Archiv der Kategorie: Erde, Klima, Umweltschutz

Energieperspektiven

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

(DPG) – Ein so komplexes System wie den Strom- oder sogar den Energiemarkt auf eine neue Basis zu stellen, ist eine gewaltige Herausforderung, die umsichtiges Planen und Handeln erfordert. „Neue technologische und systemische Ansätze können die Umsetzung der Energiewende zielführend unterstützen“, ist sich der Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), Lutz Schröter, aber sicher. Mit fünf Faktenblättern beleuchtet die DPG nun einige Aspekte, die für das Gelingen der Energiewende wichtig sind.

Ein wesentliches Element einer langfristig erfolgreichen Energiepolitik ist die Einbeziehung des internationalen Energiemarktes. Lebt Deutschland doch seit vielen Jahrzehnten von Energieimporten: sei es die Steinkohle aus Australien, das Öl aus dem Nahen Osten oder das Gas aus Russland. Auch erneuerbare Energien werden wegen unterschiedlicher Standortbedingungen zum Teil aus dem Ausland bezogen werden müssen. Daher sind neben der Entwicklung verbesserter und neuer Technologien entsprechende Handels- und Wirtschaftsbeziehungen auch in Zukunft von größter Bedeutung. Die nun vorgelegten Physikkonkret-Ausgaben geben dazu Denkanstöße. Sie entstanden im Rahmen des Jubiläums 175 Jahre Deutsche Physikalische Gesellschaft, dessen 4. Quartal unter dem Motto „Klima und Energie“ steht, und beleuchten die Themen Wärmepumpen, LEDs, Stromspeicher, Fusion sowie grundlegende Aspekte der Energiewende.

Aluminium-beschichtete Zeolith-Perlen lösen Problem der Wärmespeicherung – Mit einer Einleitung von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

55% des Energieverbrauchs in Deutschland geht auf das Konto der Wärmeerzeugung und damit weitgehend des CO2-Ausstoßes. Dieser Bereich ist bisher von der Grünen-Ideologie völlig vernachlässigt worden. Bisher wurde aber hauptsächlich am Verkehrssektor herum, bei dem unsere privaten Autos nur 6-8% am deutschen CO2-Ausstoß ausmachen. Wenn Klimarettung, dann müssten logischerweise der Schwerpunkt auf den Wärmesektor gelegt werden durch entsprechende Wärmeschutzverordnungen im Gebäudesektor. Das ist bisher aber sträflich vernachlässigt worden. Ein Problem bildete vor allen Dingen die Direktspeicherung von Wärmeenergie, um diese später abzurufen. Dieses scheint mit beschichtetem Zeolith jetzt möglich zu werden im Sommer, über Thermo-Solar-Kollektoren wird die Wärmeenergie für den Winter abrufbar. Dies eröffnet ungeahnte Aussichten.
Dazu der folgende Artikel des Fraunhofer-Instituts. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist insofern unentbehrlich, weil sie sich den Forschungsschwerpunkt der unmittelbaren Umsetzung des Ergebnisses auf die Praxis als Aufgabe gesetzt haben.

Ihr Jean Pütz

(Fraunhofer) – Die Heizperiode in Deutschland hat wieder begonnen und gerade im Sinne der Energiewende rücken Konzepte für effektive Wärmenutzung und Wärmespeicher mit flexiblen sowie hohen Speicherkapazitäten in den Fokus. Zeolith-Wärmespeicher bieten hier hohes Potenzial, krankten bisher aber noch an einem schlechten Wärmeübergang zwischen Speichermaterial und Wärmetauscher. Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP hat innerhalb des vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderten Projektes ZeoMet (FKZ 100346109) einen neuen Weg gefunden, Zeolith-Granulat so zu beschichten, dass ein effizienter Wärmeübergang ermöglicht wird.

Die Heizperiode in Deutschland hat wieder begonnen und gerade im Sinne der Energiewende rücken Konzepte für effektive Wärmenutzung und Wärmespeicher mit flexiblen sowie hohen Speicherkapazitäten in den Fokus. Zeolith-Wärmespeicher bieten hier hohes Potenzial, krankten bisher aber noch an einem schlechten Wärmeübergang zwischen Speichermaterial und Wärmetauscher. Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP hat innerhalb des vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderten Projektes ZeoMet (FKZ 100346109) einen neuen Weg gefunden, Zeolith-Granulat so zu beschichten, dass ein effizienter Wärmeübergang ermöglicht wird.

