Energie ist das Vermögen eines Systems, Arbeit zu verrichten

Im Sommer gibt es viel Sonnenenergie, im Winter wird viel geheizt. Tagsüber gibt es Sonnenenergie, in der Nacht wird beleuchtet

Der Wind entsteht vorwiegend über dem Ozean, der eine deutlich größere Energie je Quadratmeter Oberfläche angeben kann als das Festland. Ursachen sind die hohe spezifische Wärmekapazität des Wasser (in Zahlen: rund 4 statt rund 0,5) und der schnelle Transport der Energie durch Wärmeströmung statt der schlechte Wärmeleitung. Bei einem westnordwestlichen Wind weht der Wind auf einer rund 900 Kilometer langen Strecke in Deutschland hinein. Das sind 900000 m. Die untersten 1000 m enthalten also eine Gesamtfläche von 1800 Millionen Quadratmetern.

Bei einer Windgeschwindigkeit von 5 Metern pro Sekunde wehen durch jeden Quadratmeter 5 Kubikmeter Luft. Bei einer Windgeschwindigkeit von 5 Metern pro Sekunde und 20° C hat jeder Kubikmeter eine Masse von 1,2 kg. Ein Kubikmeter hat also eine Energie von (halbe Masse mal Quadrat der Geschwindigkeit) 0,6kg mal 25 Quadratmeter pro Quadratsekunde= 15 Ws. Die Energie der 5 Kubikmeter beträgt also 75 Ws. Da diese einen Quadratmeter in einer Sekunde durchströmen, beträgt die Leistung 75 W je Quadratmeter. Da 11,25 Quadratmeter pro Person zur Verfügung stehen, beträgt die Gesamtleistung des Windes rund 800 W je Einwohner.

In einer Stunde stehen 800 Wh und in 24h 19,2 KWh zur Verfügung. Das ist knapp der Tagesbedarf an elektrischem Strom (fast ohne Elektroautos), der bei 20 KWh pro Einwohner liegt.

Nun kann man diese Energiemenge nicht annähernd nutzen, denn dann gäbe es dahinter keinen Wind mehr. Ich habe aber eine Flaute geschildert, denn die Windgeschwindigkeit verdoppelt sich auf den unteren 100 Metern fast und steigt darüber weiter an. Bodennah weht der Wind mit weniger als 2 Meter je Sekunde. Findet das im Winter bei geringer Sonneneinstrahlung statt, haben wir eine Dunkelflaute. Es müssen täglich Milliarden Kilowattstunden durch Verbrennung, Kernenergie usw. erzeugt werden oder Speichern entnommen werden.

Pro Quadratmeter beträgt die Sonneneinstrahlung in Deutschland 900 bis 1200 Kilowattstunden je Quadratmeter. Davon entfallen auf die Monate Dezember und Januar rund je 40 Kilowattstunden. Davon können die besten Kristalle nur 22 % nutzen. Damit wären wir bei etwa 8 KWh pro Quadratmeter und Monat. Der Bedarf pro Person und Monat ist aber etwas größer als 600 KWh und im Winter noch einmal deutlich höher. Der Wirkungsgrad des Energietransports ist auch noch zu beachten. Damit wären wir bei 4- 5 KWh. Man braucht pro Person 150 Quadratmeter für den Strombedarf und bei 80 Millionen Menschen mindestens 12 Milliarden Quadratmeter. Das sind 12000 Quadratkilometer oder fast 5% der Fläche Deutschland, um bei Flaute und nur mit Sonne und Wind den Bedarf zu denken.

Elektroautos werden den Strombedarf so deutlich erhöhen, dass alle Spareffekte eine Erhöhung des Strombedarfs nicht verhindern können. Ein Auto mit einer Masse von einer Tonne hat bei 100 km/h eine kinetische Energie von rund 0,1 KWh. Diese Energie muss dem Auto zugeführt werden. Die gleiche Enegie muss einem Auto zugeführt werden, wenn es viermal auf 50 km/h beschleunigt wird. Die Reibung muss ständig kompensiert werden. Dadurch bedingt wird es auch bei einem heute als unsportlich geltendem Fahrstil kaum möglich sein, den Energieverbrauch unter 0,4 KWh je km zu senken. Gebe es künftig 40 Millionen E-Auto, die nur je 6000 km je Jahr fahren, so läge der Bedarf an zusätzlichen Strom bei 40000000 *0,4*6000KWh=96 Milliarden Kilowattstunden. Dies ist ein sehr optimistischer Wert, der einem 2,5 l- Auto entspricht und eine verminderte Nutzung von PKW erfordert. Dadurch werden pro Einwohner 96 Milliarden durch 80 Millionen= 1200 KWh mehr benötigt. Bei einem Wirkungsgrad von 50% wären dies sogar 2400 KWh. Der Strombedarf würde also um über 6 KWh je Einwohner und Tag steigen. Das entspricht einer Steigerung um 30 %. Damit müssten etwa 6,5% der Fläche Deutschlands mit Solarzellen bedeckt werden.

