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Grenzen des Wachstums von Wind- und Photovoltaikanlagen

Erde, Klima, Umweltschutz

Meine persönliche Bemerkung:

Der Autor Professor Dr. Sigismund Kobe ist emeritierter Professor für Theoretische Physik der TU Dresden und gleichzeitig großer Fachmann in der Berechnung elektrischer Netze und Netzsicherheit. Er beschreibt die Probleme, die entstehen können auf dem Weg zu einer reinen regenerativen Versorgung Deutschlands mit elektrischer Energie. Die Arbeit kann meines Erachtens dazu dienen, das Wunschdenken bestimmter Politiker zu relativieren. Die Physik setzt so manchen politischen Wolken Kuckucksheimen objektive Grenzen. Aber Utopie ist erlaubt

Jean Pütz

Photovoltaik Power Plat Technology

Higgs-Teilchen, 10 Jahre bekannt

Physik, Chemie, Technik

Ein Physikkonkret der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) würdigt die Entdeckung der letzten fehlenden Komponente des Standardmodells der Teilchenphysik und stellt gleichzeitig drängende Fragen

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(DPG) – Am 4. Juli 2012 – vor zehn Jahren – wurde am europäischen Großforschungszentrum CERN in Genf die Entdeckung des Higgs-Bosons bekannt gegeben. An dieser Entdeckung war das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit vielen wissenschaftlichen Gruppen und Technologien beteiligt – und die Forschenden des KIT beschäftigen sich auch weiterhin mit diesem Teilchen. Einblick in die laufende Forschung bietet die populärwissenschaftliche Veranstaltung „10 Jahre Higgs-Boson“ am 4. Juli 2022 ab 18:00 Uhr .

„Das Higgs-Teilchen verleiht allen anderen Teilchen ihre Masse und ist das letzte Puzzlestück, das im Standardmodell der Teilchenphysik zur Beschreibung der Materiebausteine und ihrer Wechselwirkungen noch gefehlt hatte“, sagt der Teilchenphysiker Professor Markus Klute, der mit seiner Gruppe in den USA wesentlich zur Entdeckung des Higgs-Bosons beigetragen hat. Seit dem vergangenen Jahr forscht er als Humboldt-Professor am KIT.

Beendet sei die Forschung zu dem Teilchen aber noch lange nicht, so Klute. „Wir wollen das Higgs-Teilchen besser und vor allem breit verstehen: Welche Eigenschaften hat es? Welche Prozesse unterstützt es? Wie koppelt es sich an andere Teilchen? Gibt es Teilchen, die ihm gleichen?“ Inzwischen können die Forschenden das Higgs-Boson bis in den Prozentbereich hinein vermessen. Doch es gehe noch um mehr: „Am Ende möchte ich herausfinden, wo die Grenzen unseres Verständnisses liegen“, sagt Klute.

Was aber kommt nach dem Standardmodell? „Es gibt Phänomene, die es nicht abbildet. Ein Beispiel ist die dunkle Materie, die für den Aufbau unseres Universums mit seinen Galaxien fundamental wichtig ist“, erläutert Klute. Dass es sie geben muss, zeigten Gravitationsmessungen – gesehen habe man sie jedoch noch nicht. Auch Wechselwirkungen zwischen dunkler und sichtbarer Materie seien bislang nicht nachweisbar. „Meine Hoffnung ist, dass wir durch das Higgs-Boson mehr darüber lernen können“, sagt Klute.

Markus Klute und sein Team sind in der Hochenergiephysik unterwegs. Sie designen Maschinen, die auf Lichtgeschwindigkeit gebrachte Teilchen bei der Kollision aufspüren, entwickeln die Analysewerkzeuge für die gemessenen Daten und haben den Einsatz moderner Techniken des Maschinellen Lernens in der Hochenergiephysik etabliert. Das derzeit wichtigste Projekt von Klute ist das internationale Großforschungs-Experiment Compact Muon Solenoid, kurz CMS, am Large Hadron Collider (LHC) des CERN in Genf. Der Physiker gehört zu dem Team das im Laufe der CMS-Messungen das Higgs-Boson entdeckt hat.

Tauender Permafrost beeinflusst das Weltklima

Erde, Klima, Umweltschutz

(Helmholtz) – Eine neue Veröffentlichung und eine interaktive Karte fassen das Wissen über die Gefährdung der Dauerfrostböden zusammen – und mahnen zum Handeln

Wie verändert der Klimawandel die dauerhaft gefrorenen Böden der Arktis? Welche Folgen hat das für das Weltklima, für Menschen und Ökosysteme? Und was lässt sich dagegen tun? Im Fachjournal Frontiers in Environmental Science fasst ein Team von Fachleuten um Jens Strauss vom Alfred-Wegener-Institut in Potsdam und Benjamin Abbott von der Brigham Young University in den USA das bisherige Wissen zu diesen Fragen zusammen. Zudem hat das AWI unter Leitung von Moritz Langer eine interaktive Karte zur Vergangenheit und Zukunft des Permafrosts entwickelt. Beide Veröffentlichungen kommen zum gleichen Ergebnis: Um gefährliche Entwicklungen in diesen Regionen zu stoppen, müsse die Emission von Treibhausgasen in den nächsten Jahren massiv reduziert werden.

Auf immerhin zehn Prozent der Erdoberfläche beherrscht der Dauerfrost den Untergrund. Vor allem auf der Nordhalbkugel gibt es riesige Gebiete, in denen nur die obersten Zentimeter des Bodens im Sommer auftauen. Der Rest bleibt bis in mehrere hundert Meter Tiefe das ganze Jahr hindurch gefroren. Bisher zumindest. „Der Klimawandel ist für diese Permafrost-Regionen eine ernsthafte Gefahr“, sagt Jens Strauss vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). Denn die Temperaturen der Landoberfläche haben in diesen Gebieten zwei- bis viermal schneller zugenommen als im weltweiten Durchschnitt. Sowohl an Land als auch im Meer verändern sich die Verhältnisse dadurch deutlich schneller als erwartet. Und das kann eine ganze Reihe von riskanten Folgen haben – für das Klima, für die biologische Vielfalt und für den Menschen.

