Lux Research: mit Speichern kombinierte Solaranlagen im Kommen

11.09.2013: Der weltweite Markt für Solarsysteme mit integrierten Energiespeichern

wird bis 2018 ein Volumen von 2,8 Milliarden Dollar (2,1 Milliarden Euro) erreichen.

Das erwartet das Marktforschungsunternehmen Lux Research. In fünf Jahren werde

die jährlich installierte Leistung von kombinierten Systeme 711 Megawatt erreichen,

davon gut 95 Prozent oder 675 Megawatt an netzgekoppelten Anlagen, heißt es in

einem neuen Bericht. Vor allem kombinierte Solarsysteme mit Speichern fü den

Hausgebrauch werden nach Ansicht der Analysten den Markt fü die nähsten füf

Jahre bestimmen. Fü das Marktsegment rechnen sie im Jahr 2018 mit einem

Volumen von 328 Megawatt. Den »Solar-Plus-Speicher-Markt« werde im Jahr 2018

Japan mit rund 381 Megawatt installierter Leistung anfüren. Fü Deutschland werden

94 Megawatt, fü die USA 75 Megawatt erwartet. Insbesondere das deutsche

Energiespeicher-Föderprogramm und vergleichbare Programme in den USA werden

den Markt innerhalb der nähsten Jahre antreiben, so Lux Research.

© PHOTON

Sand, Kies, Kohle, Streusalz oder
Diamanten, Getreide, Zucker, Kaffee oder Weintrauben sowie Müll – viele
unserer Alltagsgüter sind mehr oder weniger körniger Natur. Um dieses
Schüttgut  nach Qualität und Größe zu ordnen, muss es aufwendig sortiert
werden. Zehntausende Bandsortieranlagen rattern zwischen Elbe und Isar.
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des
Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung
(IOSB) haben ein System entwickelt, das sehr viel schneller, billiger
und sorgfältiger sortiert als bisher.

Ob Bau, Logistik, Chemie oder Landwirtschaft,
Schüttgut wird in fast allen Branchen verarbeitet. Angesichts der
großen Zahl der Anlagen, könnte eine Verbesserung der überall nötigen
Sortiervorgänge Milliarden einsparen: „Der wirtschaftliche Nutzen dieses
Projekts ist kaum zu überschätzen, es könnten enorme Ressourcen
eingespart werden“, sagt Professor Uwe Hanebeck vom Lehrstuhl für
Intelligente Sensor-Aktor-Systeme (ISAS) am KIT über die neue
Technologie. Diese kann aufgrund des Bewegungsverhaltens der zu
sortierenden Objekte eine wesentlich genauere Klassifizierung vornehmen
als herkömmliche Sortiersysteme. Seitens der Industrie sei bereits
großes Interesse an der neuen Technologie signalisiert worden, so
Professor Thomas Längle, Projektverantwortlicher am Fraunhofer IOSB.   

„Klassische Bandsortieranlagen scannen das zu
sortierende Material mit einer Kamera, ungewollte Teile werden mit
Druckluftdüsen herausgeblasen“, erklärt Georg Maier vom IOSB. Das
Problem: Die heute eingesetzten Kameras erfassen die Objekte nur auf
einem kurzen Abschnitt des Bandes, was nur eine grobe Klassifizierung
zulässt. Die Folge ist, dass oft mehrere Sortierdurchläufe notwendig
sind, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen.

Das Team um Längle und Hanebeck hat nun ein
Sortiersystem entwickelt, bei dem Kameras aus unterschiedlichen
Perspektiven das Schüttgut genauer erfassen. So können Objekte
unterschiedlicher Klassen besser unterschieden werden. Darüber hinaus
sagen Algorithmen auf Basis der Bilder voraus, wie sich die Objekte auf
dem Band bewegen werden. Fremdkörper lassen sich so deutlich
zielsicherer aussortieren.

Die Vorteile des neuen Sortiersystems
verdeutlicht Benjamin Noack vom ISAS am Beispiel von Kugeln und
Halbkugeln: „Von oben sehen sie zwar gleich aus. Während Halbkugeln aber
im Regelfall auf dem Band liegenbleiben, verhalten sich Kugeln unruhig,
was den Sortiervorgang zusätzlich erschwert. Von der Seite betrachtet
hingegen, lassen sich Kugeln und Halbkugeln unterscheiden.“ Zusätzlich
könne das System jetzt deren jeweiliges Verhalten vorhersehen, seinen
Betrieb optimal danach ausrichten – also auch besser ordnen, so Noack
weiter.

Die Wissenschaftler haben außerdem einen Weg
gefunden, die Genauigkeit bestehender Sortiersysteme schnell und
kostengünstig zu erhöhen. „Dafür ist lediglich ein Softwareupdate
notwendig“, erklärt Hanebeck.

