1. Fernübertragungstrassen oder Speicherausbau
Grundsatzüberlegungen und Folienvortrag

Von Wolf von Fabeck

Rückblick

Die Stromwirtschaft hat Politik und Medien davon überzeugt, dass sie
das bessere Konzept hätte: Riesige Windanlagen weit draußen auf dem
Meer, wo keine Bürgerinitiative Ärger macht und der Wind (angeblich)
immer weht. Die Bundesregierung hat daraufhin 2009 ihre Unterstützung
für Bürger-Solar- und -Windanlagen an Land weitgehend zurückgenommen,
denn die Großtechnik auf dem Meer versprach mehr Strom und billigeren
Strompreis. Als sich später herausstellte, dass der geringere
Strompreis unrealistisch war, da waren die Weichen in Richtung
Offshore bereits gestellt.
Direkt nach der Fukushima Katastrophe kündigte Kanzlerin Angela Merkel
(nach einer Beratung mit den Managern der Stromwirtschaft) den Bau der
Supertrassen an, mit dem Ziel, den Atomausstieg zu flankieren.
Die Ankündigung des Fernübertragungs-Stromnetzes war eine strategische
Meisterleistung. Die Planung von Super-Stromleitungen, die den
Windstrom von der Küste bis nach Süddeutschland transportieren
sollten, überzeugte nicht nur die tonangebenden Politiker, sondern
auch viele Umweltfreunde.

Seit der Verkündung des großen Netzausbauplans geht ein tiefer Riss
durch die Umweltbewegung.
Der Bau von Ferntransporttrassen wird von vielen Umweltfreunden und
Atomgegnern als notwendiges Opfer angesehen.
Gegner des Ferntrassenbaus gelten mancherorts sogar als
realitätsfremde Idealisten, die ungewollt der Atomenergie den Weg
bereiten.
Der Bau des Fernübertragungs-Stromnetzes führt zu sonderbaren
Bündnissen: Großkraftwerksbetreiber, Netzbetreiber, Windkraftgegner
und Antiatominitiativen in einem Boot.
– Großkraftwerksbetreiber hoffen auf Fernübertragungsnetze für den
Verkauf von Strom aus ihren zentralen Kraftwerken.
– Den Netzbetreibern wird eine Rendite von etwa 9 % für das in den
Netzausbau investierte Eigenkapital garantiert.
– Illusionslose Atomgegner möchten sich lieber mit fossilem Strom als
mit Atomstrom versorgen lassen.
– Vertrauensvolle Atomgegner glauben an eine Stromversorgung
Süddeutschlands mit Offshore-Windstrom.
– Windkraftgegner hoffen vielleicht auf Windstrom ohne Windanlagen???

Der SFV lehnt das Projekt ab.

Norddeutschland kann nur bei Wind Windstrom liefern.
Das norddeutsche Windpotential reicht dann aber auch noch nicht einmal
für Norddeutschland.
Stromlieferungen über große Entfernungen sind gefährdet durch
Extremwetterereignisse, Erdbeben, Sabotage, Terrorakte und politische
Umbrüche in den Liefer- oder Transferländern
Eine Stromversorgung aus Erneuerbaren Energien kann besser dezentral
und ohne Enteignungen für neue Fernübertragungsleitungen erfolgen.
Dass die angekündigte Versorgung Süddeutschlands mit
Offshore-Windstrom nicht funktionieren kann, ist für uns beim SFV
offensichtlich, doch die technischen und energiepolitischen
Zusammenhänge sind so kompliziert, dass viele Politiker und
Verwaltungsfachleute die versteckten Mängel in der Netzausbau-Planung
nicht entdecken (ein bekanntes Problem bei Großprojekten, vom
Hauptstadtflughafen bis zur „Atommüll-Endlagerung“).

Kennen Sie die Mängel schon?

Wir wollen hier einige Planungsfehler aufzeigen.
Und wir wollen zeigen, wie vordringlich der Speicherausbau ist.

Überarbeiteter Folienvortrag "Fernleitungen oder Speicher" unter
http://www.sfv.de/pdf/Fernleitungen_oder_Speicher.pdf

Fordern Sie einen Referenten des SFV an.