So sind in diesen Kühltruhen der Erde die Überreste von zahllosen längst verstorbenen Pflanzen und Tieren eingefroren. Wenn dieses Material auftaut, beginnen Mikroorganismen mit seiner Zersetzung. Dabei wandeln sie die darin enthaltenen Kohlenstoffverbindungen in Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) um, die dann die globale Erwärmung weiter ankurbeln könnten.

Wann und in welchem Umfang das passieren wird, ist allerdings schwer zu prognostizieren. „Darüber geistern ganz unterschiedliche Vorstellungen durch die Öffentlichkeit“, sagt Jens Strauss. Für die einen sind die Permafrost-Regionen eine tickende Klima-Zeitbombe, die der Menschheit demnächst um die Ohren fliegen wird. Andere gehen davon aus, dass der hohe Norden in absehbarer Zeit kaum nennenswerte Mengen an Treibhausgasen freisetzen wird.

„Beides stimmt nicht“, betont der Potsdamer Forscher. „Wir müssen zwar nicht damit rechnen, dass der Permafrost in ein paar Jahren riesige Mengen Treibhausgase auf einmal in die Atmosphäre spuckt und das Klima damit unweigerlich zum Kippen bringt.“ Verharmlosung sei aber auch nicht angebracht. „Immerhin setzen die Permafrost-Regionen heute schon Treibhausgase in einem Umfang frei, der nahezu den jährlichen Emissionen von Deutschland entspricht.“ Und wissenschaftlichen Schätzungen zufolge könnten aus ihren Böden in den nächsten beiden Jahrhunderten Gasmengen in die Atmosphäre strömen, die so wirksam sind wie etliche hundert Milliarden Tonnen CO2.

Dazu kommt, dass die Oberfläche der Permafrost-Regionen wegen der schwindenden Eis- und Schneedecken immer dunkler wird – und sich so durch die Sonneneinstrahlung stärker erwärmt, als es bei den weißen Landschaften früherer Zeiten der Fall war. Diese beiden Effekte zusammen gehören nach heutigen Erkenntnissen zu den wichtigsten Einflüssen, die das Klima der Erde verändern können.

Verlust von Permafrostböden bedroht Lebensräume – es ist Zeit zu handeln

Zudem liegen in den Permafrost-Regionen mehr als die Hälfte der Wildnisgebiete, die es auf der Erde überhaupt noch gibt. Dort leben speziell angepasste Tier- und Pflanzenarten, die auf den Fortbestand dieser Ökosysteme angewiesen sind. Und auch für die Millionen von Menschen, die in der Arktis leben, bringt das Tauen des Dauerfrostbodens Probleme mit sich. So wird dieser oft instabil, wenn sein Zement aus Eis verschwindet. Dann sackt er plötzlich zusammen oder wird vom Meer erodiert, was zu teuren Schäden an Gebäuden, Straßen und anderer Infrastruktur führen kann. Es werden dabei auch Schadstoffe wie Quecksilber freigesetzt, die sich in hohen Konzentrationen in Tieren und Menschen der Arktis nachweisen lassen.

Für einige Gemeinschaften im hohen Norden hängt sogar die gesamte Lebensweise und Kultur von den gefrorenen Ökosystemen ab. „Diese Menschen haben nur sehr wenig zum Klimawandel beigetragen, sind aber besonders stark davon betroffen“, sagt Jens Strauss. Maßnahmen zum Schutz des Permafrosts zu ergreifen, ist für die Autorinnen und Autoren der Studie daher auch eine Frage der Gerechtigkeit.

Viel mehr wird das Schicksal des Permafrosts wohl davon abhängen, welche Entscheidungen die Politik in den nächsten zehn Jahren bezüglich der Treibhausgas-Emissionen trifft. Angesichts der rasanten Fortschritte im Bereich der erneuerbaren Energien gibt es nach Einschätzung der Fachleute durchaus realistische Möglichkeiten, den Ausstoß von Treibhausgasen bis 2030 zu halbieren und bis 2050 ganz zu stoppen. Zudem müsse die lokale Bevölkerung dabei unterstützt werden, intakte Ökosysteme in den Permafrost-Regionen zu schützen. „Wir können durchaus noch etwas tun“, betont Jens Strauss. „Für Resignation haben wir keine Zeit.“

Interaktive Karte zeigt vergangene und zukünftige Veränderungen von Permafrostböden

Wie dringend die Sache ist, illustriert auch eine interaktive Karte, die ein Team um seinen Kollegen Moritz Langer entwickelt hat. Der Forscher leitet am AWI die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Nachwuchsgruppe PermaRisk, die mit Computermodellen die Veränderungen des Permafrosts und die damit verbundenen Risiken simuliert. So ist in Zusammenarbeit mit Fachleuten der Universität Oslo ein virtueller Blick in die Vergangenheit und Zukunft der Dauerfrostböden entstanden.

„Auf dieser Karte kann man sich anzeigen lassen, wie sich bestimmte Eigenschaften des Klimas und des Permafrosts seit dem Jahr 1800 entwickelt haben“, erklärt der Forscher. Wie warm war es beispielsweise an der Erdoberfläche? Wie tief war der Boden aufgetaut? Und welche Mengen Kohlenstoff steckten in dieser aktiven Schicht? Das alles lässt sich nicht nur bis heute verfolgen, auch eine Zukunftsprognose ist möglich. Anhand von drei verschiedenen Szenarien lässt sich das Schicksal des Permafrosts bei niedrigen, mittleren und hohen Treibhausgas-Emissionen durchspielen. Sollte es gelingen, die globale Erwärmung unter zwei Grad Celsius zu halten, würde demnach ein großer Teil der Dauerfrostböden stabil bleiben. „Leider steuern wir im Moment aber auf eine viel stärkere Erwärmung zu“, gibt Moritz Langer zu bedenken. Und die dazu passende Simulation, die je nach Region mit 4 bis 6 Grad Erwärmung rechnet, zeichnet ein düsteres Bild: Bis zum Jahr 2100 hätte das große Tauen dann so gut wie jeden Winkel im Reich des Permafrosts erfasst.