Neben KIT und IOSB an dem Projekt beteiligt
sind die Ruhr-Universität Bochum (RUB) sowie die Technische Universität
Berlin (TUB), wo Forscher sich insbesondere mit der realistischen
Simulation von Schüttgut und der numerischen Auslegung von Sortierern
befassen.

Solarzellen aus Perowskiten erreichen
inzwischen hohe Wirkungsgrade: Sie wandeln über 20 Prozent des
einfallenden Lichts direkt in nutzbaren Strom um. Auf der Suche nach den
zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen haben Forscher am
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) nun in Perowskit-Schichten
streifenförmige Nanostrukturen mit sich abwechselnden elektrischen
Feldern nachgewiesen, die als Transportpfade für Ladungen dienen
könnten. Darüber berichten sie im Journal Energy & Environmental
Science. (DOI: 10.1039/c7ee00420f)

Die von den Karlsruher Forschern verwendeten
Perowskite sind metallorganische Verbindungen mit spezieller
Kristallstruktur und hervorragenden photovoltaischen Eigenschaften. So
haben Perowskit-Solarzellen seit ihrer Entdeckung 2009 eine rasante
Entwicklung durchlaufen und erreichen inzwischen Wirkungsgrade von über
20 Prozent. Dies macht sie zu einer der vielversprechendsten
Photovoltaik-Technologien. Die Forschung an Perowskit-Solarzellen steht
allerdings noch vor zwei Herausforderungen: die lichtabsorbierenden
Schichten robuster gegen Umwelteinflüsse zu machen sowie das darin
enthaltene Schwermetall Blei durch umweltfreundlichere Elemente zu
ersetzen. Dazu bedarf es tieferer Einblicke in die physikalischen
Mechanismen, die es ermöglichen, dass Perowskite einen so hohen Anteil
der absorbierten Solarenergie in elektrische Energie umwandeln.

Ein multidisziplinäres Team von Forschern des
KIT um Dr. Alexander Colsmann, Leiter der Arbeitsgruppe Organische
Photovoltaik am Lichttechnischen Institut (LTI) und am
Materialwissenschaftlichen Zentrum für Energiesysteme (MZE), hat nun
Perowskit-Solarzellen mithilfe der Piezoresponse Force Microscopy, einer
besonderen Rasterkraft-Mikroskopietechnik, vermessen und dabei in den
lichtabsorbierenden Schichten ferroelektrische Nanostrukturen
nachgewiesen. Ferroelektrizität bedeutet, dass Kristalle eine
elektrische Polarisation besitzen. Dabei bilden die ferroelektrischen
Kristalle Bereiche mit gleicher Polarisationsrichtung, sogenannte
Domänen. Die Karlsruher Wissenschaftler beobachteten, dass der
Bleihalogenid-Perowskit während der Entstehung dünner Schichten rund 100
Nanometer breite streifenförmige ferroelektrische Domänen mit sich
abwechselnden elektrischen Feldern bildet. Diese alternierende
elektrische Polarisation im Material könnte eine entscheidende Rolle
beim Transport der photogenerierten Ladungen aus der Solarzelle heraus
spielen und somit die besonderen Eigenschaften der Perowskite in der
Photovoltaik erklären.

„Die ferroelektrischen Strukturen in der
Größe von wenigen zehn Nanometern könnten nahezu perfekt getrennte
Transportpfade für Ladungen in der Solarzelle bilden“, erklärt Alexander
Colsmann. Nach derartigen Strukturen suchen Forscher schon seit Jahren,
um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern. „In
Perowskit-Solarzellen entstehen diese Strukturen unter gewissen
Bedingungen offensichtlich von selbst“, sagt Professor Michael J.
Hoffmann, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Keramische
Werkstoffe und Technologien (IAM-KWT) des KIT. Er kennt ähnliche
ferroelektrische Strukturen aus der Keramikforschung. Theoretische
Arbeiten anderer Forscher hatten diese vorteilhaften Nanostrukturen
zuvor bereits vorhergesagt. Bisher war der Nachweis jedoch ausgeblieben.
Die Wissenschaftler des KIT untersuchten die Ferroelektrizität von
Bleihalogenid-Perowskiten im Rahmen des von der Baden-Württemberg
Stiftung finanzierten Projekts „NanoSolar“. Ihre Ergebnisse
veröffentlichten sie in der renommierten Zeitschrift Energy &
Environmental Science.

Holger Röhm, Tobias Leonhard, Michael J.
Hoffmann and Alexan¬der Colsmann: Ferroelectric domains in
methylammonium lead iodide perovskite thin-films. Energy & Environmental Science, 2017 (DOI: 10.1039/c7ee00420f)

San Diego (pte/07.04.2005/18:00) – Die Firma Sony lässt sich ein Gerät
für die sensorische Datenübermittlung direkt ins Gehirn patentieren,
berichtet die amerikanische Zeitschrift NewScientist
http://www.newscientist.com. Dadurch wird die Vorstellung, dass User
bei Computerspielen und Filmen die wahrgenommen Bilder auch riechen,
schmecken und sogar fühlen können, vielleicht gar nicht so abwegig.