Mikrokapseln im Wärmekollaps
Physiker simulieren erstmals Auswirkungen thermischer Fluktuationen

Jülich, 13. November 2012 – Ab welchem Druck fängt eine Hohlkugel an zu kollabieren? Dieses klassische Problem der Mechanik spielt auch beim Verständnis von Mikrokapseln eine Rolle, die Wirkstoffe im Körper gezielt zu einem Organ transportieren können. Anders als bei Druckkesseln oder Taucherglocken kommen dabei thermische Fluktuationen hinzu. Die mikroskopischen Schalen verformen sich unkontrolliert aufgrund dieser wärmebedingten Molekularbewegung. Unter Druck kollabieren sie deshalb eher als bisher vorhergesagt, wie Jülicher Wissenschaftler und ihre Partner an der Universität Harvard nun erstmals exakt berechnet haben. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

In den letzten Jahren wurden aus verschiedenartigen Materialien Kapseln mit einem Durchmesser von wenigen Mikro- oder Nanometern hergestellt, zum Beispiel aus elektrisch geladenen Polymeren, sogenannten Polyelektrolyten, oder aus Siliziumoxid. Ihre Dynamik und Interaktion ist entscheidend für mechanische Eigenschaften, die teilweise völlig neue Möglichkeiten bieten für Implantate, Prothesen oder maßgeschneiderte Träger für medizinische Wirkstoffe. Für die Entwicklung solcher Anwendungen ist es von Interesse, präzise vorhersagen zu können, wie sich die Kapseln unter Druck verhalten und ab welchem kritischen Wert es zum abrupten Kollaps kommt.

Die Deformation makroskopischer, starrer Kugelschalen wurde bereits vor über 50 Jahren von dem berühmten ungarisch-amerikanischen Mathematiker, Luftfahrt-Ingenieur und Physiker Theodore von Kármán sehr genau berechnet und beschrieben. Doch für den Nano- und Mikrometerbereich gilt dessen Formel nur begrenzt. „Aufgrund der thermischen Bewegung im angrenzenden Fluid sind mikroskopische Teilchen ständigen Stößen mit den umgebenden Molekülen und Atomen ausgesetzt, die sie abhängig von ihrer Elastizität und Größe unablässig verformen“, erläutert Prof. Gerhard Gompper vom Institut für Komplexe Systeme (ICS).

Die Jülicher Physiker haben gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Harvard auf Superrechnern simuliert, wie sich die Form der winzigen Kugelschalen unter Einbeziehung der thermischen Fluktuationen verändert. „Mit unseren Berechnungen konnten wir erstmals zeigen, dass thermische Fluktuationen die Stabilität tatsächlich beeinflussen, speziell dann, wenn nicht nur die Teilchen selbst, sondern auch ihre Wanddicke im Verhältnis zum Radius sehr klein ausfallen“, so der Leiter des Bereichs „Theorie der Weichen Materie und Biophysik“.

Besonders stark sind die thermischen Effekte, wenn äußere Kräfte wirken, beispielsweise ein osmotischer Druck, der durch unterschiedlich hohe Stoffkonzentrationen innerhalb und außerhalb einer Zelle hervorgerufen wird. „Die thermisch bedingten Dellen und Knicke in der Oberfläche wirken wie eine Art Sollbruchstelle, die unter Druck schnell weiter anwächst. Das führt dazu, dass sich thermisch angeregte Kugeln um bis zu 20 Prozent leichter verformen und deutlich eher kollabieren, als durch die klassische Theorie vorhergesagt“, berichtet Mitautor Dr. Gerrit Vliegenthart vom Institute for Advanced Simulation (IAS) .

Betroffen von den thermischen Effekten sind unter anderem rote Blutkörperchen, deren Anteil im menschlichen Blut etwa 50 Prozent beträgt. Auf vergleichbare Werte bezüglich Größe und Elastizität kommen auch Polyelektrolyt-Kapseln, die unter anderem in der Druckindustrie als Farbkapseln eingesetzt werden. Derzeit werden sie zudem als Medikamenten-Träger weiterentwickelt, die medizinische Wirkstoffe gezielt über die Zeit abgeben oder zu bestimmten Organen transportieren können. Am stärksten wirken sich die thermischen Fluktuationen wahrscheinlich bei einem ziemlich exotischen Material aus: Mikrokapseln aus künstlicher Spinnenseide, entwickelt von Wissenschaftlern der TU München. Ihre Hülle ist extrem reißfest und mit einer Dicke von wenigen Nanometern konkurrenzlos dünn.

Welchen Einfluss thermische Fluktuationen auf die Formstabilität haben, lässt sich Gerhard Gompper zufolge übrigens auch mit einem einfachen Experiment nachvollziehen: „Man nehme ein Blatt Papier, lege es auf den Tisch, und versuche, diagonal entgegengesetzte Kanten gegeneinander zu verschieben, was wegen der hohen Schersteifigkeit kaum gelingt. Nun zerknüllt man das Papier, streicht es fast glatt und legt es wieder auf den Tisch. Die Kanten lassen sich nun deutlich besser gegeneinander verschieben als vorher, wobei die verbliebenen Knicke im Papier den thermischen Fluktuationen entsprechen.“

Henkel präsentiert epoxidbasiertes Zinnersatz-Produkt für Karosseriereparaturen
Mit dem Zweikomponenten-Material Terokal 5010 TR präsentiert Henkel jetzt ein komplett neuartiges Verfahren zur perfekten Reparatur von Karosserieschäden, das dem Heißlöten mit Zinn weit überlegen ist. Im Allianz Zentrum für Technik konnte das unter dem Markennamen Teroson vertriebene Produkt seine Praxistauglichkeit in Versuchsreihen unter Beweis stellen.
 