Wärme repräsentiert 55 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland und spielt deshalb für die Energiewende eine ganz entscheidende Rolle. Neben dem Primat der Vermeidung oder zumindest Minimierung von Wärmeverlusten erfordert die effektive Wärmenutzung auch geeignete Speicher, um den zeitlichen oder räumlichen Versatz von Erzeugung und Bedarf zu überbrücken. Hohe Flexibilität und Speicherkapazität versprechen hier Zeolith-Wärmespeicher, bei denen die Energie in Form von adsorbiertem Wasserdampf im Inneren des hochporösen Materials gebunden ist. Ein temporär anfallender Wärmeüberschuss, etwa aus einer Solarthermie-Anlage im Sommer oder aus Abwärme produzierenden industriellen Prozessen, der zeitversetzt für Heizzwecke z. B. im Winter benötigt wird, kann zur Trocknung des Zeolith-Granulats genutzt werden, was einer Beladung des Speichers entspricht. Wird dem Material Wasserdampf zugeführt, kann die Adsorptionsenergie wieder als Wärme freigesetzt und so für Heizzwecke genutzt werden. Während der Speicherung liegt die Energie nicht in Form von Wärme vor, unterliegt damit auch nicht den unvermeidbaren schleichenden Verlusten durch Wärmeableitung, wodurch längere Speicherintervalle möglich werden als bei der direkten (sensiblen) Wärmespeicherung, beispielsweise in Wasserspeichern.

Ein bislang nicht gelöstes Problem des Sorptionsspeicherkonzepts ist der Wärmeübergang zwischen Speichermaterial und Wärmetauscher. Hohe Wärmeübergangswiderstände zwischen Wärme zu- und abführenden metallischen Strukturen und dem als Granulat vorliegenden Zeolith sowie in der Zeolith-Schüttung selbst behindern eine effektive Be- bzw. Entladung. Versuche, Zeolith-Material direkt als dicke Schicht auf metallische Träger aufzubringen, scheitern an der mangelnden Zyklen-Stabilität dieses Metall-Mineral-Verbundes. Bei Zeolith-gefüllten Metallrohren ist das Volumenverhältnis von Träger- zu Speicher-Material dagegen unbefriedigend.

Einen neuen Weg beschreitet das Fraunhofer FEP in dem vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderten Projekt ZeoMet: Zeolith-Granulat wird in einem Drehtrommelverfahren im Vakuum metallisiert und erhält so eine dünne Aluminium-Schicht (< 0,1 mm).

Projektleiterin Dr. Heidrun Klostermann erklärt: „Der Wärmeübergang ist somit für jedes einzelne Pellet und auch zwischen den Pellets durch die hohe thermische Leitfähigkeit von Aluminium gesichert. Wir konnten in Messungen bereits nachweisen, dass das poröse Grundmaterial durch offene Kanäle in der Schicht für Wassermoleküle dennoch zugänglich und die Sorptionskapazität des Granulats erhalten bleibt.“ Damit ist der Wärmeübergang an der Be- und Entladestelle ebenso gesichert wie der Wärmetransport in der Schüttung zwischen den metallisierten Pellets. Auch ein Versintern des metallisierten Granulats zu größeren Baueinheiten wird möglich.

Aktuell befassen sich die Wissenschaftler des Fraunhofer FEP mit Skalierungsuntersuchungen bei Verwendung unterschiedlicher Granulat-Körnungen und -Beschaffenheiten, um auf spezifische Anforderungen unterschiedlicher Speicheranwendungen reagieren zu können. Interessierte Industrieunternehmen sind eingeladen, mit den verantwortlichen Wissenschaftlern Kontakt aufzunehmen. Gern erläutern diese die Möglichkeiten und Potenziale der Technologie und suchen die Diskussion, um weitere Arbeiten praxisorientiert und industrierelevant zu gestalten.

Flüssiges Methanol als Alternative zu gasförmigem Wasserstoff – Mit einem Vorwort von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

Methanol – vielleicht einmal der Treibstoff der Zukunft. Methanol lässt sich nicht nur aus dem Anbau von Energiepflanzen gewinnen – z. B. Mais, Zucker oder Getreide (das hätte den Nachteil, dass es in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht und den Anbau von Monokulturen begünstigt). Demgegenüber lässt sich Methanol aber auch CO2-neutral mit Hilfe der Energie der Sonne gewinnen. Zunächst wird es z. B. durch Elektrolyse  mit Hilfe von Solarstrom der Wasserstoff als Gas gewonnen. Reiner Wasserstoff hat allerdings den Nachteil, dass er nur sehr umständlich gespeichert werden kann. Entweder unter hohem Druck oder indem er verflüssigt wird. Dazu bedarf es allerdings einer Temperatur weit unter 0°C, und zwar -252°C oder etwa 20°K. Schon die Elektrolyse hat keinen besonders hohen Wirkungsgrad, wenn man dann auch noch den Solarstrom zur Erzeugung der niedrigen Temperatur verwendet, ist die gesamte Energieausbeute sehr schlecht. Der flüssige Wasserstoff muss in aufwändigen Thermos-Behältern abgefüllt und transportiert werden. Auch das Verbreiten von Wasserstoff über die vorhandenen Erdgaspipeline hätte seine Tücken. Wasserstoff ist sehr flüchtig und dadurch müssen die Dichtungen des Erdgasnetzes extrem verbessert bzw. umgebaut werden, was sehr kostentreibend ist.