Die geplante non-invasive Technik soll es ermöglichen,
Ultraschall-Impulse an bestimmte Regionen des Gehirns zu übermitteln.
Dadurch entstehen "sinnliche Wahrnehmungen" wie zum Beispiel bewegte
Bilder, Geschmäcker oder Geräusche. In weiterer Folge könnte die
Technik auch genutzt werden um blinden oder hörgeschädigten Personen
die Möglichkeit zum Sehen oder Hören zu geben, so das Patent.

Während Gehirnimplantate eine immer ausgereiftere Technik erreichen,
befinden sich die Möglichkeiten der non-invasiven Manipulation des
Gehirn noch im Anfangsstadium. Derzeit gibt es nur die Methode der
transkranialen magnetischen Stimulation, welche anhand von schnell
wechselnden Magnetfeldern in der Lage ist, Strömungen in das Gehirn zu
induzieren. Jedoch können die Magnetfelder nicht konzentriert nur auf
einen bestimmten Teil des Gehirn wirken, während Ultraschallwellen dazu
fähig wären.

Wenn die von Sony beschriebene Methode wirklich funktioniert, könnte
sie vielfältige Anwendungsgebiete im Bereich der Forschung und der
Medizin finden, selbst wenn die Technik nicht in der Lage wäre,
sinnliche Erfahrungen detailgetreu genug für Unterhaltungszwecke zu
übermitteln.

Die vom Unternehmen preisgegeben Informationen sind jedoch spärlich. So
weigert sich das Unternehmen Interviews mit dem in San Diego –
Kalifornien – sesshaften Erfinder dieser Technik zu erlauben. Niels
Birbaumer von der Universität Tübingen http://www.uni-tuebingen.de,
einer der führenden Experten im Bereich der Neurowissenschaften,
beschreibt das Potenzial der Erfindung als viel versprechend. "Ich habe
es mir angesehen und finde es sehr plausibel", erklärte der Experte,
der selbst ein Gerät entwickelt hat, das Menschen via Gehirnwellen
Apparate kontrollieren lässt.

Präzise gefertigtes Titan-Teil aus neuem 3D-Druckverfahren (Foto: prodways.com)

Grenoble (pte020/05.10.2016/12:35) –

Der 3D-Druck-Spezialist Prodways http://prodways.com hat gemeinsam mit dem französischen Forschungsinstitut CEA-LITEN http://liten.cea.fr ein neues Verfahren für Metallteile entwickelt. Damit wird es möglich,
metallische Objekte bis zu fünfmal schneller herzustellen als mit heute
verfügbaren Methoden. Als weitere Vorteile werden ein höherer
Präzisionsgrad in der Fertigung, die Möglichkeit, mit verschiedenen
Metallen zu arbeiten sowie niedrigere Energie- und Produktionskosten
genannt. Ein erster Testlauf mit Titan verlief erfolgreich.

"Gewaltiger Schritt vorwärts"

"Unser Team für Forschung und Entwicklung arbeitet nun
bereits seit zwei Jahren mit CEA-LITEN zusammen, um ein vollkommen neues
Verfahren für den 3D-Metalldruck zu entwickeln", heißt es von Prodways.
Obwohl die Arbeit an dem innovativen Prozess noch lange nicht
abgeschlossen sei, zeige er schon jetzt sein vielseitiges Potenzial.
"Wir haben es bei diesem Projekt nun erstmals geschafft, einige Teile
aus Titan erfolgreich mittels des neuen Verfahrens herzustellen",
schildert das Unternehmen

Die erzielten Ergebnisse seien "sehr vielversprechend"
und "ein gewaltiger Schritt vorwärts". "Wenn wir diese Technologie schon
jetzt auf die volle Produktion ausrollen könnten, würden sich
substanzielle Vorteile ergeben, die die höchsten Leistungsansprüche von
aktuell verfügbaren Methoden deutlich übersteigen würden", betont
Prodways. Bis dahin müssten allerdings noch einige größere
Herausforderungen gemeistert werden.

Noch keine genauen Details

Bei all diesen Vorschusslorbeeren halten sich die
Experten allerdings noch mit genaueren Details zu ihrem
3D-Druckverfahren für Metall zurück. Bekannt ist lediglich, dass diese
zumindest zum Teil auch auf die hauseigene MOVINGLight-Technologie
setzt, die hauptsächlich zur Produktion von Gussteilen mittels
Wachsausschmelzverfahren eingesetzt wird. Als Ergänzung dazu wird
offensichtlich eine Kombination aus organischen Bindemitteln und
verschiedenen Metallpulvern verwendet, um die gewünschten Teile indirekt
zu drucken.