 MaterialNews vom 20.09.2012 Produktauftrag von Terokal 5010 TR. Bild: Henkel AG & Co. KGaA
Produktauftrag von Terokal 5010 TR. Bild: Henkel AG & Co…  Der Einsatz von Terokal 5010 TR bedeutet für die Autowerkstatt eine enorme Arbeits- und Zeitersparnis. Da im Vergleich zum Arbeiten mit Zinn keine hohen Temperaturen auftreten, müssen Fahrzeugteile vorher nicht demontiert und nach der Reparatur wieder eingebaut werden. Die hinter der bearbeiteten Stelle liegenden Kunststoffteile bleiben auch komplett unbeeinflusst, da die Verarbeitungs- und Aushärtetemperaturen nicht höher werden, als stünde das Auto in der prallen Sonne.

Im Vergleich zu Zinn punktet Terokal 5010 TR auch mit seiner ausgezeichneten Verarbeitbarkeit und Modellierbarkeit auch an schlecht erreichbaren Stellen der Karosserie. Das Produkt wird bei Raumtemperatur verarbeitet und anschließend mit einer Infrarotwärmequelle bei 60 bis 80 Grad Celsius ausgehärtet. Anders als beim Zinn, das bei sehr viel höheren Temperaturen aufgetragen wird, bleiben auch Lack und Rostschutz rund um die Reparaturstelle an der Karosserie intakt.

Lange Verarbeitbarkeit, einfaches Anmischen

Mit Terokal 5010 TR wird das Modellieren für den Karrosseriefachmann einfacher. Dank der langen Verarbeitbarkeit von rund 80 Minuten bleibt genug Zeit, die schadhafte Stelle perfekt nachzubilden.

Auch das Anmischen des zweikomponentigen Materials ist ausgesprochen einfach dank einer speziellen Mischdüse, über die Terokal 5010 TR aufgetragen wird. In der Düse mischen sich die beiden Komponenten automatisch. Dadurch ist eine optimale Materialnutzung gewährleistet.

Praxistauglichkeit

Die Innovation von Henkel ist einsetzbar auf allen Metalloberflächen der Fahrzeugkarosserie. Im Allianz Zentrum für Technik hat das Produkt in langen Versuchsreihen seine Praxistauglichkeit bewiesen und auch namhafte Automobilhersteller zeigten sich nach eigenen Tests überzeugt von dessen Eigenschaften.

Terokal 5010 TR eignet sich hervorragend zum anschließenden Hobeln und Schleifen. Es bietet zudem einen guten Untergrund für das anschließende Spachteln und Lackieren der Reparaturstelle. Terokal 5010 TR ist erhältlich in 2K Kartuschen von 175 ml Inhalt und mit gebräuchlichen Handpistolen (Staku) verarbeitbar.

Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz

Für den Reparaturbetrieb und seine Mitarbeiter bedeutet Terokal 5010 TR auch ein mehr an Sicherheit im Vergleich zur Verwendung von Zinn. Da nicht mit einer offenen Flamme gearbeitet wird, werden die durch die offene Flamme beim Löten auftretenden Gefahren und Unannehmlichkeiten komplett ausgeschlossen.

Quelle: Henkel AG & Co. KGaA – 18.09.2012.

Professor
Wolfang Wernsdorfer vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erhält
den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2019 der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG). Mit dem mit 2,5 Millionen Euro
höchstdotierten Wissenschaftspreis Deutschlands würdigt die DFG den
Experimentalphysiker für seine Forschung zur Elektronik, Spinphysik und
zum Quantencomputing.

„Auf dem Weg zu
künftigen Quantencomputern liefert Wolfgang Wernsdorfer mit seiner
Forschung zu Nanomagneten maßgebliche Beiträge und prägt damit eine der
wesentlichen Zukunftstechnologien mit“, sagt der Präsident des KIT,
Professor Holger Hanselka. „Der Leibniz-Preis ist eine großartige
Anerkennung seiner herausragenden Leistungen. Wir sind stolz auf
Wolfgang Wernsdorfer – und freuen uns mit ihm über diese besondere
Auszeichnung.