Aber es gibt eine interessante Alternative. Da spielt wieder die Sonnenenergie und noch zu entwickelnde spezielle Katalysatoren eine Rolle. Man kann auf diese Weise daraus Methanol gewinnen. Allerdings benötigt man dazu wiederum CO2, denn der darin enthaltene Kohlenstoff bindet die Wasserstoff-Atome an sich, so dass der Wasserstoff quasi auf elegante Weise verflüchtigt wird. Wenn dann auch noch das CO2 aus der Atmosphäre entnommen wird – was allerdings sehr aufwändig ist, oder aus recyceltem CO2 aus dem Abgas von nicht zu vermeidenden Verbrennungsmotoren oder mit Erdgas betriebenen Heizungsanlagen, dann ist es möglich, dieses Methanol völlig regenerativ und CO2-frai zu gewinnen.

Im folgenden Artikel wird eine Methode beschrieben, die – um Wasserstoff effizient in Brennstoffzellen einsetzen zu können – es wieder in Wasserstoff zurückgewandelt wird. Dann fragt man sich, warum es nicht auch direkt in vorhandenen Verbrennungsmaschinen eingesetzt werden kann. Die dabei entstehenden geringen Restmengen an CO2 können sogar recycelt werden, so dass das zu einem völlig CO2-freien Nullspiel wird. Dazu ist allerdings Technologie-Offenheit erforderlich und nicht die Verbots-Ideologie.

Brennstoffzellen, die einigermaßen einen hohen Wirkungsgrad entwickeln, bedürfen Betriebstemperaturen von über 800°C, so dass der praktische Vorteil gegenüber Verbrennungsmotoren verschwindet. Trotzdem möchte ich Ihnen den folgenden Artikel nicht vorenthalten.

Jean Pütz

(Ing) – Methanol – vielleicht einmal der Treibstoff der Zukunft. Methanol lässt sich nicht nur aus dem Anbau von Energiepflanzen gewinnen – z. B. Mais, Zucker oder Getreide (das hätte den Nachteil, dass es in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht und den Anbau von Monokulturen begünstigt). Demgegenüber lässt sich Methanol aber auch CO2-neutral mit Hilfe der Energie der Sonne gewinnen. Zunächst wird es z. B. durch Elektrolyse  mit Hilfe von Solarstrom der Wasserstoff als Gas gewonnen. Reiner Wasserstoff hat allerdings den Nachteil, dass er nur sehr umständlich gespeichert werden kann. Entweder unter hohem Druck oder indem er verflüssigt wird. Dazu bedarf es allerdings einer Temperatur weit unter 0°C, und zwar -252°C oder etwa 20°K. Schon die Elektrolyse hat keinen besonders hohen Wirkungsgrad, wenn man dann auch noch den Solarstrom zur Erzeugung der niedrigen Temperatur verwendet, ist die gesamte Energieausbeute sehr schlecht. Der flüssige Wasserstoff muss in aufwändigen Thermos-Behältern abgefüllt und transportiert werden. Auch das Verbreiten von Wasserstoff über die vorhandenen Erdgaspipeline hätte seine Tücken. Wasserstoff ist sehr flüchtig und dadurch müssen die Dichtungen des Erdgasnetzes extrem verbessert bzw. umgebaut werden, was sehr kostentreibend ist.

Falls im nächsten Jahr die ersten Serienautos mit Brennstoffzelle auf den Straßen rollen, könnte es bis dahin an der Zapfsäule schon eine Alternative zu Wasserstoff in Gasform geben: flüssiges Methanol. Wiener Forscher entschlüsseln derzeit die Rätsel der Katalysatoren, die Methanol während der Fahrt in ein Gemisch aus CO2 und molekularem Wasserstoff umwandeln.

Automobilbauer weltweit forschen an Alternativen zum klassischen Otto-Motor. Als umweltfreundliche Antriebstechnik gilt die Brennstoffzelle. Sie gewinnt Reaktionsenergie, indem sie Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umwandelt. Aus dem Auspuff strömt lediglich harmloser Wasserdampf. Der japanische Autobauer Toyota will bereits nächstes Jahr den FCV auf die Straße schicken. Der Wasserstofftank soll hinter der Rückbank des Brennstoffzellenautos installiert sein und sich in drei bis fünf Minuten betanken lassen – ein wesentlicher Vorteil zur längeren Ladezeit der Elektromotoren.

Doch das Tanken mit Wasserstoff sorgt bei vielen potentiellen Nutzern für Unbehagen. Denn das Gas zischt solange durch den Schlauch der Zapfsäule, bis im Druckgastank ein gewaltiger Druck aufgebaut ist. Bis zu 700 bar herrschen im Inneren – das über Deihundertfache des üblichen Reifendrucks. Eine Größenordnung, bei der viele Interessenten an eine rollende Bombe denken.

Brennstoffzellen-Autos könnten auch flüssiges Methanol tanken
Wasserstoff für Brennstoffzellenautos muss man allerdings nicht zwangsweise in Gasform tanken. Eine Alternative ist flüssiges Methanol. Es lässt sich während der Fahrt wieder in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegen. Bei dieser sogenannten Dampfreformierung spielen Metallkatalysatoren eine Schlüsselrolle, die Forscher an der Technischen Universität in Wien derzeit untersuchen. Denn nur mit dem richtigen Katalysator entsteht aus Methanol und Wasserdampf ein reines Gemisch aus CO2 und molekularem Wasserstoff, das kein für die Brennstoffzelle gefährliches Kohlenmonoxid enthält.