Indirekt bedeutet in diesem Fall, dass per 3D-Druck
spezielle Werkzeuge und Teile wie Master-Musterformen "mit extrem
komplexen Abmessungen" gefertigt werden können. Diese lassen sich in
weiterer Folge wiederum gut nutzen, um große Mengen von Metallteilen zu
produzieren. "Auf diese Weise verbinden wir die Fähigkeiten eines
3D-Druckers, hochqualitative und komplexe Komponenten zu fertigen, mit
den Möglichkeiten einer auf große Volumen angelegten
Produktionskapazität zu einer perfekten Synergie verschiedener
Technologien."

Meteoriteneinschläge und geologische
Formationen: Bislang ging es bei der Erkundung des Mars um dessen
Oberfläche. Bei der Mission „InSight“ der NASA und europäischer Partner,
die am 5. Mai 2018 startet, stehen nun die „inneren Werte“ des roten
Planeten im Fokus: Wie groß ist sein Kern? Ist dieser flüssig wie der
äußere Erdkern oder fest wie der innere Erdkern? Wie mächtig ist die
Kruste? Den Aufbau des Mars untersucht die NASA unter anderem mit dem
hochempfindlichen Instrumenten-Paket SEIS mit sechs Seismometern. Das
Qualifying-Model oder „Schwestergerät“ eines der Seismometer wird in
dieser Woche am Geowissenschaftlichen Gemeinschaftsobservatorium (Black
Forest Observatory, BFO) in Schiltach getestet, einer gemeinsamen
Einrichtung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der
Universität Stuttgart.

Dem Aufbau des Mars wollen die
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Aufzeichnungen von
Marsbeben näher kommen. Dazu wird bei der InSight-Mission das
Instrumentenpaket SEIS im Einsatz sein: Teil des Pakets sind sechs
Seismometer, drei kurzperiodische, d. h. für Schwingungen bis 100 Hertz
geeignet, und drei breitbandige, d. h. für Schwingungen bis 10 Hertz
geeignet. „Mit jeweils einem Dreierset lässt sich die Bodenbewegung in
der vertikalen und in zwei horizontalen Richtungen erfassen“, sagt
Rudolf Widmer-Schnidrig vom BFO. Entwickelt haben die Marsseismometer
Ingenieure im französischen Toulouse und Pasadena, USA, in
hochtechnisierten Reinraum-Laboren – im Geowissenschaftlichen
Gemeinschaftsobservatorium des KIT und der Universität Stuttgart können
sie die Messinstrumente nun unter optimalen terrestrischen Bedingungen
charakterisieren. Beim nun laufenden zweiten Test geht es um die
Leistungsfähigkeit eines der Breitband-Seismometer, nachdem vor einem
Jahr am BFO bereits zwei kurzperiodische Seismometer getestet wurden.
„Am BFO haben wir exzellente Messbedingungen: Die Bodenunruhe ist
besonders gering und wir betreiben Seismometer, deren Daten zu den
rauschärmsten im globalen Vergleich gehören“, so Widmer-Schnidrig. Zudem
sei das BFO eines der wenigen seismologischen Observatorien, in denen
Wissenschaftler und Techniker vor Ort arbeiten. „Damit können wir bei
Instrumententests jederzeit Support leisten, der an anderen seismischen
Stationen nicht vorhanden ist.“

Das Stollensystem des ehemaligen Erzbergwerks
in Schiltach im Schwarzwald liegt vollständig im Granit. Der innere
Teil des Stollens, der die Messkammern für die Instrumente enthält, ist
durch zwei Druckschleusen von der Außenwelt abgeschirmt. Dieser Teil des
Stollens liegt etwa 150 Meter unter der Erdoberfläche. Die dadurch
erreichte Abschirmung der Instrumente vor dem Einfluss direkter
Luftdruck- und Temperaturschwankungen sowie eine Entfernung von mehr als
fünf Kilometer zu zivilisatorischen Störquellen (Industrie, Verkehr)
machen das BFO zu einem außergewöhnlich ruhigen Messstandort.

Wie der Magnetismus ins Universum kommt

Strömungen
flüssiger Metalle sind in der Lage, Magnetfelder zu generieren. Dieser
sogenannte Dynamo-Effekt lässt kosmische Magnetfelder entstehen, wie sie
bei Planeten, Monden oder auch Asteroiden vorkommen. Ein weltweit
einmaliges Experiment, in dem eine Stahltrommel mit mehreren Tonnen
flüssigem Natrium um zwei Achsen rotiert, soll diesen Effekt in den
nächsten Jahren am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) im Labor
belegen. Eine Studie, die vor kurzem in der Fachzeitschrift „Physical
Review Letters“ veröffentlicht wurde, bestätigt die Erfolgsaussichten
für das Experiment.