Verständnis-Probleme bei Altersschwerhörigkeit – Mit einer Einführung von Jean Pütz

Klassische Medizin

Persönlich begrüße ich diese technische Innovation, weil viel zu wenig in der Öffentlichkeit bekannt ist, dass ältere Menschen große akustische Probleme haben, wenn mehrere externe Schallquellen vorhanden sind. Das gilt auch für Hall und störende Nebengeräusche. Je lauter die sich bemerkbar machen, um so unverständlicher sind manche Wörter. Das ist ein großes Problem für ältere Menschen. Ich will hoffen, dass die im folgenden Text beschriebene Entwicklung entsprechend miniaturisiert in Hörhilfen integriert werden kann.

Das wäre eine große Hilfe bei Altersschwerhörigkeit.

Jean Pütz

(pte) – Ein innovatives Filterelement für Kopfhörer lässt den Träger unterscheiden, ob sich eine externe Schallquelle von vorne oder von hinten nähert. Mit dem von Forschern der Universität Ulm http://uni-ulm.de entwickelten Filterelement lassen sich externe Schallquellen oder generell Geräusche in der vertikalen Ebene lokalisieren.

Mehrdeutigkeiten reduziert

Das neuartige Filterelement ist laut den Experten ähnlich dem menschlichen Gehör an der Außenfläche des Kopfhörers um den Mikrofoneingang herum angeordnet. Es reduziert Mehrdeutigkeiten der Geräusche aus unterschiedlichen Richtungen, insbesondere aus vertikalen Richtungen, unabhängig von ihrer spektralen Zusammensetzung.

Die Außenfläche ist mit spezifisch geformten Strukturen versehen. Diese verändern den Außenschall in seiner spektralen Zusammensetzung so, dass räumlich abhängige Frequenzmodulationen entstehen. Die daraus resultierenden „head-related transfer functions“ ermöglichen eine präzise Lokalisierung der Schallquelle in der vertikalen Ebene und die Auflösung von Mehrdeutigkeiten, die sich aus horizontalen Lokalisierungsmerkmalen ergeben.

Keine „front-back confusion“

Auf diese Weise wird die sogenannte „front-back confusion“ vermieden. Der Träger kann dann jede Geräuschquelle in der Umgebung genau lokalisieren, insbesondere auditorische Objekte in seinem „toten Winkel“. Den Entwicklern nach lassen sich die Filterelemente in alle Arten von Kopfhörern einbauen, wie ohrumschließenden, supra-auralen und auch in In-Ear-Kopfhörern, Headsets oder Knochenleitungs-Kopfhörern, um die „front-back confusion“ zu vermeiden.

EU-Irrsinn: Verbrennungsmotor-Verbot – Mit einem Kommentar von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz

Mein persönlicher Kommentar: „Denn sie wissen nicht, was sie tun“

Selbst Verbrennungsmotoren, die mit E-Fuels inkl. regeneratives Methanol betrieben werden, fallen unter dieses vom EU-Parlament beschlossene Verbot. Die gewichts-schwere Batterie des reinen E-Autos kann nicht der Weisheit letzter Schluss sein. Die Nebenwirkungen und Risiken sind überhaupt nicht berücksichtigt worden. Rein elektrisch angetriebene serielle Hyper-Hybrid-Autos benötigen viel weniger Energie, um von A nach B zu kommen, weil die durch die Schwere der Batterie extrem steigende Reibung der Reifen viel geringer ist, alles was an Bewegungs-Energie erzeugt wird in der nur 1/7. so großen Batterie des Hyper-Hybrid selbst koperiert werden kann. Nachweislich existieren mehrere Prototypen, die beweisen, dass ein entsprechend konzipiertes E-Auto nur 1,5 bis 2 Liter Benzin auf 100 km benötig, mit grünem Methanol betrieben, energetisch noch weniger. Dabei müssen Motoren nicht völlig neu konstruiert werden, sondern das gleiche Prinzip ist mit Methanol-Treibstoff möglich, mit dem großen Vorteil: Methanol hat eine solch hohe Klopffestigkeit, viel höher als beim Benzin, dass im Verbrennungsraum Temperaturen möglich sind, die es erlauben, mit Abgasrückführung Wirkungsgrade bis 56% zu erreichen. Dass sind alles keine Wolkenkuckucksheime, sondern Realität in vorhandenen Prototypen.

Wo die zur Ladung notwendige Elektrizitäts-Energie herkommen soll, ohne auf mit fossilen Energien betriebene Kraftwerke zuzugreifen, liegt  trotz aller Bemühungen um regenerative Energie in den Sternen – es sei denn, man akzeptiert den Vorschlag, regeneratives Methanol überall dort – insbesondere in den Dritt-Welt-Ländern – zu produzieren, die wesentlich konstantere Solar- und Wind-Energien zur Verfügung haben.

Wenn in Europa dieses vorgesehene Gesetz Verpflichtung wird, dann gute Nacht

Ihr Jean Pütz

(tagesschau) – Der Verkauf von Neuwagen mit Verbrennungsmotor soll nach dem Willen des EU-Parlaments ab 2035 verboten sein. Für welche Fahrzeuge gilt das? Welche Hersteller gehen noch weiter? Und: Ist das Aus des Verbrenners damit besiegelt?

Was hat das EU-Parlament beschlossen?