Besonders kompliziert sind die Prozesse an der Katalysatoroberfläche. „Unterschiedliche Atom- und Molekülsorten sind beteiligt“, erklärt Forscherin Karin Föttinger, die im Spezialforschungsbereich Foxsi der TU Wien arbeitet. „Oft ist schwer zu sagen, welche für die Reaktion wichtig sind, und welche untergeordnete Rollen spielen.“

Forscher kommen Geheimnissen der Katalysatoren auf die Spur
Während sich viele Experten in der Industrie noch nach dem Schema Versuch und Irrtum an die richtige Zusammensetzung der Katalysatoren herantasten, geht die TU Wien einen Schritt weiter. Mit modernen spektroskopischen Methoden untersucht Föttinger, wie Reaktionen am Katalysator im Detail ablaufen. Ihr Kollege Christoph Rameshan trennt die einzelnen Komponenten und analysiert sie in Modellsystemen einzeln. So können die Forscher nachvollziehen, was genau bei den komplizierten chemischen Prozessen an der Katalysator-Oberfläche passiert.

Als Katalysatoren kommen übrigens meist winzige Nanopartikel aus Metall zum Einsatz – oft aus Palladium. Sie sitzen auf Metalloxid-Oberflächen wie Zinkoxid. Heiß diskutiert war in den letzten Jahren die Frage, ob das Oxid oder das Reinmaterial für die Katalyse zuständig ist. Föttinger gibt jetzt eine Antwort: „Unsere Messungen zeigen: Man braucht beides.“ Kollege Rameshan konkretisiert: „Das Oxid ist wichtig für die Wasseraktivierung, für die Aufspaltung der Wassermoleküle. Das Metall hingegen ist wichtig für die Aufspaltung des Methanols.“

 

Italien schützt erosionsgefährdete Küsten – Mit einem Vorwort von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz

Das ist nicht nur für Italien interessant, sondern auch für die Nord- und Ostsee-Ufer und Inseln. Der Spruch: ‚Wie Sand am Meer‘ verliert immer mehr  Relevanz, denn er wird immer mehr zum knappen Gut – auch weil in den durch Öl reich gewordenen Golfstaaten daraus künstliche Inseln mit schlimmen Eingriffen auf das Gleichgewicht der Natur geschaffen werden.

Jean Pütz

(pte) – Mitarbeiter der italienischen Forschungsinstitute Ispra , Consiglio Nazionale delle Ricerche, Enea  und der Scuola Universitaria Superiore di Pavia haben ein Gemeinschaftsprogramm zur Entwicklung neuer Technologien zur Überwachung von Meeresküsten gestartet. Vorrangiges Ziel der Initiative ist die Bewahrung der italienischen Küsten vor neuen Brandungs- und Erosionsschäden.

Parco Nazionale del Circeo
Im Mittelpunkt der Untersuchung steht das Naturschutzgebiet im Parco Nazionale del Circeo, das eine dichte und vor Wind schützende Vegetation aufweist. Die Dünen bieten zusammen mit dem Grünbewuchs eine natürliche Barriere gegen die Meeresbrandung, indem sie den sandigen Untergrund stabilisieren. Diese Tatsache ist von zunehmender Bedeutung, da der Küstensand zu einer immer selteneren und zugleich für die Freizeit der Anwohner immer kostbareren Ressouce wird.

Als technische Grundlage diente eine Kombination aus hochauflösenden Luftaufnahmen (Lidar), durch satellitengestützte Fernerkundung gewonnenes Datenmaterial und herkömmlichen Landvermessungen vor Ort. In Forscherkreisen ist diese Methode auch als „Field spectral libraries, airborne Hyperspectral images and Lidar altimetry“ (FHyL) bekannt. „Die Zusammensetzung der Vegetation und die aus den Verwehungen entstehenden Sanddünen zu überwachen, ist unabdingbare Voraussetzung, um das dazugehörige Ökosystem vor weiteren Schäden zu bewahren“, erklärt Projektleiterin Emiliana Valentini.

„Für Überwachung geeignet“
Italien gilt als eine der fortschrittlichsten Nationen in Sachen Fernerkundungs- und Überwachungstechniken, zu denen auch das kürzlich implementierte Satellitenprogramm Prisma http://www.telespazio.com zählt. „Unser Land ist für derartige Überwachungsmodelle besonders geeignet, da es angesichts seines fast 7.500 Kilometer langen Küstenstreifens über eine enorme Vielfalt an Naturräumen verfügt“, meint Valentini. Speziell im Naturschutzgebiet Circeo erfolgten in den vergangenen 30 Jahren umfangreiche Maßnahmen zum Schutz des Dünensandes vor Wind- und Wettereinwirkung.