Ähnlich wie ein
Fahrraddynamo Bewegung in Strom umwandelt, können bewegte leitfähige
Flüssigkeiten Magnetfelder erzeugen. Ob dabei tatsächlich ein Magnetfeld
generiert wird, darüber entscheidet vor allem die sogenannte
magnetische Reynoldszahl (das Produkt aus Strömungsgeschwindigkeit sowie
Ausdehnung und Leitfähigkeit der Flüssigkeit). Wissenschaftler im Team
um Dr. Frank Stefani vom Institut für Fluiddynamik des HZDR wollen in
einem spektakulären Experiment den kritischen Wert erreichen, der für
das Auftreten des Dynamo-Effekts erforderlich ist. Hierfür werden sich
acht Tonnen flüssiges Natrium in einem Stahlzylinder mit zwei Metern
Durchmesser bis zu zehnmal pro Sekunde um eine Achse und einmal pro
Sekunde um eine zweite, dazu geneigte Achse drehen. Der Fachbegriff für
diese Bewegung, die häufig mit einem gekippten, sich drehenden
Kinderkreisel verglichen wird, lautet Präzession.

„Unser Experiment an
der neuen DRESDYN-Anlage soll den Nachweis liefern, dass die Präzession
als natürlicher Antrieb einer Strömung ausreicht, um ein Magnetfeld zu
erzeugen“, sagt Dr. André Giesecke, Erstautor der Studie. In den von ihm
erstellten Simulationen sowie in begleitenden Wasserexperimenten – die
Modellanlage war im Vergleich zum großen Dynamo um den Faktor sechs
kleiner – untersuchten die Wissenschaftler die Struktur der durch
Präzession getriebenen Strömung. „Zu unserer Überraschung konnten wir in
einem gewissen Bereich der Präzessionsrate eine symmetrische
Doppelrolle beobachten, die schon bei einer magnetischen Reynoldszahl
von 430 einen Dynamo liefern sollte“, so der Physiker.

Ungelöst: Die Rolle der Präzession für den Geodynamo

Das Zentrum der Erde
besteht aus einem festen Kern, der von einer Schicht aus flüssigem Eisen
umgeben ist. „Das strömende Metall induziert einen elektrischen Strom,
der wiederum das Magnetfeld hervorruft“, erklärt André Giesecke. Die
gängige Meinung lautet, dass auftriebsgetriebene Konvektion, zusammen
mit der Rotation der Erde, für diesen Geodynamo verantwortlich ist.
Welche Rolle die Präzession für die Entstehung des Erdmagnetfeldes
spielt, ist jedoch noch völlig ungeklärt. Die Rotationsachse der Erde
ist um etwa 23 Grad gegenüber ihrer Bahnebene geneigt. Mit einer Periode
von rund 26.000 Jahren ändert die Rotationsachse ihre Lage. Diese
Taumelbewegung im All, die Präzession, wird als eine der möglichen
Energiequellen für den Geodynamo diskutiert. Auch der Mond hatte vor
vielen Millionen Jahren ein starkes Magnetfeld. Darauf weisen
Gesteinsproben früherer Apollo-Missionen hin. Experten zufolge könnte
die Präzession hierfür die hauptsächliche Ursache gewesen sein.

2020 sollen die
Experimente mit flüssigem Natrium am HZDR starten. Im Unterschied zu
früheren Laborexperimenten zum Geodynamo wird es im Inneren der
Stahltrommel keinen Propeller geben, wie er noch im ersten erfolgreichen
Dynamo-Experiment im Jahr 1999 in Riga verwendet wurde, an dem die
Wissenschaftler des HZDR maßgeblich beteiligt waren. Dieses und weitere
Experimente in Karlsruhe und Cadarache in Frankreich waren
Pionierarbeiten auf dem Weg zum besseren Verständnis des Geodynamos.

„Prinzipiell können wir
für die Experimente an DRESDYN drei unterschiedliche Parameter
einstellen: Rotation, Präzession und den Winkel zwischen den beiden
Achsen“, erläutert Giesecke. Er und seine Kollegen erwarten zum einen
Antworten auf die fundamentale Frage, ob Präzession tatsächlich ein
Magnetfeld in einem leitfähigen Fluid erzeugt. Zum anderen interessieren
sie sich dafür, welche Komponenten der Strömung ursächlich für die
Entstehung des Magnetfeldes sind oder wann die Sättigung eintritt.