Eine Mehrheit der Abgeordneten des Europaparlaments hat dafür gestimmt, dass die Hersteller ab 2035 in der EU nur noch Autos und Transporter auf den Markt bringen dürfen, die keine klimaschädlichen Treibhausgase ausstoßen. Zugleich sprach sich die Mehrheit im EU-Parlament dafür aus, dass keine synthetischen Kraftstoffe angerechnet werden können, mit denen ein klassischer Verbrennermotor klimaneutral betrieben werden könnte. Im Ergebnis würde die Umsetzung dieser Beschlüsse das faktische Aus für den Verbrennermotor ab der Mitte des kommenden Jahrzehnts bedeuten – und damit einen Verkaufsstopp für neue Privat-Pkw und leichte Nutzfahrzeuge mit Diesel- oder Benzinantrieb. Ziel ist eine Umstellung auf Elektromobilität. Die Abgeordneten folgten mit ihrer Entscheidung einem Vorschlag, den die EU-Kommission als Teil des angestrebten Klimapakets „Fit for 55“ vorgelegt hatte.

Ist das Ende des Verbrennungsmotors damit beschlossene Sache?

Nein. Denn um die Neuzulassung von Autos mit Verbrennungsmotor ab 2035 zu verbieten, müssen neben dem Europaparlament auch die EU-Mitgliedsstaaten zustimmen – genauer gesagt deren Regierungen. Ende des Monats wollen die EU-Staaten ihre Position zu dem Verbot für den Verkauf von Benzin- und Dieselautos festlegen – die Bundesregierung unterstützt dabei den geplanten Verbrenner-Ausstieg 2035. Danach müssen Parlament und EU-Staaten in Verhandlungen noch eine gemeinsame Position festlegen, damit das Verbot des Verbrennungsmotors in Kraft treten kann. Mit ihrer Abstimmung legten die Abgeordneten die Position des Parlaments für die anstehenden Verhandlungen fest.

Warum wurde über die Maßnahmen abgestimmt?

Nach Berechnungen von Experten entstehen in der EU mehr als ein Fünftel aller Emissionen des klimaschädlichen CO2 im Straßenverkehr, indem fossile Kraftstoffe wie Benzin und Diesel verbrannt werden. Dieser hohe Anteil soll nach den Plänen der EU-Kommission deutlich gesenkt werden, um das Ziel eines klimaneutralen Europas im Jahr 2050 erreichen zu können. Europa soll bis zu diesem Zeitpunkt der erste Kontinent werden, der nur noch unvermeidbare Treibhausgase ausstößt und diese wenigen Emissionen vollständig ausgleicht.

Warum setzt sich die EU diese Ziele?

Die Wissenschaft ist sich ganz überwiegend einig, dass der Mensch für den Klimawandel verantwortlich ist – unter anderem durch zu hohe CO2-Emissionen. Durch die Maßnahmen soll der weitere weltweite Temperaturanstieg begrenzt werden – auf einen Anstieg von deutlich unter zwei Grad, wenn möglich unter 1,5 Grad im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter.

Welche Autokonzerne haben ambitioniertere Pläne?

Unabhängig von der Entscheidung des Europaparlaments wollen eine Reihe von Autoherstellern deutlich früher voll auf reine Elektroautos setzen. Einen der weitreichendsten Entschlüsse hat die britische Marke Jaguar gefasst. Ab 2025 sollen alle angebotenen Modelle vollelektrisch sein.

Auch der Multi-Markenkonzern Stellantis geht deutlich weiter als von Teilen der Politik gefordert. So soll die italienische Marke Lancia ab dem Jahr 2024 international ausschließlich mit vollelektrischen Modellen auf den Markt zurückkehren. Fiat will laut dem Chef der italienischen Stellantis-Tochter, Olivier Francois, bereits ab dem Jahr 2027 und damit drei Jahre früher als bisher geplant in Europa nur noch reine Elektroautos verkaufen. Ein Jahr später als Fiat folgt nach derzeitigem Stand die deutsche Marke Opel. Für die französischen Stellantis-Marken Citroen und Peugeot wäre ein solcher Schritt laut Experten ebenfalls keine Überraschung mehr.

Im Jahr 2030 planen die BMW-Tochter Rolls-Royce, die Toyota-Nobelmarke Lexus und Volvo ebenfalls, nur noch rein elektrische Modelle in Europa anzubieten.

Welche Pläne haben einzelne Staaten und Regionen?

In Europa schreitet das Nicht-EU-Land Norwegen besonders schnell voran. Ab dem Jahr 2025 soll es in dem nordeuropäischen Staat keine Neuzulassungen von Autos mit Verbrennungsmotoren mehr geben. Angesichts eines derzeitigen Anteils vollelektrischer Autos bei den Neuzulassungen von mehr als 80 Prozent erscheint dieses Ziel erreichbar zu sein.

Fünf Jahre später wollen Dänemark, Irland, Island, die Niederlande, Schweden und Slowenien Neuzulassungen von Autos mit Verbrennungsmotoren ebenfalls verbieten.

Wie groß ist der Bestand an Elektroautos?

In Deutschland ist der Bestand noch immer überschaubar. Zum Jahreswechsel waren in Deutschland gerade einmal rund 618.000 reine Elektroautos zugelassen. Zum Vergleich: Die Zahl der Benziner lag bei 31 Millionen, die der Diesel bei knapp 15 Millionen. Nur etwa jedes 81.Auto war damit ein vollelektrisches Modell.

Was sagen Kritiker?

Kritik an der Entscheidung des EU-Parlaments kommt von der deutschen Automobilindustrie. In weiten Teilen Europas gebe es „keine ausreichende Ladeinfrastruktur“ für Elektroautos, sagte die Präsidentin des Verbands der Automobilindustrie (VDA), Hildegard Müller.

Der Zentralverband Deutsches Kraftfahrzeuggewerbe (ZDK) kritisierte, dass nach dem Votum des EU-Parlaments synthetische Kraftstoffe nicht positiv auf die neuen CO2-Flottengrenzwerte angerechnet werden sollen. Mit klimaneutralen E-Fuels oder Biokraftstoffen könnten die bereits bestehenden Fahrzeuge klimaneutral angetrieben werden. Die bestehende Tankstellen-Infrastruktur wäre vorhanden.

Wie reagieren Umweltschützer?