Dabei bleibt das Problem der Speicherung von Tagesenergie für die Nacht. Da der Bedarf eines Tages einschließlich Nacht bei 1,6 Milliarden Kilowattstunden Strom liegt, ist ein Speicherbedarf von mehreren Milliarden Kilowattstunden erforderlich, auch um auch bei mehrtägiger unterdurchschnittlicher Einstrahlung(Bewölkung) den Bedarf decken zu können.

Wie speichert man eine Milliarde Kilowattstunden?

Die folgenden Beispiele gehen von einem nicht annähernd erreichbaren Wirkungsgrad von 100% aus. Bei einem Wirkungsgrad von 50% müssen alle Werte verdoppelt werden

Auf Autobatterien steht z.B.: 12V 88 Ah. Es handelt sich um 12* 88=1086 VAh oder auch 1,086 KWh. Um eine Milliarde KWh zu speichern, benötigt man von dieser Sorte rund 920 Millionen. In allen deutschen Autos gibt es grob gerundet 40 Millionen Batterien. Die Autobatterien gelten als Umweltproblem

In der Lausitz sollen Braunkohlentagebaue stillgelegt werden. Wenn man an deren Stelle Pumpspeicherwerke bauen würde, ergibt sich folgendes Bild: Je ein Quadratkilometer Wasser für obere und untere Becken mit maximal 20 m Wasserhöhe enthalten insgesamt 20 Millionen m³ Wasser und damit 20 Milliarden kg Wasser. Bei einem Höhenunterschied von 92 m ergeben sich 9,8(Erdbeschleunigung)*20 000 000 *92 =rund 18 Billionen Ws. Dies sind 18 Milliarden kWs. Daraus erhält man durch Division durch 3600((1 Stunde =3600 s) rund 5 Millionen Kilowattstunden. Man würde bei doppeltem Höhenunterschied und 100 Quadratkilometern Wasserfläche (tiefes und hohes Becken zusammen mal 2=200 km²) eine Milliarde KWh speichern können.

Nutzt man überschüssige Energie an warmen Sonnentagen, so kann man damit auch Wasserstoff aus Wasser erzeugen. Dabei gelten folgende Werte: 33,3 KWh je kg sind = 3,0 KWh je Kubikmeter bei 0°C und 1013 mbar Druck. Man muss also 330 Millionen Kubikmeter Wasserstoff herstellen.

Alle diese Speichermethoden sind also nur geeignet, Energie kurzfristig zu speichern. Warum kurzfristig? Ich erinnere: Der Stromverbrauch pro Einwohner Deutschland liegt bei rund 20 Kilowattstunden Strom pro Tag. Es werden also 1,6 Milliarden Kilowattstunden täglich benötigt, einschließlich für den Anteil der Industrie und der Elektroautos.
Meine Meinung hierzu:
Die offizielle Politik vernachlässigt das Speicherproblem bzw. spielt es herunter. Annalena Baerbock von den Grünen: "An Tagen wie diesen, wo es grau ist, da haben wir natürlich viel weniger erneuerbare Energien. Deswegen haben wir Speicher. Deswegen fungiert das Netz als Speicher. Und das ist alles ausgerechnet."