Doppelte Rollen im Behälter

„In  Simulationen
hatten wir festgestellt, dass in weiten Parameterbereichen stehende
Trägheitswellen auftreten. In einem bestimmten Bereich haben wir nun
aber eine charakteristische Doppelrollenstruktur beobachtet, die sich
für den Dynamoeffekt als extrem effizient erweist. Eine solche
Geschwindigkeitsstruktur kennt man prinzipiell auch vom französischen
Dynamo-Experiment, bei dem sie allerdings durch zwei Propeller künstlich
erzeugt wird, während sie sich in unserem Präzessionsexperiment von
selbst einstellt.“

Für die Vermessung der
Strömungsstruktur verwendeten die HZDR-Forscher eine spezielle
Ultraschall-Technik. „Wir waren sehr überrascht, wie gut die Daten aus
Experiment und Simulation übereinstimmen. Damit haben wir eine sehr
robuste Vorhersage für das große DRESDYN-Experiment. Wir wissen
beispielsweise, bei welchen Rotationsraten der Dynamo-Effekt eintritt
und welche Magnetfeld-Strukturen wir erwarten können“, sagt Giesecke.

Die
Wissenschaftsgemeinde, die sich mit Dynamos beschäftigt, wartet
jedenfalls schon gespannt auf die Ergebnisse des geplanten Experiments,
welches sich in vielerlei Hinsicht am Rand des technisch Machbaren
bewegt. „Wir versprechen uns aber auch detaillierte Einblicke in die
generelle Dynamik von Flüssigmetall-Strömungen unter dem Einfluss von
Magnetfeldern. Damit werden Rückschlüsse auf Strömungen im industriellen
Bereich möglich sein“, so Giesecke. Nicht zuletzt ist die am HZDR im
Rahmen der Dynamo-Forschung entwickelte magnetische Strömungstomographie
für unterschiedlichste Bereiche im Stahlguss und der Kristallzüchtung
interessant. Die Arbeiten wurden teilweise durch die Helmholtz-Allianz
LIMTECH gefördert.

Persönliche Bemerkung:

Die sogenannte CO2-Abgabe von Braunkohle-Kraftwerken soll gerechte Verteilung der
Umweltkosten und marktwirtschaftliche Lösungen ermöglichen. Sollten diese
Kraftwerke in der Energiekommission abgeschafft werden, wird das unweigerlich
wegen der Versorgungssicherheit zu mehr Produktion aus Kraftwerken in Polen,
Tschechien, Holland usw. führen. Das ist insofern ungerecht, als dann diese
Abgaben den genannten Ländern zufließen und Deutschland leer ausgeht. Ich
möchte die Nebenwirkung einmal als bedenkenswert zur Diskussion stellen.

Was CO2-Abgaben bewirken, können Sie dem folgenden Artikel entnehmen.

Jean Pütz

CO₂ Abgabe e.V. fordert Schieflage der Energiekosten zu
beseitigen
Lessenich: Energiesteuerreform führt zu mehr sozialer Gerechtigkeit

Eine Reform der Energiesteuern kann die Kosten der Energiewende sozial gerechter
verteilen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie des CO₂ Abgabe e.V.
in Zusammenarbeit mit der Ludwig-Maximilian-Universität (LMU) München zu den
Wirkungen und Verteilungseffekten einer CO₂-Bepreisung auf Haushalte
und Pendelnde.

„Von einer aufkommensneutralen Neuausrichtung bestehender Energiesteuern und -umlagen
profitieren besonders Menschen mit geringem Einkommen. Damit kommt die
Energiesteuerreform unmittelbar dem Klimaschutz zugute und führt gleichzeitig
zu mehr sozialer Gerechtigkeit“, sagte Prof. Dr. Stephan Lessenich von der LMU,
Mitautor und Beirat des CO₂ Abgabe e.V. anlässlich der Präsentation
der Studienergebnisse in Berlin. Voraussetzung für die Entlastung sei eine
umfassende Gegenfinanzierung und damit der Wegfall bestehender Steuern und
Umlagen aus den Einnahmen der CO₂-Steuer.

Der Studie des CO₂ Abgabe e.V. zufolge ist bei einkommensschwachen
Haushalten der Anteil der Energiekosten am Gesamteinkommen generell deutlich
höher als bei einkommensstarken Haushalten. „Empfänger von Hartz IV oder
Transfergeldleistungen würden daher besonders von einer Strompreissenkung
profitieren. Da nach der geltenden Rechtslage die Steigerung der Wärmekosten
erstattet würde, kann ein CO₂-Preis bei gleichbleibendem Regelsatz
dauerhaft zu einer Entlastung führen“, erläuterte Lessenich. Den Preis auf
Treibhausgase würden die zahlen, die auch weiterhin fossile Energien nutzen.
Dazu gehören im Bereich der Haushalte vor allem jene mit viel Wohnfläche,
fossil betriebenen Heizungen, großen, spritschluckenden PKWs und Vielfliegende.