Die Klimaschutzbewegung Fridays for Future reklamierte den Beschluss des EU-Parlaments als einen Erfolg ihrer Arbeit. Aber das angepeilte Jahr 2035 sei „zehn Jahre zu spät“, um das Ziel zu erreichen, die Erderwärmung wie 2015 auf der UN-Klimakonferenz in Paris vereinbart auf 1,5 Grad zu begrenzen im Vergleich zur vorindustriellen Zeit, schrieben die Aktivisten auf Twitter.

„Heute wurde vom Europäischen Parlament ein klares Signal Richtung Antriebswechsel gesetzt“, so Jens Hilgenberg, Leiter Verkehrspolitik der Umweltorganisation BUND. Der Verbrennungsmotor sei ein Auslaufmodell, das müsse nun allen Beteiligten klar sein. Vom Nabu heißt es: „Das EU-Verbrenner-Aus 2035 ist ein großer Schritt und Arbeitsauftrag zugleich.“ Die Bundesregierung müsse nun dringend Maßnahmen ergreifen, damit das Ziel erreicht werde.

Der Deutschen Umwelthilfe geht die Maßnahme nicht weit genug, sie fordert ein Verbrenner-Aus schon ab 2030. Bundesgeschäftsführer Jürgen Resch erklärte: „Die eskalierende Klimakrise lässt uns nicht die Zeit, noch weitere 13 Jahre Millionen neue Verbrenner-Autos auf Europas Straßen zu spülen, die dann wiederum 15 Jahre oder noch länger auf klimaschädlichen Sprit angewiesen sind.“

 

Wasserstoff-Gas-Turbine muss neu entwickelt werden

Physik, Chemie, Technik

(pte) –  Forscher der Universität Stavanger (UiS) http://uis.no haben eigenen Angaben nach erstmals eine Gasturbine mit 100 Prozent Wasserstoff betrieben. Normale Gasturbinen, die mit Erdgas befeuert werden, sind ohne einen Umbau dazu nicht geeignet, weil die Verbrennungstemperatur deutlich zu hoch ist. Die Schaufeln würden schmelzen. Das Problem lässt sich beispielsweise durch das Eindüsen von Wasser in den Brennraum lösen.

Strom und Wärme produziert

Die Turbine treibt einen Generator mit einer Leistung von 100 Kilowatt an. Der Strom wird in Institutsgebäuden genutzt, Überschüsse ins Netz des Stromversorgers Lyse eingespeist. Die Abgase der Turbine sind so heiß, dass ihre Wärmeenergie in einem Wärmetauscher genutzt wird, um warmes Brauchwasser für den Eigenbedarf herzustellen. Ein Teil fließt in das Fernwärmenetz vor Ort. Bei der Verbrennung von Wasserstoff in Gasturbinen entsteht im Wesentlichen Wasserdampf, wegen der hohen Temperaturen bei der Verbrennung allerdings auch Stickoxide, die in einem Katalysator zerstört werden.

„Wir haben einen Weltrekord bei der Wasserstoffverbrennung in Mikrogasturbinen aufgestellt. Niemand war bisher in der Lage, auf diesem Niveau zu produzieren“, sagt UiS-Forscher Mohsen Assadi. Der Wirkungsgrad sei zwar ein wenig geringer als bei der Verbrennung von Erdgas. Der Vorteil sei jedoch die Möglichkeit, die vorhandene Erdgas-Infrastruktur weiterhin benutzten zu können. Allerdings musste sie modifiziert werden, weil die winzigen Wasserstoffmoleküle durch Dichtungen schlüpfen können, die für Erdgasmoleküle undurchdringlich sind. „Zudem gibt es bei dieser Form der Energieumwandlung keinerlei CO2-Emissionen“, so Assadi.

Großturbinen bleiben das Ziel

Ziel ist es, Großturbinen, wie sie in GuD-Kraftwerken eingesetzt werden, ebenfalls mit Wasserstoff zu betreiben. Dieser Kraftwerkstyp zeichnet sich durch einen Wirkungsgrad von rund 60 Prozent aus. Die modernsten Kohlekraftwerke kommen auf knapp 50 Prozent. Die hohe Effektivität wird erreicht, weil der Brennstoff quasi doppelt genutzt wird. Die Abgase aus der Turbine sind noch so heiß, dass sie für die Erzeugung genutzt werden. Dieser lässt einen zweiten Turbogenerator rotieren, der zusätzlichen Strom erzeugt.

Krebs: Sexualhormone sind Gefahr für Männer

Klassische Medizin

(pte) – Männliche Sexualhormone beeinträchtigen die Fähigkeit des Körpers, eine Erkrankung mit Blasenkrebs zu bekämpfen. Dieser Umstand erklärt wahrscheinlich, warum Männer häufiger an dieser Krebsart erkranken und an den Folgen sterben, wie eine Studie von Cedars-Sinai Cancer http://www.cedars-sinai.edu zeigt. Die in „Science Immunology“ veröffentlichten Ergebnisse könnten einen entscheidenden Fortschritt bei der Erforschung der Ungleichheiten beim Auftreten, der Prognose und in der Behandlung von Frauen und Männern mit sich bringen.

Geschlecht sehr relevant

Männer erkranken eher an den meisten Arten von Krebs. Das zeigt sich vor allem bei Blasenkrebs. Männer erwischt diese Krebsart drei bis fünf Mal so wahrscheinlich wie Frauen. Laut Seniorautor Xue Li wurde in der Vergangenheit angenommen, dass Männer öfter aufgrund ihres Verhaltens, wie etwa dem Rauchen, erkranken. „Wir haben beobachtet, dass die Biologie des Geschlechts und nicht nur das Verhalten ein wichtiger Faktor bei der Entstehung von Krebs ist.“ Androgene sind die Sexualhormone, die bei Männern in größerer Menge produziert werden. Sie fördern die Entwicklung des Fortpflanzungssystems.