Bei Wechselspannung bewegen sich die Elektronen ein paar cm hin und her und wenn die Spannung verschwindet gibt es einen kurzen Moment der Induktion und dann ist Schluss. Schon nach einer Sekunde gibt es keine Energie. So extrem ist zwar bei den meisten Grünen die Haltung nicht, aber für die Durchsetzung von Speichern setzen sie eindeutig zu wenig ein. Wegen der Tatsache, das Wind- und Sonnenenergie im Winter an windarmen Tagen begrenzter sind, als zugegeben, bedeutet das, dass die Gasverbrennung Dauerzustand werden muss (bis es kein Erdgas mehr gibt). Es war das große Verdienst der Grünen, dass sie den Beginn des Energiewandels durchgesetzt haben. Durch Missachtung der Physik fördern sie die sinnvolle Weiterentwicklung des Energiewandels hingegen nicht so, wie sei das von sich glauben. Die Verwendung von Erdgas wird unnütz verlängert. Der Hauptbestandteil Methan des Erdgases ist 23 mal klimawirksamer als Kohlendioxid. Ein unkontrolliertes Entweichen von Erdgas infolge von Ausfällen und Lecks verschärft das Klimaproblem. Durch ihren Widerstand gegen NORD STREAM 2 können die Grünen sogar zu Förderern von Fracking werden, bei dem die zu erwarteten Schäden besonders hoch sind.

Kernfusion - der langfristige Ausweg

Die Kernenergie ist wegen der Kernspaltungsenergie für viele Menschen ohne physikalische Ausbildung nicht vermittelbar. Die Kernfusion ist jedoch ein völlig anderer Vorgang als die Kernspaltung.. Bei der Fusion verschmelzen zwei leichte Atomkerne zu einem neuen Atomkern, während bei der Kernspaltung ein schwerer Atomkern in zwei Kerne und zwei bis drei Neutronen gespaltet wird. Die Fusion von 10 Kg eines Deuterium-Tritium-Gemisches in einem Kernfusionsreaktor würde eine Energie von rund 1 Milliarde Kilowattstunden liefern. Das die Kernfusion bisher noch nicht erfolgreich Energieüberschüsse liefert, liegt daran, dass die kleinste Verunreinigung des Gemisches durch schwere Atome den Prozess "ausschaltet" (von allein und nicht durch den unzuverlässigen Menschen mit nicht völlig zuverlässiger Technik). Um die Verunreinigung zu verhindern wird das plasmaförmige Gemisch in ein Magnetfeld eingesperrt. Dieser Prozess wird langsam zunehmend besser beherrscht, wird aber wohl erst in einer ferneren Zukunft zur Energiegewinnung führen.

Gibt es den Ausweg schon?

Am 23. März 1989 berichteten die Forscher Martin Fleischmann und Stanley Pons einer Pressekonferenz von Experimenten, bei denen sie kalte Fusion beobachtet hätten. Laut Wikipedia wiesen schon am 1. Mai 1989 die Physiker Steven Koonin, Nathan Lewis, und Charles Barnes von Caltech, einer Privatuniversität, auf einer Sitzung der amerikanischen physikalischen Gesellschaft Fehler der Fleischmann-Pons-Experimente nach und widerlegten deren Ergebnisse. ... Im Dezember 1990 veröffentlichte Richard Oriani der Universität Minnesota noch über Überschusswärme bei der kalten Fusion.Eine amerikanische Regierungskommission kam noch 1989 zum Schluss, dass die Ergebnissse falsch sind. Sie rät von weiterer Forschung ab. "Im November 2005 erschien ein Artikel in der Hochschulzeitung der TU Berlin, in welchem davon die Rede ist, TU-Wissenschaftler um den Kernphysiker Armin Huke hätten in kernphysikalischen Beschleunigerexperimenten erste experimentelle Belege für die „Wunder“ der Kalten Fusion gefunden. Die Fakultät für Physik distanzierte sich kurz darauf davon und erklärte, an der TU Berlin gebe es keine umfassenden Arbeiten zur kalten Fusion"{Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Kalte_Fusion ,abgerufen am 12.9.2018. einschließlich des Zitats.] Die Kernfusion ist ein Prozess, der im Falle des Gelingen saubere Energie im Überfluss verspricht. Mindestens drei Versuche zur kalten Kernfusion , fett hervorgehoben, waren erfolgreich. Da muss zumindest untersucht werden, ob es eine weitere, zufällige Bedingung, die bisher niemandem aufgefallen ist, gibt. Diese könnte dann den Erfolg bzw. Misserfolg erklären.

Die folgende, oben unvollständige Abbildung zeigt eine Skizze des prinzipiellen Ausbaus.


Meine Meinung:
Auffällig ist das massive Abwimmeln der kalten Kernfusion, dass natürlich im Interesse der Erdöl- und Kohleindustrie liegt, genauso wie die Leugnung des Klimawandels durch AFD- Politiker.