Für Pendelnde würde die jetzige Entlastung durch die Entfernungspauschale mit einer
CO₂-Bepreisung geringer ausfallen. „Da Personen mit höherem
Einkommen wesentlich stärker von der Entfernungspauschale profitieren als
solche mit niedrigerem Einkommen, fällt dies für höhere Einkommen kaum ins Gewicht“,
erklärte Dr. Jörg Lange, Vorstand des CO₂ Abgabe e.V. Pendelnde mit
geringem Einkommen sollten daher zusätzlich über Härtefallregeln entlastet
werden. Wenn der finanzielle Ausgleich sozialer Härten auf Autopendelnde mit
niedrigem Einkommen begrenzt würde, könnten insgesamt sogar Kosten eingespart
werden, so Lange.

Der CO₂ Abgabe e.V. rief die Bundesregierung zu einer zügigen Energiesteuerreform auf. „Mit der Umsetzung
des Klimaschutzplans 2050 und der geplanten Verabschiedung eines neuen Klimaschutzgesetzes
hat die Regierung die Chance, mit einer Reform der bisherigen Steuern und
Umlagen auch eine wirksame CO₂-Abgabe einzuführen, die den
Kohleausstieg flankieren muss“, forderte Lange. Vom Bundesrechnungshof über
die Kommission der Bundesregierung zur Energiewende bis hin zum
Sachverständigenrat für Wirtschaftsfragen würden wirksame Preise auf
klimaschädliche Treibhausgase gefordert, um die Ziellücke beim Klimaschutz zu
schließen. Die Zeit sei daher reif für wirksame Preise auf CO₂, so
Lange.

Eine gute Beleuchtung von Büroräumen und anderen Arbeitsstätten ist ein wichtiger Faktor für die Sicherheit und das Wohlbefinden von Menschen. Künstliches Licht ist häufig zu schwach oder zu unnatürlich, um Innenräume optimal auszuleuchten. Eine gleichmäßige Ausleuchtung mit Tageslicht wird durch optische Mikrostrukturen in Fenstern oder Fassadenelementen möglich gemacht. Diese lenken das Tageslicht gezielt um und sorgen so für eine optimale Nutzung des natürlichen Lichtes. Zusätzlich sorgt die Lichtarchitektur mittels Hightech nicht nur für eine angenehme und sichere Arbeitsatmosphäre sondern sie hilft darüber hinaus, Energie zu sparen, weil weniger künstliche Lichtquellen eingesetzt werden müssen.

Welche Potenziale optische Mikrostrukturen bieten, das wird im Rahmen der Veranstaltungsreihe „Regionale Produktionspartnerschaften“ am 14. Dezember 2010 an der TU Dortmund vorgestellt. Die Wirtschaftsförderung Dortmund und der IVAM Fachverband für Mikrotechnik laden alle Interessierten herzlich ein, an der Veranstaltung teilzunehmen. Die Veranstaltungsreihe „Regionale Produktionspartnerschaften“ wurde im Herbst 2009 ins Leben gerufen um insbesondere die Partnerschaften in der Region anzuregen. Kennzeichen der Reihe: Jede Veranstaltung hat einen anderen Fokus und findet jeweils an themenspezifischen Orten statt.

Magnetwirbel-Antennen für drahtlose Datenwege

Dreidimensionale Magnetwirbel entdeckten Wissenschaftler des
Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit Kollegen des
Paul Scherrer Instituts (PSI) im Rahmen einer internationalen
Kooperation. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift �Physical
Review Letters� veröffentlicht (DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.177201).
Wirbelzustände sind mögliche Antennen für die ultraschnelle, drahtlose
Datenübertragung der Zukunft.

�Magnetische Wirbelzustände wurden bisher nur in zwei Dimensionen, also
innerhalb einer Fläche, beobachtet�, erklärt Sebastian Wintz, Physiker
am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Sie treten typischerweise in
nanometerkleinen Magnetscheiben auf. In einer Kooperation untersuchte
Wintz nun mit Kollegen des Schweizerischen Paul Scherrer Instituts
dreidimensionale magnetische Schichtsysteme: Die Forscher stapelten
jeweils zwei Magnetscheiben, getrennt durch eine dünne nichtmagnetische
Metallschicht, übereinander. Der spezielle Aufbau führt dazu, dass sich
alle um die Zwischenschicht herumliegenden Magnete zu gleichgerichteten,
dreidimensionalen Wirbeln anordnen � eine vollkommen neue Beobachtung.

Die Magnetwirbel helfen den Forschern, magnetische Materialien
grundlegend besser zu verstehen. Sie bieten aber auch vielversprechende
Anwendungen, zum Beispiel in der Informations- und
Kommunikationstechnologie. �Die dreidimensionalen Magnetwirbel könnten
stabile und leistungsstarke Antennen für die ultraschnelle, drahtlose
Übertragung von Informationen ermöglichen, zum Beispiel beim Mobilfunk
oder W-Lan�, sagt Wintz. Warum das so ist, verrät ein genauerer Blick in
eine einzelne Magnetscheibe sowie das am HZDR hergestellte magnetische
Schichtsystem.