In Hinblick auf den laufenden Klimawandel und die damit verbundene Anhebung des Meeresspiegels sind die dabei gewonnenen Erkenntnisse laut den Experten von universaler Bedeutung. „Die multidisziplinäre Studie soll nicht nur dem Schutz des Naturareals des Circeo, sondern auch dem Wirtschaftsleben von ganz Italien und auch anderer Länder zugute kommen.“ Einzelheiten sind in der Fachzeitschrift „Remote Sensing“ nachzulesen.

Unter welchen Bedingungen bleiben Störfälle in Kernkraftwerken beherrschbar ?

Erde, Klima, Umweltschutz

(Helmholtz) – Am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) analysieren Wissenschaftler*innen eine Vielzahl von Stör- und Unfallszenarien in Kernkraftwerken, um Handlungsempfehlungen für das Notfallmanagement abzuleiten. In einer aktuellen Veröffentlichung im Fachjournal Nuclear Engineering and Design (DOI: 10.1016/j.nucengdes.2020.110663) stellen sie Strategien vor, die bei einem länger andauernden Stromausfall den Handelnden zusätzliche Zeit für wirksame Gegenmaßnahmen verschaffen sollen.

Die Reaktorhavarien im japanischen Kernkraftwerk Fukushima-Daiichi im Jahr 2011 haben in einigen Ländern zu einem beschleunigten Ausstieg aus der Kernenergie geführt, wie etwa in Deutschland. Darüber hinaus setzen sich die Sicherheitsexpert*innen seit diesem Ereignis wieder verstärkt mit den Risiken auseinander, die sich aus schweren Beschädigungen des Reaktorkerns ergeben könnten. Insbesondere werden nun auch bewusst unrealistische Szenarien in Betracht gezogen, deren Eintreten Fachleute für nahezu unmöglich halten.

„In unserer aktuellen Arbeit haben wir untersucht, wie wir den drohenden schwerwiegenden Folgen eines länger anhaltenden, totalen Stromausfalls begegnen können“, erklärt Dr. Sören Kliem vom Institut für Ressourcenökologie am HZDR. „Die Sicherheitssysteme von Kraftwerken sind mehrfach redundant ausgelegt. Für die Notstromversorgung sind beispielsweise mehrere identische, räumlich voneinander getrennte Dieselaggregate vorgesehen, jeweils vier in zwei unterschiedlichen Gebäuden. In unserem Szenario stehen alle acht Dieselaggregate nicht zur Verfügung, auch die aktiven Sicherheits- und Notkühlsysteme oder die Speisewasserversorgung für die Dampferzeuger werden als nicht einsatzfähig angenommen. Im realen Kernkraftwerksbetrieb ist eine solche Häufung von Ausfällen jedoch äußerst unwahrscheinlich.“ Diese Betrachtungen gehen somit weit über das für Genehmigungsverfahren wichtige Konzept des Auslegungsstörfalls hinaus. Darunter verstehen Kerntechniker*innen einen Störfall, der über die der bereits vorhandenen Sicherheitssysteme beherrscht werden kann.

Nachzerfallswärme und keine Kühlung: Die Zeit läuft
Im Havariefall können die Operator*innen eines Kernkraftwerks die energieliefernde Kernspaltung augenblicklich unterbinden, indem sie bei einer Reaktorschnellabschaltung Steuerstäbe in den Reaktor einfahren lassen, die stark Neutronen absorbieren. Das ist auch bei Stromausfall kein Problem: Die Steuerstäbe werden von Elektromagneten gehalten und fallen bei einem Zusammenbruch der Stromversorgung einfach in den Reaktorkern, die Kettenreaktion kommt zum Erliegen.

Die Reaktorschnellabschaltung unterbindet zwar die Kettenreaktion. Die Wärmefreisetzung im Reaktorkern sinkt damit aber nicht auf null. Denn die immer noch vorhandenen, kurzlebigen Spaltprodukte zerfallen weiter und erzeugen dabei große Wärmemengen, die ohne ausreichende Kühlung den Reaktorkern zum Schmelzen bringen können. Diese sogenannte Nachzerfallswärme ist auch der Grund, weshalb ausgediente Brennelemente über längere Zeiträume in Abklingbecken gekühlt werden müssen.

Was beim Wegfall der Kühlung aufgrund eines Stromausfalls im Detail droht, ist durch Störfälle der Kernenergiegeschichte hinlänglich bekannt. Diese Erkenntnisse nutzend, können die Forscher*innen heute sehr genau am Computer simulieren, was passiert, wenn nicht rechtzeitig eingegriffen wird. „In unserem Szenario würde bereits nach zwei Stunden und 40 Minuten die Kernschmelze einsetzen. Keine weitere Stunde später käme es entsprechend den Rechenergebnissen zu strukturellen Schäden am Reaktordruckbehälter, der eigentlich den Kern mit den Brennstäben schützend ummanteln soll,“ beschreibt Kliem das zu erwartende Geschehen.

