Was bringt uns 2023?
Zu Beginn des neuen Jahres denken viele von uns an die Ukraine, wo der Krieg bald ein Jahr alt sein wird. Die Ukrainer haben ihr Land mutig und klug gegen die russischen Unterdrücker verteidigt. Aber im Moment hat das ukrainische Volk vor allem drei Ängste. Sie fürchten die russischen Raketen, die nicht nur Kraftwerke und Wasserwerke, sondern auch Wohnhäuser und Spitäler treffen. Sie fürchten die tiefe Kälte des ukrainischen Winters. Und nicht zuletzt fürchten sie, dass ihre Freunde und Verbündeten im Westen eines für sie fernen Konflikts überdrüssig werden und sie nicht mehr unterstützen. Tatsache ist, dass es in Deutschland, Frankreich und Italien viele Menschen gibt, die den Konflikt um jeden Preis beenden wollen. Diese Menschen, auch wenn sie es nicht offen sagen, sind bereit, Wladimir Putin einen kleinen Sieg zu gönnen, als Gegenleistung für „Frieden“. Nach der Invasion der Krim im Jahr 2014 wären sie also auch bereit, ihm die Eroberung des Donbass zu überlassen. Und danach? Mit dem tiefen Wintereinbruch sind die Militäroperationen derzeit fast zum Erliegen gekommen. Aber schauen wir uns eine Karte an. Abbildung 1 zeigt (Stand Mitte Dezember) die militärische Lage.
Ich bin kein Militärexperte, aber was könnte das ukrainische Militär planen? Im Osten stellt der Fluss Dnipro, der östlich von Cherson verläuft, eine natürliche Barriere dar. Die russischen Truppen sind auf der östlichen Seite tief eingebettet. Aber der lange Landstreifen im Süden, einschließlich der Krim, ist verwundbarer. Es ist sicher, dass das ukrainische Militär einen weiteren Angriff auf die Brücke von Kertsch erwägt – und die Russen werden das wissen. Mit einer Länge von 17 km ist sie für Russland nicht leicht zu verteidigen. Die Brücke könnte vom Meer, aus der Luft oder – wie geschehen – von einem Fahrzeug, das sie überquert, angegriffen werden. Hinzu kommt, dass der Winter im Süden und auf der Krim weniger streng ist als auf dem ukrainischen Festland. Außerhalb der Ukraine gibt es eine Schlacht, die Putin nun verloren zu haben scheint. Putin hatte offenbar geglaubt, die EU würde nicht die vielen angedrohten Wirtschaftssanktionen verhängen, wenn er damit drohte, die russischen Erdgaslieferungen nach Deutschland über die Northstream-Pipeline zu unterbrechen. Die EU hat Putins Bluff durchschaut – er hat tatsächlich die Gaslieferungen über die Northstream-Pipeline gekappt, und es sieht so aus, als ob Europa – mit etwas Glück – diesen Winter ohne größere Schäden überstehen wird. Wie eine bekannte deutsche Politikerin in der Vergangenheit sagte: „Wir schaffen das“. Geschicktes Management in Deutschland führte dazu, dass die deutschen Erdgasreserven zu Beginn des Winters zu ca. 95 % gefüllt waren. Gleichzeitig hat sich die alternative Erdgasversorgung aus den USA und dem Nahen Osten mit LNG (Liquefied Natural Gas) erfolgreich entwickelt. In Deutschland und ganz Europa wurden und werden zügig LNG-Anlagen gebaut, und es besteht kein Mangel an LNG-Tankschiffen. Es stimmt, dass diese neuen Erdgasquellen zurzeit teurer sind als russisches Erdgas im Jahr 2021. Der gesamte LNG-Betrieb stößt auch mehr Treibhausgase aus als die Pipelines. Der Krieg in der Ukraine hat fast allen europäischen Regierungen vor Augen geführt, wie wichtig eine stabile Energieversorgung ist und hat den Bau von Anlagen für erneuerbare Energien beschleunigt. Es scheint klar zu sein, dass Europa in absehbarer Zeit nicht mehr auf russisches Erdgas angewiesen sein wird, und Russland wird sich neue Kunden suchen müssen – die mit Sicherheit einen niedrigeren Preis verlangen werden. Wünschen wir also den Ukrainern viel Erfolg bei der Wiedererlangung ihrer Heimat – und viel Kraft, um mit den Engpässen bei Strom und Heizung wegen russischen Beschusses umzugehen. Gleichzeitig leidet die Mehrheit der russischen Bevölkerung unter der Verknappung und Verteuerung vieler Produkte, der Einberufung hunderttausender junger Männer in die Armee und dem Tod oder der Verwundung von ca. 100.000 russischen Soldaten. Wird Wladimir Putin als russischer Präsident überleben? Und wenn er geht, wird ein anständigerer Nachfolger ihn ersetzen? Das sind Fragen, die sich viele von uns im neuen Jahr stellen werden.