„Wolfgang Wernsdorfer
ist eine herausragende Forscherpersönlichkeit, auf dem Gebiet der
Quantenmechanik gehört er auch international zur absoluten Spitze“, so
der Vizepräsident des KIT für Forschung, Professor Oliver Kraft. „Für
seine Forschung ist er in den vergangenen Jahren bereits mehrfach
ausgezeichnet worden. Nun erhält er für seine exzellenten Leistungen den
wichtigsten deutschen Forschungspreis – das freut mich wirklich sehr
und ich gratuliere ihm herzlich zu diesem Erfolg!“

Wolfgang Wernsdorfer
gehört zu den weltweit führenden Experten für Nanomagnetismus und
Einzelmolekülmagnete und deren Einsatz in Quanten-Rechner-Systemen. Im
Mittelpunkt seiner Forschung steht die molekulare Quanten-Spintronik,
ein Gebiet der experimentellen Festkörperphysik an der Schnittstelle zur
Chemie und zur Materialwissenschaft. Mit seiner Forschungsgruppe
entwickelt Wolfgang Wernsdorfer schnelle und zuverlässige Methoden, um
Spinzustände einzelner magnetischer Moleküle zur
Quanteninformationsverarbeitung auszulesen. Damit schaffen er und sein
Team wesentliche Voraussetzungen für künftige Quantentechnologien. So
fand Wernsdorfer mit bahnbrechenden Experimenten heraus, wie sich
molekulare Magnete unter den Gesetzen der Quantenmechanik verhalten.
Wernsdorfers Gruppe war die erste, die Quanten-Spin-Zustände in einem
Molekül messen und kontrollieren konnte.

Quantenphysikalische
Effekte machen zahlreiche neue Anwendungen in den verschiedensten
Bereichen möglich – bei gleichzeitig wesentlich verbesserter Kapazität,
Sensitivität und Geschwindigkeit. Prominentes Beispiel ist die
Informationsverarbeitung: Anders als klassische Computer, die mit Bits
arbeiten, die immer den Wert Null oder Eins annehmen, nutzen
Quantencomputer als kleinste Recheneinheit Quantenbits, kurz Qubits, bei
denen es auch Werte zwischen Null und Eins gibt. Durch Verschränkung
von Qubits untereinander entstehen gemischte Quantenzustände, die es
ermöglichen, viele Rechenschritte parallel auszuführen.

Mehr zur Forschung von Wolfgang Wernsdorfer:

Optik bringt Quanteninformationsverarbeitung voran – ERC  Advanced Grant (Presseinformation 047/2017): https://www.kit.edu/kit/pi_2017_047_optik-bringt-quanteninformationsverarbeitung-voran.php

KIT holt herausragenden Experimentalphysiker nach Deutschland zurück (Presseinformation 070/2016): https://www.kit.edu/kit/pi_2016_070_kit-holt-herausragenden-experimentalphysiker-nach-deutschland-zurueck.php

Wolfgang Wernsdorfer – zur Person

Wolfgang Wernsdorfer,
Jahrgang 1966, ist seit 2016 Humboldt-Professor am KIT. Mit diesem Preis
zeichnet die Alexander von Humboldt-Stiftung weltweit führende und
bisher im Ausland tätige Wissenschaftler aus. Die Humboldt-Professur ist
Deutschlands höchstdotierter Forschungspreis mit internationaler
Ausrichtung. Am KIT baut Wernsdorfer derzeit ein bislang einzigartiges
Zentrum für molekulare Quantenspintronik auf. Zuvor war er seit 2008
Directeur de recherche première classe im Institut NÉEL des Centre
National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Grenoble, Frankreich.
Bereits seit 1996 war Wernsdorfer Wissenschaftlicher Mitarbeiter am
Laboratoire de Magnétisme in Grenoble, Frankreich – einem der Institute,
aus denen 2007 das Institut Néel hervorging. Sein Physik-Studium begann
er nach einer Ausbildung zum Elektriker und der Berufsoberschule an der
Julius-Maximilians-Universität Würzburg und beendete es an der
angesehenen École Normale Supérieure in Lyon, Frankreich.

Zu Wernsdorfers
zahlreichen hochrangingen Auszeichnungen zählen außerdem der Agilent
Europhysics Prize, der Olivier Kahn International Award, der Prix
Spécial der Société Française de Physique sowie bereits zwei der
begehrten ERC Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats.

Mit Wolfgang
Wernsdorfer haben bisher insgesamt acht Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler des KIT den Leibniz-Preis der DFG erhalten.

Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis

Der Leibniz-Preis wird
seit 1986 jährlich von der DFG vergeben. Er zeichnet herausragende
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für ihre Forschungen auf allen
Gebieten der Wissenschaft aus. Das Preisgeld von etwa 2,5 Millionen Euro
können sie in einem Zeitraum von bis zu sieben Jahren nach ihren
eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre
wissenschaftliche Arbeit ausgeben. Der Leibniz-Preis geht in diesem Jahr
an zehn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Bislang wurden 348
Leibniz-Preise vergeben. Er gilt weltweit als einer der wichtigsten
Wissenschaftspreise; sieben Preisträger erhielten nach dem Leibniz-Preis
auch den Nobelpreis. Verliehen werden die Leibniz-Preise am 13. März
2019 in Berlin.