In einer Magnetscheibe sind alle Magnete � wie einzelne Stabmagnete
hintereinander � im Kreis angeordnet. Auch wenn sich die Magnete nicht
bewegen, sprechen Wissenschaftler von Magnetwirbeln, eben �statischen�.
In der Mitte der Magnetscheiben, dem Wirbelkern, können sich die Magnete
nicht weiter im Kreis ausrichten; sie zeigen aus ihm heraus, entweder
nach oben oder nach unten. Ein solcher Magnetwirbel eignet sich als
Antenne für die drahtlose Datenübertragung: Legt man einen Gleichstrom
an, fängt der Wirbelkern an, sich im Kreis zu drehen. Dabei strahlt er
charakteristische elektromagnetische Wellen ab. Wird die Geschwindigkeit
aber zu hoch, wird das System instabil, die Magnetisierungsrichtung
klappt um und die Funkwelle wird unterbrochen. Die Magnete im Wirbelkern
richten sich nun in entgegengesetzter Richtung aus, beginnen wieder sich
zu drehen und senden erneut Wellen aus � bis die Geschwindigkeit wieder
zu hoch wird. Eine kontinuierliche Datenübertragung ist damit also nicht
möglich.

Das ist anders, wenn man zwei Magnetscheiben, getrennt durch eine dünne
nichtmagnetische Metallschicht, übereinander stapelt. Die Struktur ist
extrem flach; jede Magnetscheibe ist ca. zehn Nanometer dick und hat
einen Durchmesser von etwa 500 Nanometern. Die Zwischenschicht kann dazu
führen, dass in jeder Magnetscheibe die Magnete nicht genau im Kreis
zeigen, sondern entweder leicht Richtung Wirbelkern geneigt sind oder
nach außen. Je näher die Magnete an der Metallschicht liegen, desto mehr
sind sie außerdem in Richtung dieser Barriere gekippt. Und zwar so, dass
alle � sowohl über als auch unter der Zwischenschicht � in die gleiche
Richtung zeigen: Die Magnete bilden zwischen Kern und äußerem Rand einen
statischen, dreidimensionalen Wirbel um die Metallschicht herum.

Da die Magnete ganz innen fast senkrecht liegen und benachbarte Magnete
immer in die gleiche Richtung zeigen, sind auch die senkrecht stehenden
Magnete in den Wirbelkernen zweier übereinanderliegender Magnetscheiben
stets gleich ausgerichtet: Sie folgen dabei der Richtung des
Magnetwirbels. Ein einfaches Umklappen der Magnete ist dadurch nicht
mehr möglich. �Die dreidimensionalen Magnetwirbel stabilisieren die
Magnetisierung im Wirbelkern. Magnetische Schichtsysteme, wie die von
uns hergestellten, eignen sich deshalb vermutlich für Wirbelantennen
besser als vergleichbare Einzelschichten�, fasst Sebastian Wintz
zusammen. Selbst bei hohen Drehgeschwindigkeiten bleibt die magnetische
Richtung im Wirbelkern so erhalten. �Es ist denkbar, Frequenzen von mehr
als einem Gigahertz, also eine Milliarde Umdrehungen pro Sekunde, zu
erreichen. In diesem Bereich arbeiten zum Beispiel W-Lan-Netze�, so
Wintz weiter.

Um die Magnetscheiben mit hauchdünner metallischer Zwischenschicht
herzustellen, nutzte er die Elektronenstrahl-Lithografie am HZDR. �Wir
haben das seltene Metall Rhodium benutzt und schließlich die gewünschten
Eigenschaften erreicht, indem wir die Dicke und Rauigkeit der Schichten
verändert haben�. Die Magnetwirbel kamen an der Synchrotron Lichtquelle
Schweiz (SLS) des Schweizerischen Paul Scherrer Instituts zum Vorschein.
Synchrotronlicht ist eine besonders intensive Form von Licht, das in
seinen Eigenschaften genau an die Bedürfnisse eines Experiments
angepasst werden kann. Die Arbeitsgruppe von Jörg Raabe betreibt an der
SLS ein Raster-Transmissions-Röntgen-Mikroskop, es kann
Magnetisierungsrichtungen mit einer Auflösung von 20 Nanometern direkt
abbilden und die Signale zweier verschiedener magnetischer Schichten
voneinander trennen. Mit der gleichen Methode wollen die Forscher als
nächstes das Verhalten der Magnetscheiben-Paare als hochfrequente
Wirbelantennen untersuchen.

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Publikation:
S. Wintz, C. Bunce, A. Neudert, M. Körner, T. Strache, M. Buhl, A. Erbe,