Die Forscher haben herausgefunden, dass Androgene das adaptive Immunsystem beeinträchtigen, das über Zellen verfügt, die sich daran erinnern, wie auf Krankheitserreger zu reagieren ist, mit denen der Körper bereits in Kontakt gekommen ist. Androgene scheinen die Aktivität der Tumore abtötenden CD8+T-Zellen zu blockieren. Das Team hat ein Modell von Blasenkrebs an Mäusen untersucht, bei denen die aggressiveren Tumore auch bei den männlichen Tieren auftreten, um das beim Menschen auftretende Krankheitsgeschehen nachzuahmen.

CD8+T-Zellen sequenziert

In der Studie wurde mit der Entfernung verschiedener Immunzellen bei Mäusen beider Geschlechter experimentiert. Nachdem das Team die CD8+T-Zellen entfernt hat, verschwanden auch die Unterschiede der Schwere der Erkrankung bei männlichen und weiblichen Tieren. Das legt nahe, dass die Art und Weise, wie Androgene mit den CD8+T-Zellen interagieren, zu den Geschlechtsunterschieden bei Blasenkrebs beiträgt. Außerdem hat sich bei Mäusen mit höheren Werten bei den Androgenen ein aggressiveres Wachstum der Tumore gezeigt.

Laut Li zeigt die genetische Sequenzierung der CD8+T-Zellen von Tumoren die größte Überraschung. „Die CD8+T-Zellen bei männlichen Mäusen zeigen aufgrund der Androgen-Aktivität mehr Anzeichen von Erschöpfung und Dysfunktion. Eine Androgendeprivationstherapie, die sonst häufig bei Prostatakrebs eingesetzt wird, war bei der Verkleinerung der Tumore aufgrund von Blasenkrebs bei männlichen Mäusen wirksam und verbesserte die Wirksamkeit der Immuntherapie.“ Diese Ergebnisse könnten zum Teil erklären, warum Patienten und Patientinnen unterschiedlich auf die Immuntherapie ansprechen, die den CD8+T-Zellen hilft, Krebszellen anzugreifen.

Dünnschicht-Photovoltaik: Effizient und vielseitig im Doppelpack

Physik, Chemie, Technik

(KIT) Perowskit-Solarzellen haben in nur zehn Jahren eine steile Entwicklung durchlaufen. Vom Wirkungsgrad her lassen sie sich bereits mit den seit langem etablierten Silizium-Solarzellen vergleichen. Bei Perowskiten handelt es sich um innovative Materialien mit einer speziellen Kristallstruktur. Forschende arbeiten weltweit derzeit daran, die Perowskit-Photovoltaik reif für die praktische Anwendung zu machen. Für die Endverbrauchenden sind Solarzellen desto attraktiver, je mehr Strom pro Flächeneinheit sie erzeugen.

Der Wirkungsgrad lässt sich durch das Stapeln von zwei oder mehr Solarzellen erhöhen. Wenn dabei jede Solarzelle besonders effizient einen anderen Teil des Sonnenlichtspektrums absorbiert, lassen sich inhärente Verluste reduzieren und der Wirkungsgrad steigt. Dieser gibt an, wie viel vom einfallenden Licht in Strom umgewandelt wird. Perowskit-Solarzellen eignen sich dank ihrer Vielseitigkeit hervorragend als Bestandteil solcher Tandems. So haben Tandem-Solarzellen aus Perowskiten und Silizium einen Rekordwirkungsgrad von über 29 Prozent erreicht – deutlich höher als der von Einzelzellen aus Perowskiten (25,7 Prozent) und Silizium (26,7 Prozent).

Kombination von Perowskiten mit CIS – Mobilität und Flexibilität

Zusätzliche Vorteile verspricht die Kombination von Perowskiten mit anderen Materialien, wie Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Dadurch werden flexible und leichte Tandem-Solarzellen möglich, die sich nicht nur an Gebäuden, sondern auch an Fahrzeugen und tragbaren Geräten anbringen lassen. Solche Solarzellen könnten sogar zur Aufbewahrung gefaltet oder gerollt und bei Bedarf ausgefahren werden, beispielsweise auf Jalousien oder Markisen, die vor Sonne schützen und gleichzeitig Strom erzeugen.

Einem internationalen Team aus Forschenden unter Leitung von Dr. Marco A. Ruiz-Preciado und Tenure-Track-Professor Ulrich W. Paetzold vom Lichttechnischen Institut (LTI) und Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT ist es nun gelungen, Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen mit einem Spitzenwirkungsgrad von 24,9 Prozent (23,5 Prozent zertifiziert) herzustellen. „Dies ist der höchste gemeldete Wirkungsgrad für diese Technologie und der erste hohe Wirkungsgrad überhaupt, der mit einer fast galliumfreien Kupfer-Indium-Diselenid-Solarzelle in einem Tandem erreicht wurde“, erklärt Ruiz-Preciado. Die Verringerung der Galliummenge führt zu einer schmalen Bandlücke von etwa einem Elektronenvolt eV, was dem Idealwert von 0,96 eV für die untere Solarzelle in einem Tandem sehr nahekommt.

CIS-Solarzellen mit schmaler Bandlücke – Perowskit-Solarzellen mit wenig Brom

Bei der Bandlücke handelt es sich um eine Materialeigenschaft, die denjenigen Teil des Sonnenspektrums bestimmt, den eine Solarzelle absorbieren kann, um Strom zu erzeugen. In einer monolithischen Tandem-Solarzelle müssen die Bandlücken so beschaffen sein, dass die beiden Zellen ähnliche Ströme erzeugen können, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen. Ändert sich die Bandlücke der unteren Zelle, muss die Bandlücke der oberen Zelle daran angepasst werden; umgekehrt ebenso.

Um die Bandlücke für eine effiziente Tandem-Integration einzustellen, werden üblicherweise Perowskite mit hohem Bromgehalt verwendet. Dies führt jedoch häufig zu Spannungsverlusten und Phaseninstabilität. Da die Forschenden am KIT und ihre Partner für ihre Tandems unten CIS-Solarzellen mit schmaler Bandlücke einsetzen, können sie die oberen Solarzellen aus Perowskiten mit niedrigem Bromgehalt herstellen, sodass sie effizienter und stabiler sind.