Leibniz-Preise 2019, Presseinformation der DFG:

Energiewende blutet arme Haushalte aus

Belastung der Armutsgefährdeten durch Stromkosten hat von 2006 bis 2016 stark zugenommen

(pte018/05.12.2018/13:54) – Unter den erhöhten Preisen durch die
Energiewende haben einkommensschwache Haushalte in Deutschland besonders
zu leiden, weil sie einen größeren Anteil ihres Einkommens für die
Finanzierung ihres Energiebedarfs aufwenden müssen als wohlhabende
Haushalte. Das zeigt eine aktuelle Studie des RWI – Leibniz-Institut für
Wirtschaftsforschung http://rwi-essen.de .

Heizen wird immer teurer

Laut den RWI-Forschern hat die Belastung armutsgefährdeter Haushalte
durch Stromkosten relativ zu ihrem Einkommen in den Jahren 2006 bis 2016
erheblich zugenommen. Sie haben im Jahr 2016 mehr für Strom ausgegeben
als zur Deckung ihres Energiebedarfs zum Heizen und zur
Warmwassererzeugung. So musste ein armutsgefährdeter alleinstehender
Rentner im Jahr 2016 rund 50 Prozent mehr pro Monat für Strom bezahlen
als noch im Jahr 2006.

Während der Anteil der Stromkosten am Einkommen bei wohlhabenderen
Haushalten laut der Studie rund 1,5 Prozent beträgt, musste ein
armutsgefährdete Dreipersonenhaushalt im Jahr 2016 knapp fünf Prozent
des Einkommens zur Begleichung der Stromkosten aufwenden. Die
Verdoppelung der Strompreise seit Einführung des EEG im Jahr 2000 hatte
daher erhebliche Verteilungswirkungen zur Folge.

"Gerechtigkeitslücke verschärft"

Im Fokus der Studie stehen drei Typen armutsgefährdeter Haushalte:
armutsgefährdete alleinstehende Rentner, die keine staatlichen Hilfen in
Anspruch nehmen beziehungsweise erhalten, Arbeitslosengeld II
beziehende Einpersonenhaushalte sowie armutsgefährdete
Drei-Personen-Haushalte. Es werden sämtliche der Energiewende
geschuldeten Abgaben, Umlagen und Steuern, inklusive der auf alle diese
Preiskomponenten entfallenden Mehrwertsteuer, betrachtet.

Grund hierfür ist nicht zuletzt, dass die insbesondere auf die
EEG-Umlage zu zahlende Mehrwertsteuer mittlerweile ein Volumen von
mehreren Milliarden Euro pro Jahr angenommen hat. "Diese Tatsache
verschärft die Gerechtigkeitslücke bei der Verteilung der Kosten der
Energiewende", schreiben die RWI-Ökonomen in ihrem Bericht.

"Um künftige Strompreisanstiege zu dämpfen, sollte die Kosteneffizienz
beim künftigen Ausbau der regenerative Energietechnologien oberste
Priorität haben. Vor allem sollte der Ausbau der Erneuerbaren mit dem
Netzausbau synchronisiert werden, um unnötig hohe Kosten bei der
Aufrechterhaltung der Netzstabilität und weitere Ineffizienzen zu
vermeiden", so RWI-Wissenschaftler Manuel Frondel.

Der neue Film lässt sich sehr vielseitig einsetzen (Foto: korea.edu, S.K. Yoon)

Seoul/Chicago (pte027/24.11.2016/12:30) –

Forscher der Korea University http://korea.edu haben zusammen mit Kollegen der University of Illinois http://illinois.edu einen neuen ultradünnen und zugleich flexiblen Film entwickelt, der
nicht nur äußerst billig herzustellen, sondern auch ein hervorragender
Leiter für elektrischen Strom ist.

Silber-Nanodrähte im Einsatz

Durch seine Biegsamkeit und seine Robustheit kann das
neue Material auch in einer Reihe von Anwendungen – wie bei Wearables,
flexiblen Displays und Solarzellen oder als elektronische Haut – zum
Einsatz kommen. Der Film aus Silber-Nanodrähten wird durch das Besprühen
mit Nanodraht-Partikeln via Überschallgeschwindigkeit über eine winzige
Spritzdrüse aufgetragen.

Durch die Konvertierung der kinetischen Energie in
Hitze verschmelzen die Nanodrähte miteinander. "Die ideale
Geschwindigkeit ist 400 Meter pro Sekunde", verdeutlicht Studienautor
Alexander Yarin. Wenn die Energie zu hoch ist, werden die Drähte
zerrissen, wenn sie wiederum zu niedrig ausfällt, ist nicht genug Hitze
vorhanden, um die Drähte miteinander zu verschmelzen", fügt Yarin hinzu.
Das Ergebnis ist ein Film, der fast die elektrische Leitfähigkeit einer
Silberplatte und die Transparenz von Glas aufweist.