Die Wissenschaftler*innen haben deshalb ein Konzept entwickelt, wie sich ein Schaden am Kern weiter hinauszögern lässt, um wertvolle Zeit bis zur Wiederherstellung der Stromversorgung für die Pumpensysteme zu gewinnen. „Durch eine Kombination aus Druckentlastung und Einspeisung von Wasser in die Dampferzeuger können wir die Zeit ab Beginn des Störfalls bis zum Eintritt der Kernschmelze auf 24 Stunden dehnen“, erklärt Dr. Kai Kosowski, Störfallexperte bei der PreussenElektra GmbH und Co-Autor der Studie. Als besonders nützlich haben sich dabei mobile Pumpen erwiesen, die nach den Ereignissen in Fukushima in allen deutschen Kernkraftwerken ergänzt wurden und die mit geringem Aufwand an verschiedenen Stellen der Anlage eingesetzt werden können. Nehmen die mobilen Pumpen ihre Arbeit auf und gelingt es, den Dampferzeuger wieder mit Wasser aufzufüllen, setzt die Kühlung auch ohne Stromversorgung wieder ein.

Auch künftig gefragt: Expertise in der nuklearen Sicherheitsforschung
In den Simulationen greifen jahrzehntelange Erfahrungen aus Praxis und Forschung optimal ineinander. Seit 2007 kooperiert das HZDR in der Sicherheitsforschung mit dem Energieversorger PreussenElektra, der aktuell noch drei Kernkraftwerke in Deutschland betreibt (Isar 2, Grohnde und Brokdorf). Bei diesen Anlagen handelt es sich um sogenannte Druckwasserreaktoren. Die Eigenschaften dieses Reaktortyps liefern die Eckpunkte für die Simulationen der Rossendorfer Forscher*innen.

Zwar sind in Deutschland die Weichen für den Ausstieg aus der Kernenergie bis 2022 gestellt, jedoch bleibt die nukleare Sicherheitsforschung auch weiterhin in der deutschen Forschungslandschaft verankert. Sie ist als strategisch wichtiges Thema Bestandteil des aktuellen Energieforschungsprogramms der Bundesregierung. „So können wir neben der Begleitung der Stilllegung der restlichen Kernkraftwerke unter anderem die Kompetenz zur Beurteilung und Weiterentwicklung der Sicherheit nuklearer Anlagen im Ausland sicherstellen,“ erläutert Kliem. Dabei geht es auch um die Bewertung neuer Reaktorkonzepte, die sich international in Entwicklung befinden und deren sicherheitstechnische Konzeption sich von den in Deutschland betriebenen Anlagen unterscheidet.

Treibhäuser sind oft unökologisch – Mit einer Bemerkung von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz

Treibhäuser sind oft unökologisch – mit halbtransparenten Solarzellen kann das behoben werden. Solarstrom kommt nun auch aus dem Treibhaus

Meine persönliche Bemerkung:
Kohlenmonoxid ist ein absolutes Gift, weil es den überlebenswichtigen Sauerstoff aus den roten Blutzellen vertreibt. Diese sorgen normalerweise für den Transport des Lebensgases an die einzelnen Organe und Körperzellen. Schon wenige Prozent Kohlenmonoxid  in der Atemluft sind tödlich. Aber nun ist den Doping-Spezialisten aufgefallen, dass bei gerade noch nicht lebensgefährlichen Dosen die roten Blutkörperchen anschließend veranlasst,  vermehrt Sauerstoff aufzunehmen. Eine Körperfunktion, die die Natur zur Rettung des Lebens eingerichtet hat. Dies wird neuerdings immer mehr durch Doping-Berater pervertiert, weil das bei Sportlern – ähnlich wie EPO höhere Leistungen verspricht und damit einen fairen Wettkampf unmöglich macht. Das Problem ist, diese Form von Doping ist kaum nachweisbar.

Da  bekannt ist, das Amateursportler solche leistungssteigernden Methoden nicht immer verabscheuen, kann ich nur davor warnen. Man sollte sich strikt an die Regel des Paracelsus halten, die er im Zusammenhang mit der Verwendung von giftigen Kräutern als Medizin empfohlen hat:

Auf die Dosis kommt es an.

Aber gerade darin besteht die Gefahr, die richtige Dosis zu finden, das können nur Fachleute. Jeder Organismus reagiert anders.

Dass das jetzt auch Sportmediziner als Methode aufgreifen, die natürlich die Mittel haben, diese individuell akzeptable Dosis mit Messgeräten festzustellen, sollten Sie selbst beurteilen. Aber generell das als Ersatz für Höhentraining zu akzeptieren, finde ich einen Skandal

Bitte lesen Sie dazu die wissenschaftliche Meldung der Universität Bayreuth:

Ihr Jean Pütz

(pte) – Das eigentlich für den Menschen giftige Gas Kohlenmonoxid hat laut Sportmedizinern der Universität Bayreuth in geringen Mengen eine leistungssteigernde Wirkung. Bei gesunden, gut trainierten Personen rief eine regelmäßige Inhalation von Kohlenmonoxid die gleiche Wirkung hervor wie der Aufenthalt in einem Höhentrainingslager. Details wurden in „Medicine & Science in Sports & Exercise“ publiziert.