„Unsere Studie demonstriert das Leistungspotenzial von Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen und definiert die Basis für zukünftige Entwicklungen, die den Wirkungsgrad weiter verbessern können“, so Paetzold. „Erreicht haben wir diesen Meilenstein dank der hervorragenden Zusammenarbeit im EU-Projekt PERCISTAND und besonders dank der engen Kooperation mit der Netherlands Organisation for Applied Scientific Research.“ Wichtige Vorarbeiten gelangen zudem im nationalen Projekt CAPITANO, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). (or)

 

Weg mit dem Verbrennungsmotor – Gedanken von Jean Pütz

Gedanken

Gedanken zum Thema: Abschaffung des Verbrennungsmotors, koste es was es wolle, selbst dann wenn er mit regenerativen Treibstoff betrieben wird. Das hat soeben das Europäische Parlament beschlossen, Ende 2035 soll dieses Gesetz in Kraft treten.

Was wäre, wenn? Abschaffung des Verbrennungsmotors.

Ein Gedankenexperiment für jedermann:
Die moderne Menschheit verfügte nicht über die heutigen Möglichkeiten, mit Maschinen körperliche Arbeit zu verrichten.
Dazu mein persönlicher Kommentar:

Wir bewundern die Restbestände unserer Vorfahren. Sie sind uns sogar so wichtig, dass sogar die UNESCO viele zu Weltkulturdenkmälern erhoben.

Beispiel:  Ägypten vor mehr als 3.000 Jahren. Ich möchte nicht nur die Pyramiden erwähnen, sondern auch die riesigen Tempel, die die Pharaonen errichten ließen, um irgendwelche Götter gültig zu stimmen. Es gibt wenige Menschen, die sich Gedanken darüber machen, unter welchen enormen menschlichen Anstrengungen und Leiden diese entstanden sind.. Zunächst gab es damals keine technische Hilfen, alles musste per Hand geschafft werden. Die Pharaonen haben den Auftrag erteilt, aber eine ganze Hierarchie von Handwerkern und Architekten haben die Ideen geliefert und umgesetzt. Tatsächlich realisiert haben das Millionen von Sklaven, die meistens die Fertigstellung um wenige Jahre überlebten. Von Arbeitsschutz keine Spur.
Es ist kaum 300 Jahre her, dass auch unsere unmittelbaren Vorfahren sich körperlich schinden mussten, um das zu errichten worauf heute unser Wohlstand aufbaut. Damals gabs auch noch Sklaven, die z. B. unter unmenschlichen Umständen in den Bauch von Segelschiffen gepfercht, aus Afrika in die neue Welt Amerika verfrachtet wurden, wobei allein schon dabei viele nicht überlebten.
Selbst die Religionen haben diese Zustände akzeptiert, wenn nicht sogar gefördert, indem sie Missionare versandten, um angeblich europäisches Heil zu stiften.

Die USA und ganz Mittel- und Südamerika verdankt das Entstehen der heutigen Staaten diesen rechtslosen Menschen.

Wer glaubt, dass es heute nur aufgrund der Menschenrechte etwas moralischer geworden ist, der irrt. Es ist vor allen Dingen eine Erfindung, die entscheidend mitgeholfen hat, die Sklaverei abzuschaffen und diesen Menschen wieder ihre Würde zurück zugeben.

Liebe Leser, sie mögen das sarkastisch nennen, aber erst als die Mutter aller Maschinen erfunden wurde, hatten diejenigen eine Chance, die sich in diese verhängnisvolle Lage der Sklaven versetzten und ihr Mitleid in moralische Forderungen umsetzen
Das ist der Grund, weshalb ich dem Erfinder der Dampfmaschine, James Watt, nicht nur posthum den Nobelpreis für Physik verleihen möchte, sondern auch den Friedensnobelpreis. Plötzlich wurde Maschinenarbeit viel viel billiger als Sklavenarbeit. Sie lohnte sich einfach nicht mehr unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten.
Die Dampfmaschine war der erste Verbrennungsmotor, der bestenfalls zwei bis drei Prozent der eingesetzten Energie in Arbeit umsetzen konnte. Trotzdem nahm man die furchtbaren Abgase  billigend in Kauf, auch wenn sie mit der Eisenbahn mitten in die Städte verfrachtet wurden.

Menschlicher Erfindergeist hat das natürlich erheblich verbessert und aus den Maschinen wurden Alltagsgegenstände in Form von Motoren, die entweder von einem flüssigen Treibstoff versorgt wurden, oder von der später entdeckten Möglichkeit des Antriebs durch den elektrischen Strom. Das ermöglichte übrigens in den Fabriken, die Treibriemen abzuschaffen. Mechanische Energie wurde überall verfügbar, selbst dort, wo im Alltag Arbeitshilfen sinnvoll wurden – oder auch nicht. Und so sind unsere Kinder groß geworden. Dass auch dies Nebenwirkungen und Risiken mit sich brachte, beschreibt der kluge und lyrische Beitrag im Folgenden – sozusagen zum Nachdenken und der Gegenwart ins Gästebuch.
Ihr jean Pütz

Carlos Alexander Gebauer, deutscher Jurist, Publizist und Schriftsteller…

„Eine Generation, die nicht mehr weiß, was körperliche Arbeit ist, bekämpft den Motor und setzt auf Muskelkraft. Es ist die Generation Zentralheizung, die glaubt, Wärme komme einfach aus der Wand. Die Generation, die nie Kohle aus dem Keller in den fünften Stock geschleppt hat, um es warm zu haben. Ohne Aufzug.

Diese Generation, die nicht einmal mehr den Satz auf den Mülltonnen kennt „Keine heiße Asche einfüllen“. Eine Generation, die jeden erdenklichen Luxus – von der Waschmaschine über den Wäschetrockner bis zur Spülmaschine und von der elektrischen Zahnbürste über den Akkurasierer bis zum Kaffeevollautomaten – für naturgegeben hält. Es ist diese Generation, die nun ganze Städte zu Fußgängerzonen umbauen will, damit die alternde Bevölkerung ihre Wasserkästen möglichst nicht nach Hause transportieren kann, sondern Flasche für Flasche einkaufen muß; so wie sie auch jede einzelne Flasche aus dem Müll fischt, um das Pfand in Rente zu wechseln.