Um Faktor sieben ausdehnbar

Die Forscher haben die Nanodrähte in flexible
Plastikfilme sowie dreidimensionale Objekte verändert. Der transparente
Film lässt sich wiederholt biegen und bis um den Faktor sieben seiner
ursprünglichen Länge dehnen, ohne seine Eigenschaften zu verändern.
Zuvor hatten schon die Forscher einen transparenten und leitenden Film
entwickelt, indem sie verworrenes Nanofiber mit Kupfer galvanisierten.

Verglichen mit dem neuen Silber-Nanodraht-Film ist
diese Technologie besser skalierbar und daher für die industrielle
Produktion geeignet, erklären die Wissenschaftler abschließend. "Es ist
einfacher in großen Mengen herzustellen, da es sich hierbei um einen
einstufigen und nicht wie beim Silbernanodraht um einen zweistufigen
Prozess handelt", präzisiert Yarin.

Steckfertige Solarmodule und Kleinwindanlagen zur Selbstmontage –
Einige Überlegungen zur elektrischen Sicherheit

In den vergangenen Monaten fand eine Idee immer mehr Aufmerksamkeit:
Solarmodule zur Selbstmontage auf Balkons und an Fensterbrüstungen von
Mietswohnungen. Der SFV begrüßt diese Idee grundsätzlich, weil sie neue
Teilnehmer für die Umstellung der Stromerzeugung auf Erneuerbare
Energien aktivieren kann.

Damit diese Idee auch von elektrotechnischen Laien umgesetzt werden
kann, müssen einige offene Fragen, z.B. zur Zulässigkeit des
Anschlusses, zur Abrechnung mit dem Netzbetreiber und insbesondere zur
elektrischen Sicherheit geklärt werden. Im folgenden werden die beiden
erstgenannten Fragen (Zulässigkeit und Abrechnung) zunächst explizit
ausgeklammert. Es soll hier ausschließlich nur um Fragen der
elektrischen Sicherheit gehen, denn die muss Priorität haben.

Die derzeit dazu im Handel angebotenen Solarmodule sind kombiniert mit
einen an der Rückseite angebrachten Wechselrichter (manche auch mit
einer aufladbaren Batterie). Außerdem ist bereits ein Anschlusskabel mit
(je nach Fabrikat unterschiedlichem) Stecker vorhanden.
Wir sprechen hier im folgenden von "steckfertigen Solarmodulen", ohne
uns auf ein bestimmtes Fabrikat zu beziehen.

Effizient heizen und Wasser erwärmen

Neue EU-Verordnungen für umweltfreundliche Heizungen

Gemeinsame Pressemitteilung des Umweltbundesamtes (UBA) und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

Am
26. September 2015 werden vier EU-Verordnungen über Heizgeräte und
Warmwasserbereiter wirksam. Die Verordnungen geben schrittweise
Grenzwerte für die Energieeffizienz und die Schadstoffemissionen vor und
führen die Energieverbrauchskennzeichnung verpflichtend ein. Maria
Krautzberger, Präsidentin des Umweltbundesamtes (UBA), begrüßt die neuen
Regelungen: „Erstmals gelten nun ambitionierte Anforderungen für die
umweltgerechte Gestaltung von Heizgeräten und Warmwasserbereitern. Sie
sind ein zentrales Element einer wirkungsvollen europäischen
Energiesparpolitik.“ Und Professor Dr. Ulrich Panne, Präsident der
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unterstreicht,
wie wichtig diese Verordnungen für die Energiewende sind: „Diese
Rechtsgrundlage hilft, Energie einzusparen. Die BAM hat sich im
Verfahren für technische Anforderungen eingesetzt, die anspruchsvoll
aber von der Industrie durchaus umsetzbar sind."

Die
Europäische Kommission erwartet, dass die Verordnungen rund ein Viertel
des EU-Ziels für 2020 zur Einsparung von Primärenergie erschließen.

Unter
die neuen Verordnungen fallen sowohl Großanlagen als auch Anlagen wie
sie in Einfamilienhäusern genutzt werden. Für Heizgeräte von
Zentralheizungen und Warmwasserbereiter bis 400 Kilowatt (kW)
Nennleistung sowie Warmwasserspeicher bis 2.000 Liter Speichervolumen
gelten nun beim Inverkehrbringen in der EU Mindestanforderungen an deren
Energieeffizienz. Danach sind von den klassischen Heizkesseln bis auf
wenige Ausnahmen nur noch Brennwertkessel zulässig. Auch Wärmepumpen,
Blockheizkraftwerke und Warmwasserbereiter müssen
Mindest-Energieeffizienz-Werte erfüllen. Für Wärmepumpen gelten
zusätzlich Anforderungen an die Schallemissionen.