Höhentraining-Alternative
„Eine gezielte Inhalation von Kohlenmonoxid in geringen Dosen könnte eine echte Alternative zu einem Höhentraining oder anderen Maßnahmen darstellen, die den Organismus einem kontrollierten Sauerstoffdefizit aussetzen. Bevor die Methode allerdings in die Praxis übernommen werden kann, müssen ethische Fragen geklärt und einige medizinische Aspekte noch genauer erforscht werden“, so Studienleiter Walter Schmidt.

Seiner Einschätzung nach hat Kohlenmonoxid sogar eine stärkere leistungssteigernde Wirkung als das Hormon EPO, welches von Leistungssportlern schon oft als illegales Doping-Mittel eingesetzt wurde. Eingeatmetes Kohlenmonoxid hindert Sauerstoff-Moleküle daran, sich mit Hämoglobin zu verbinden, das den Organismus normalerweise mit Sauerstoff versorgt. An den dadurch verursachten Sauerstoffmangel versucht sich der Organismus nun zu gewöhnen. Er reagiert mit ähnlichen Anpassungseffekten wie bei einem Höhentraining.

Tests über drei Wochen
Im Rahmen der Studie haben elf Versuchspersonen fünfmal täglich für drei Wochen eine geringe Menge Kohlenmonoxid inhaliert. Dadurch verringerte sich der Sauerstofftransport in der Blutbahn um rund fünf Prozent, was einem Aufenthalt in einer Höhe von etwa 2.500 Metern entspricht. Nach drei Wochen hatte sich die gesamte Hämoglobinmenge um fünf Prozent erhöht. Dieser Anstieg ging mit einer messbaren Steigerung der Ausdauerleistung einher. Er entsprach den Wirkungen eines gleich langen Höhentrainingslagers.

 

Energie von Flüssig-Erdgas effizienter nutzbar

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

(pte) – Forscher der Nanyang Technological University (NTU) und des staatlichen Beratungsunternehmens Surbana Jurong haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich der Energieinhalt von flüssigem Erdgas effizienter verwerten lässt, sodass weniger CO2-Emissionen anfallen.

Prinzip Wärmetauscher
Flüssiges Erdgas, das eine Temperatur von weniger als minus 160 Grad Celsius hat, lässt sich zum Heizen nutzen. Dazu muss es erwärmt werden, um sich in Gas zurückzuverwandeln. Sowohl für die Verflüssigung als auch für die Vergasung ist Energie nötig, die die Umwelt zusätzlich belastet. Die Forscher aus Singapur wollen das zumindest teilweise verhindern.

Die Wissenschaftler leiten das Erdgas zunächst in einen Wärmetauscher. Hier gewinnen sie die Kälteenergie zurück und speichern sie in einem sogenannten Kryotank. Das Volumen von Erdgas vergrößert sich beim Übergang von flüssig auf fest um das 600-Fache. Das lässt sich in einer Turbine nutzen, die Strom erzeugt.

Gekoppelt ist sie mit einer zweiten Turbine, in der das Gas verbrannt wird. Die dabei frei werdenden Kräfte werden zusätzlich zur Stromerzeugung genutzt. Die elektrische Energie wird direkt verbraucht oder in einer Batterie gespeichert. Wenn die Abgase die Turbine verlassen, sind sie noch so heiß, dass sie genutzt werden können, um Gebäude zu beheizen und warmes Wasser zu erzeugen. Bei Überschussproduktion soll Wärme in einem Speicher zwischengelagert werden.

Kälteenergie verwenden
Ein Teil der Kälteenergie soll genutzt werden, um CO2 aus dem Rauchgas zu entfernen. Da es bei einer Temperatur von minus 57 Grad flüssig wird, reicht die Kälte des flüssigen Erdgases aus, um CO2 einzufangen. Es kann als Rohstoff in der Chemie genutzt oder in tiefen geologischen Formationen eingelagert werden.

Die Kälteenergie aus dem Kryotank soll genutzt werden, um Kühlhäuser zu versorgen, sodass sie weniger Strom verbrauchen. Sie ist auch für die Klimatisierung von Bürogebäuden, Wohnhäusern und vor allem für Rechenzentren geeignet, die 37 Prozent des Stroms nutzen, um Kälteenergie herzustellen. Das System ist darauf ausgelegt, die CO2-Emissionen des Stadtstaates bis zum Jahr 2030 wie geplant um 36 Prozent zu reduzieren. Referenzjahr ist 2005. Derzeit werden in Singapur pro Jahr rund 55 Mio. Tonnen CO2 frei.