Die wohlstandsverwahrlosten Luxuskinder, denen der Schweiß bislang allenfalls im Fitnessstudio floss. All diese Entschleuniger und Natureinklangsfetischisten, die Life-Life-Balancierer und Lattemacchiato-Jonglierer werden lernen: Motorsägen und Elektrobohrer, Fahrstühle und Lkws, sie alle wurden nicht erfunden, um das Biotop des dreifach gefächerten Wildlurchs oder das Habitat der fluoreszierenden Zwerglaus zu stören, sondern um den endlosen Schmerz, die ächzende Pein und das zerrende Keuchen bei der Bewältigung alltäglichen Tuns zu reduzieren, um das Leben lebenswerter und die Welt freundlicher zu gestalten.

Ich wage vorauszusehen:
Erst wenn Ihr Euer letztes Bettgestell, Eure letzte Schrankwand, Euren letzten Bierkasten und Euren letzten Gartengrill im Nieselregen eines Herbstnebeltages auf dem Lastenfahrrad den Berg hochgezerrt habt, werdet Ihr begreifen, warum Opa froh war, ein Auto zu besitzen. Und wenn Ihr dann in einer anschließenden Zwischenphase wieder zwischen Bergen von Pferdeäpfeln über die Straßen gehüpft seid, dann kommt der Tag, an dem Ihr Euer Lastenfahrrad in einem glücktriefenden Moment zum Sperrmüll stellt. Sei’s drum: Jede Generation hat das Recht, aus ihrer eigenen Dummheit zu lernen. Schmerzen sind der beste Lehrer.“

Jean Pütz: Mein Fazit:
ich möchte mit einem ironischen Spruch aus den 50er 60er Jahren beginnen: wir brauchen keine Kraftwerke, unser Strom kommt aus der Steckdose. Genau vor dieser Alternative stehen wir heute, wer glaubt, dass die gesamte Primärenergie, das heißt auch die extrem aufwendige Wärme mit Hilfe des elektrischen Netzes bewerkstelligen zu können, selbst unter Nutzung der elektrischen Wärmepumpe, der ist ein Träumer. Das elektrische Netz wird durch immer mehr Inanspruchnahme völlig überfordert, und ein Prinzip der Elektrizität Energie bedeutet, wenn mehr angefordert wird als die Energieproduzenten liefern können, dann gibt es ein GAU: das heißt alle Räder stehen still

Die Sache mit dem Wasserstoff und seine Probleme

Gedanken, Videos

Auszug aus einem Brief an die neugegründete KIT-Forschungsfabrik Universität Karlsruhe.

Wenn wir das Klima in den Griff bekommen wollen, industrielle Anlagen bzw. nach Möglichkeit zu wenden, halte ich für großindustrielle Anlagen die Produktion von grünem Wasserstoff für dringend notwendig.

Nicht nur in Deutschland, sondern in weltweiter Produktion dort, wo Sonne und Wind regelmäßiger und intensiver zur Verfügung stehen. Aber Wasserstoff ist nur ein Zwischenprodukt und viel zu gefährlich im Alltag.

Deswegen muss dringendst die Forschung für nicht nur eine ebenso große Produktionsanlage für regeneratives Methanol folgen.

Gewiss, ein Recycling von CO2 wird dabei unbedingt erforderlich, doch trotzdem frage ich mich, warum die Politik, bisher nicht behindert durch die Wissenschaft, immer noch Wasserstoff als Retter des Energiehungers der Welt propagiert.

Ich selbst bin wie schon öfters gepostet, Dipl. Ingenieur der Elektrotechnik und Schmalspurphysiker und im Parallelstudium empirischer Soziologe. Ich kann also die Beziehungen zwischen Technologie und menschlichem Verhalten beurteilen. Daran scheitert z. B. die Versorgung mit regenerativer Energie ausschließlich aus Deutschland, dem Nichtvorhandensein von ausreichenden Speichern von elektrischer Energie und Methanol.

Viele Bürgerinitiativen lassen schön grüßen. Würde man dieses Problem lösen können und gleichzeitig eine Entwicklungspolitik in Augenhöhe mit den Ländern der 3. Welt ermöglichen.

Überall dort, wo die angesprochenen klimatischen Voraussetzungen gegeben sind, könnten dezentral in der nördlichen und südliche Hemisphäre Produktionsstätten für Methanol entstehen und vor allen Dingen die heutige Monopolisierung der Energieträger beenden. Eine globale und ökologische Marktwirtschaft würde dadurch möglich.

Da ich diese Idee schon öfters propagiert habe, doch niemand begrüßenswerte, neu gegründete Forschungsfabrik als Antwort bekam, bitte ich diese des KIT inständig, mir sachkundige Hilfe zu leisten.

Sind das Utopien oder ….? Warum bin ich ein einsamer Rufer in der Wüste? Warum sind nicht schon Tausende Wissenschaftler auf diese Idee gekommen ? Und Wenn doch, sollten wir schleunigst eine Forschungsgruppe gründen. In meiner Logik ist die einfachste Möglichkeit, ohne milliardenschwere Investitionen in die Infrastruktur, das Klima in den Griff zu bekommen.

Alle Einrichtungen für Transport und weltweite Verteilung dieses regenerativen Methanols sind weitgehend vorhanden, ausgehend von den bisherigen fossilen Energieträgern.

Nach dem Gesetz von Murphy ist die Behandlung reinen Wasserstoffs vom Sicherheitsstandpunkt her zu verantworten. Nicht nur Methanol kann sämtliche fossile Energieträger ersetzen und umgekehrt bei Bedarf wieder in Wasserstoffgas zurück geführt werden.

Ihr Jean Pütz