Gleichzeitig
regeln die Verordnungen, dass Heizgeräte und Warmwasserbereiter bis 70
kW Nennleistung und Warmwasserspeicher bis 500 Liter Speichervolumen,
also typische Geräte in Einfamilienhäusern mit den bereits von
Haushaltsgeräten bekannten Energieeffizienzklassen gekennzeichnet
werden. In Kombination mit Solaranlagen oder weiteren Heizgeräten, muss
diese “Verbundanlage” zukünftig eine zusätzliche Kennzeichnung erhalten.

Die
EU-Kommission stärkt damit die Rechte der Verbraucherinnen und
Verbraucher: Geräte mit hohen Energieverlusten werden nicht mehr
erhältlich sein. Geräte, die die Mindestanforderungen erfüllen, müssen
mit einheitlichen Informationen gekennzeichnet werden, darunter die
Energieeffizienzklasse oder die Energieverbrauchskennzeichnung von
Geräten und Verbundanlagen – auch im Internet.

Der
Markt für Wärmeerzeuger in Deutschland umfasste im Jahr 2014 rund
680.000 Anlagen. Davon waren 590.000 Gas- und Ölkessel, von denen
wiederum etwa vier Fünftel bereits Brennwerttechnik nutzt. Auf Raumwärme
und Warmwasser entfallen rund 35 Prozent des Endenergieverbrauchs in
Deutschland.

Ab
dem 01.01.2016 sollen in Deutschland auch alte Gas- und Öl-Heizkessel
eine Energieverbrauchskennzeichnung erhalten. Dabei handelt es sich um
einen Teil des “Nationalen Aktionsplans Energieeffizienz” der Deutschen
Bundesregierung. Eine Entscheidung des Bundestages über die
Kennzeichnung von Altanlagen steht aber noch aus.

Die
Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG und die
Energieverbrauchskennzeichnungs-Richtlinie 2010/30/EU sind Teil der der
“integrierten Produktpolitik” der EU-Kommission, die die Umweltwirkungen
von Produkten verringern soll. Die Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung (BAM) und das Umweltbundesamt hatten zusammen an
Rechtsetzungsverfahren mitgewirkt.

Wiener Forscher finden Sprengstoff mit Laser
Erfindung der TU weist Chemikalien auf große Distanz nach
 
Forscher beim Montieren optischer Elemente des Spektrometers (Foto: TU Wien)

Wien (pte028/27.02.2012/16:00) – Mit Laserstrahlen können Chemiker der Technischen Universität (TU) Wien http://tuwien.ac.at Explosivstoffe oder andere gefährliche Chemikalien nachweisen. Damit lassen sich auch Stoffe in geschlossenenen Gefäßen auf eine Entfernung von über 100 Metern genau analysieren. So könnten Sicherheitskontrollen auf Flughäfen einfacher werden.

Militär und Polizei interessiert

"Der Prototyp steht in Spanien und wird dort auch getestet", sagt Bernhard Lendl vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien gegenüber pressetext. Marktreif sei der Prototyp aber noch nicht. "In der Universität von Malaga werden zunächst die Kinderkrankheiten ausgebessert", sagt Lendl. Industrie und Behörden sind bereits sehr gespannt auf das Gerät.

Die spanische Polizeitruppe "Guardia Civil" zeigte sich von Beginn an interessiert, auch das österreichische Bundesheer war von Anfang an in die Forschungsarbeiten in Wien eingebunden. Auf einem Gelände des Bundesheeres konnte das Team der TU Wien ausprobieren, auf welche Distanzen sich Chemikalien per Laser filtern lassen. Unter den Proben waren unter anderem Sprengstoffe wie TNT, ANFO oder Hexogen.

Patent-Anmeldung erfolgt

Die Versuche verliefen äußert vielversprechend: "Selbst bei einem Abstand von über 100 Metern lassen sich die Substanzen noch zuverlässig nachweisen", berichtet ein Experte. Die Forscher verwenden die Raman-Spektroskopie. Diese Methode kann auch für die Untersuchung von Eisbergen oder gar für Gesteinsuntersuchungen bei Mars-Missionen nützlich sein. Auch in der chemischen Industrie gibt es für solche Methoden ein breites Einsatzgebiet. Die Anmeldung zum Patent durch die TU Wien ist bereits erfolgt.

"Bisher musste man bei dieser Art der Raman-Spektroskopie den Laser und den Licht-Detektor in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Probe aufstellen", erklärt Bernhard Zachhuber aus dem Forschungsteam. Durch seine Weiterentwicklungen sind die Messungen nun aber auch auf große Distanzen möglich. Wird das Licht an den Molekülen der Probe gestreut, kann es seine Energie ändern.

Einzelne Photonen des Laserlichts können in den Molekülen der Chemikalie Schwingungen anregen. Dadurch wird Energie abgegeben. So ändert sich die Wellenlänge des Lichts und somit seine Farbe. Aus der genauen Farb-Zusammensetzung des gestreuten Lichts lässt sich ablesen, an welcher chemischen Substanz es gestreut wurde.