HyperHybrid-Auto in Funktion – Die Zukunft der Elektromobilität – Mit einer Stellungnahme von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

Antwort an Obrist, dem Produzenten der beiden Prototypen auf Basis von HyperHybrid, als ökologische Alternative zum reinen Elektroauto mit schwerlastigen und teuren Batterien:

Das Video habe ich mir angesehen. Als Redakteur und Filmemacher möchte ich Ihnen wirklich ein Kompliment machen. Leider fehlen ihm wesentliche Aussagen:

  • Zunächst einmal die Regeneration beim Bremsen, die die Reichweite auch wesentlich verlängert.
  • Der extrem geringe Verbrauch (2 Liter auf 100 Kilometer – und beim Zwischenladen auf längeren Strecken sogar noch weniger). Mit einer Tankfüllung von 30 Litern werden über 1000 Kilometer erreicht, ohne Zwischenstop
  • Die Möglichkeit z. B. mit regenerativem Methanol zu verwenden und dadurch wesentlich bessere Ökobilanz als jedes Elektroauto
  • Um den Innenraum zu heizen und zu kühlen, braucht man keinen kostbaren Batteriestrom
  • Der unschlagbare Preis – ein Kleinauto unter 15.000 € und ein Mittelklasseauto unter 25.000 €,

Für mich die wichtigste Eigenschaft:

  • Der deutschen Automobilindustrie werden Milliarden von Investitionen, die bei reiner Elektromobilität jeglichen Aufschwung nach Corona bremsen, Deutschland könnte seinen Vorsprung in der Motorentechnologie weltweit bewahren.

Das alles mit dem gleichen Komfort und Fahrgefühl wie beim reinen Elektroauto.

Meines Erachtens wurde auch der Unterschied zwischen einem üblichen Plug-in-Hybrid und dem HyperHybrid nicht so deutlich, wie es hätte sein können, herausgestellt. Frank Obrist wies zwar kurz darauf hin, aber leider war das nur so am Rande.

Hier geht’s zum Video

Kreislaufwirtschaft: Wieviel Wiederverwertung wollen wir? – Mit einem Vorwort von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz

In dem Beitrag wird darüber berichtet, dass vor allen Dingen junge Leute – 29 und jünger – intensiv die Wiederverwertung von biologischem Abfall begrüßen und für die Endprodukte höhere Preise in Kauf nehmen würden. Aber ich denke, das geht nicht nur die jungen Menschen an, sondern auch die alten. Ich bin 83 Jahre alt und befürworte dies ganz intensiv und meine, dass auch Technologien entwickelt werden, die – wenn nicht schon vorhanden – eine ökonomische und ökologische Verwertung möglich machen. Vielleicht ist das noch viel zu wenig bekannt, dass es z. B. hervorragende Recyclinghöfe für biologischen Pflanzenabfällt gibt, im Internet unter dem Stichwort: Kompostierung und Recycling, ganz besonders die sogenannte Pflanzerde, bestehend aus Kompost, Sand und Muttererde. Das erspart auf jeden Fall teure Blumenerde aus den Garten-Centern, Super-  und Baumärkten. Für wenig Geld kann man dort seinen Garten auf Vordermann bringen. Natürlich lassen sich auch viele andere Abfälle zur Rohstoff-Gewinnung recyclen, insbesondere Energie.

Ihr Jean Pütz

(Wissenschaftsjahr) – 78,2 Prozent der deutschen Bevölkerung befürworten eine möglichst vollständige Wiederverwertung von Produkten, auch wenn diese dadurch teurer würden. Das ergab eine repräsentative Umfrage, die das Meinungsforschungsunternehmen Civey im Auftrag des Wissenschaftsjahres 2020/21 – Bioökonomie durchgeführt hat. Besonders hoch ist die Zustimmung in der Altersgruppe der unter 29-Jährigen (85,1 Prozent). Eine Hürde zeichnet sich allerdings bei der Nutzung biologischer Abfälle für die Produktion von Gütern ab. Deren Potential ist aus Sicht der Bioökonomie besonders vielversprechend. Gerade hier sind die Befragten aber deutlich zurückhaltender: Fast die Hälfte (43,1 Prozent) stehen der Verwertung biologischer Abfälle unentschieden (17,2 Prozent) oder negativ (25,9 Prozent) entgegen – ein Spannungsfeld?

„Die Bioökonomie ist ein wichtiger Treiber, um unsere Wirtschaft widerstandsfähiger und nachhaltiger zu gestalten. Im Bereich der Wiederverwertung kann innovative Forschung diesen Prozess entscheidend unterstützen“, so Prof. Dr. Martin Kranert, Lehrstuhlinhaber für Abfallwirtschaft und Abluft an der Universität Stuttgart. „Ziel unseres Projekts ‚RUN‘ ist es beispielsweise, Stoffkreisläufe zwischen Stadt und Land zu schließen. Um derartige Projekte in die Praxis zu überführen, erfordert es aber auch Akzeptanz gegenüber neuen, auf den ersten Blick ungewöhnlichen Verfahren. Neben der Forschung ist daher auch der Dialog mit der Gesellschaft wichtig. Hier können Chancen aufgezeigt und Vorbehalte aufgeklärt werden.“

Themen wie Abwasser und Müll werden eher selten mit Innovationen in Verbindung gebracht. In der Bioökonomieforschung eröffnet sich hier aber ein weites Fachgebiet mit vielfältigen Ansätzen, die unseren Rohstoffverbrauch senken und unsere Wirtschaft unabhängiger von globalen Rohstoffströmen machen können.