraus, wie aus einer Tonne Kerosin. Und das ganz kleine, und leicht zu übersehende Problem ist: Je effizienter eine Batterie ist, desto mehr verhält sie sich im Falle eines Unfalls eher in Richtung TNT. D.h. sie setzt im ungünstigsten Falle alle ihre gespeicherte Energie auf einmal um. Wenn Tesla also seine Batterien um eine Grössenordnung besser (=energiedichter) macht, dann brennt ein Auto nicht einfach, sondern es explodiert. Und zwar bei irgendeinem Unfall, wenn die Batterie falsch zusammen gequetscht oder durchbohrt wird. Auch jetzt schon ist das ein grösseres Problem für die Feuerwehr, vor allem aber dann, wenn xyz Millionen Elektro-Autos auf den Strassen herumfahren. Da das Wasser zum Löschen auch ein guter Strom-Leiter ist, ist es ziemlich gefährlich für den Feuerwehr-Mann, ein brennendes Elektro-Auto mit Wasser abzuspritzen. Siehe auch:
Wir fassen also zusammen: Für die Energie-Physiker ist nur der Calorische Energiewert des Brennstoffs relevant, wobei man ausser Acht lässt, dass es einen grossen Unterschied macht, ob das Verbrennen in 100 Minuten oder in 0,01 Sekunden stattfindet. Das eine grosse Denkbremse des physikalischen Energie-Denkens, die schwer zu überwinden ist. Und das überlassen die Theoretischen Physiker dann lieber den Ingenieuren, die schon wissen, wo die Unterschiede liegen, und wie man damit umgehen muss. Und das Alles eher trotz der Formeln der Theoretischen Physik. Es geht also um die Prozess-Geschwindigkeit, also Energie-Menge und Dichte pro Zeit-Einheit. Dies nennt man anderswo auch die Kraft. Aber das ist keine physically correcte Weise zu denken.
Die allzu-vielen "Doku"-Videos von N24 (und noch viele weitere auf dem US-Ami-Youtube) geben uns ein noch paar gute Beispiele für Un-Denk-Methoden. So werden Volumen-Angaben immer in x* Olympic Swimming Pools gemacht, wobei keiner weiss, wieviel Volumen ein Olympic Swimming Pool eigentlich hat. Natürlich weiss der Google das alles besser: Es sind 2.500.000 Liter oder 2.500 m**3.
Oder noch besser: Diese Talsperre hat xyz-Millionen bis Milliarden Liter Wasser. Den Begriff Kubik-Meter oder Kubik-Kilometer kennt dort niemand. Hier ist vor allem die Denkfalle enthalten, die für die Journalies meist zu schwierig ist: Die Masse wächst im Kubik zur linearen Ausdehnung. Höhen werden immer gerne mit x übereinander gestapelten US-School-Bussen dargestellt, wobei nur die US-Amis sich vorstellen können, wie lang ein US-School-Bus ist. Gewichte werden prinzipiell mit x mal SUV's dargestellt, was für jeden US-Ami natürlich sofort einsichtig ist. Desweiteren redet man auch immer von x mal Football-Pitches, anstatt von x mal 100 Meter.
Das wohl allerschlimmste Beispiel ist, dass kein Journalie sich je eine Exponential-Funktion vorstellen oder denken kann. Der meiste Rest der Menschheit leider auch nicht. Etc. pp. Es gibt nur endlich viel Intelligenz im Universum, aber unendlich viele Arten, um etwas un-intelligent bzw. un-anschaulich darzustellen. Siehe:
https://patriceayme.wordpress.com/?s=exponential
https://en.wikipedia.org/wiki/Exponential_function