Selbst im Container anwendbar

Die Raman-Spektroskopie auf großen Distanzen funktioniert sogar, wenn die untersuchte Probe in einem undurchsichtigen Container versteckt ist: Der Laserstrahl trifft auf einem kleinen, fokussierten Punkt am Container auf und verbreitert sich im Inneren. Das Lichtsignal, das vom Behälter kommt, geht also von einem geometrisch eng begrenzten Bereich aus.

Das schwache Lichtsignal des Inhalts wird von einem größeren Bereich ausgesandt. Richtet man das Mess-Teleskop nicht genau auf die Laser-Auftreffstelle, sondern ein Stück davon weg, misst man das charakteristische Lichtsignal des Inhalts – und nicht das der Verpackung.

Elektronik: Mit Quantenmechanik zu besseren elektronischen Materialien

Das Element Bismut hat exotische Eigenschaften, die es interessant machen für energieeffiziente elektronische Bauteile wie schnellere Computer. Um praxistauglich zu sein, muss ein Material jedoch auch grundsätzlich tolerant sein gegenüber Verunreinigungen.
Das konnten zwei Forscher vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) nun erstmals für Bismut nachweisen. Ihre Ergebnisse haben sie in den Physical Review Letters (Ausgabe 108, 2012) veröffentlicht.

Gemeinsam mit dem amerikanischen Brookhaven National Laboratory stellten CENIDE-Forscher um Prof. Dr. Michael Horn-von Hoegen zunächst eine extrem glatte Bismutschicht her, mit überraschenden Eigenschaften: Egal wie dick die Bismutschicht ist, ihr elektrischer Widerstand bleibt immer gleich, da der Strom ausschließlich in einer dünnen Schicht direkt an der Oberfläche fließt. Daher ist dies ein ideales System, um zu testen, wie sich Verunreinigungen auf der Oberfläche auf den Elektronentransport, also den Stromfluss, auswirken.

Um das herauszufinden, haben die Wissenschaftler weitere Bismutatome auf die zuvor so perfekt glatte Schicht aufgebracht. Dafür waren Temperaturen von rund -190 °C notwendig und zusätzlich ein Vakuum, das noch weniger Moleküle enthält als das Vakuum im Weltall. Die Atome setzten sich auf der vormals glatten Oberfläche ab wie Sandkörner auf einer Fliese. Doch sie sind beweglich und liefen daher zu „Inseln“ zusammen, die aus vielen nebeneinanderliegenden Atomen bestanden.

Elektrische Messungen ergaben das zweite erstaunliche Ergebnis: Egal, ob ein Elektron bei seinem Weg auf ein einzelnes Atom oder eine ganze Insel trifft, es wird immer auf die gleiche Weise gestreut, das heißt von seiner Bahn abgelenkt. Das ist verwunderlich, denn unsere Intuition sagt uns, dass ein größeres Hindernis eigentlich häufiger getroffen werden und damit stärker streuen müsste. Prof. Dr. Axel Lorke, der die Inselbildung am Computer modelliert hat, erklärt das Phänomen so: „Wenn Sie auf der Autobahn fahren, ist es auch egal, ob auf einmal ein Stuhl oder ein liegengebliebener LKW auf der Fahrbahn steht – bremsen müssen Sie in beiden Fällen.“ Horn-von Hoegen ergänzt: „Das Überraschende ist jedoch, dass Sie um einen LKW eine weit größere Kurve fahren würden als um einen Stuhl, um im Beispiel zu bleiben. Das tut das Elektron hier eben nicht, es weicht immer gleich weit aus.“

Erste Erklärungen der beiden Experimentalphysiker basieren auf der Quantenphysik, die besagt, dass Elektronen sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften haben. Und genauso wie Meereswellen an einer Kaimauer reflektiert werden, treffen auch die Elektronenwellen auf die atomaren Inseln und werden dort gestreut. Und jedes gestreute Elektron vermindert den Stromfluss durch das Material. Horn-von Hoegen, Spezialist für Mikroskopie und Kristallwachstum, ist es gelungen, das Elektronen-Wellenmuster um kleine und große Inseln zu vermessen. Das erstaunliche Resultat: Sie sind nahezu unabhängig von der Inselgröße. Das erklärt, warum aus Sicht der Elektronen alle Hindernisse gleich aussehen.

Ein weiteres Ergebnis beweist, dass die Wechselwirkung zwischen Elektron und Insel extrem klein ist: Nur jedes hundertste Elektron wird überhaupt gestreut. Damit sind die Atominseln für Elektronen leichter zu passieren als eine Fensterscheibe für Licht (dort beträgt die Reflexion etwa 4 Prozent). Dies ist bedeutend für elektronische Bauteile der Zukunft. Denn je weniger die Elektronen gestreut werden, desto schneller lässt sich der Strom schalten und desto weniger elektrische Leistung wird benötigt.

Quelle: Universität Duisburg-Essen – 20.07.2012.