Nur eine Woche nach der Bekanntgabe eines Durchbruchs bei der Kernfusion durch das LLNL in Kalifornien, ein weiterer Durchbruch bei der Kernfusion – diesmal aus England. Das Bestreben von Tokamak Energy, bis Anfang der 2030er Jahre netzfähige Fusionsenergie zu demonstrieren, hat Auftrieb erhalten, nachdem sein kompakter sphärischer Tokamak ST40 (Abb. 2) nach einer Aufrüstung das erste Plasma erzeugt hat. Im März 2022 erreichte das Unternehmen erstmals eine Plasmatemperatur von 100 Millionen Grad Celsius im ST40-Tokamak. Dabei handelt es sich um die für kommerzielle Fusionsenergie erforderliche Schwelle und zugleich um die höchste Temperatur, die je in einem privat finanzierten sphärischen Tokamak erreicht wurde. Der Tokamak ST40 von Tokamak Energy wurde im November wieder in Betrieb genommen, nachdem er im Rahmen eines Modernisierungsprogramms mit einem neuen Hochleistungslasersystem mit Thomson-Streuung ausgestattet wurde, das durch die Messung von Temperatur und Dichte an mehreren Stellen im Plasma einen besseren Einblick in das Plasmaverhalten ermöglicht. Die neuen Experimente, bei denen Tokamak Energy nach eigenen Angaben Plasmatemperaturen erreichen wird, die mehr als sechsmal heißer sind als der Kern der Sonne, beziehen sich auf künftige Funktionen, die in den kürzlich angekündigten ST80-HTS, den weltweit ersten sphärischen Hochfeld-Tokamak mit Hochtemperatur-Supraleitungsmagneten (HTS) und in die Fusionspilotanlage ST-E1 integriert werden sollen.
Unterwasserwelt
Die meisten von uns, die an Land leben, haben kaum eine Vorstellung von der Unterwasserwelt, die unseren Kontinent umgibt. Es gibt Gaspipelines, Stromkabel, die Hochspannungsstrom transportieren, und natürlich Telekommunikationskabel, die den Sprach- und Internetverkehr übertragen. Offshore-Windparks, die etwa 100 km vom Land entfernt sind, liefern ihren Strom ebenfalls über Unterwasserkabel an die nächstgelegene Küste. Aus militärischer Sicht sind diese Strukturen sehr anfällig für Angriffe durch eine feindliche Macht. Sie können auch leicht von Baggerschiffen beschädigt werden – sei es „aus Versehen“ oder böswillig. Wie bereits erwähnt, wissen wir immer noch nicht, wer die Northstream-Pipelines sabotiert hat. War es Russland? Die britische Royal Navy entwickelt ein Roboter-U-Boot, das für Unterwasserpatrouillen eingesetzt werden soll. Das neue Boot, das nach dem mythischen Unterwassermonster „Cetus“ benannt ist, das von Perseus getötet wurde, soll in zwei Jahren in Dienst gestellt werden und ca. 18 Millionen Euro kosten (was für Verteidigungszwecke sehr wenig ist). „Cetus“ wird etwa die Größe eines Doppeldeckerbusses haben und dem Druck in tiefen Ozeanen standhalten können. Das neue Fahrzeug, das auch als „Unterwasserdrohne“ bezeichnet wird, ist in Abbildung 3 dargestellt.
Cetus wird in einen Standard-40Fuß-Container passen. Das U-Boot kann in einer einzigen Mission bis zu 1.500 km zurücklegen und soll die Fähigkeit der Marine zum Schutz der Unterwasserinfrastruktur verbessern. Die Reichweite kann durch das Hinzufügen zusätzlicher Batterien erweitert werden. Die Royal Navy verfügt bereits über autonome Minenjagdsysteme und testet kleine autonome Landungsboote. Die Cetus ist jedoch das erste autonome U-Boot. Das 12 m lange Schiff wird von MSubs, einem Technologieunternehmen mit Sitz in Plymouth, entworfen und gebaut (www.msubs.com).
2023 – Hoch hinaus!
In der Welt der Luftfahrt hat das neue Jahr bereits mit aufregenden Neuigkeiten begonnen. Die US-Luftwaffe enthüllte ihren neuen B-21-Tarnkappenbomber (Abb. 4), der pro Stück stolze 700 Millionen US-Dollar kosten wird. Die erste Flotte wird aus nur sechs Flugzeugen bestehen. Viele haben bemerkt, dass sie einer „fliegenden Untertasse“ ähnelt. Technische Details wurden nicht bekannt gegeben, aber es wird angenommen, dass sie Überschall fliegt.
In der Zivilluftfahrt kämpft die Boomsupersonic (boomsupersonic.com), ein Flugzeug, dass der alten Concorde ähnelt, mit Verzögerungen beim Erstflug seines XB-1, des sogen. „Baby Boom“. Baby Boom ist nur ein Drittel so groß wie das eigentlich geplante „Overture“-Flugzeug, das 65–80 Passagiere bei einer Geschwindigkeit von Mach 1,7 und einer Reichweite von 7850 km befördern soll. Der Erstflug der XB-1 war für September 2022 geplant. Sie hat nun alle bodengestützten Tests bestanden, und der Erstflug wird in den nächsten Monaten erwartet. Der Start der Overture in voller Größe ist für 2026 geplant. Sie wird von dem neu entwickelten Triebwerk „Symphony“ angetrieben, das mit nachhaltigen Kraftstoffen betrieben werden kann, die beispielsweise aus Abfall oder pflanzlichen Rohstoffen gewonnen werden.
Hier in Europa wird ein ganz anderer Schwerpunkt gesetzt. Die ersten Flugtests einer als „Morphing Wings“ bekannten Technologie sollen in den nächsten Monaten in Frankreich mit einem umgebauten Cessna Citation Executive Jet durchgeführt werden. Sie sind Teil eines Projekts von Airbus, das sich die Natur zunutze macht, um effizientere Verkehrsflugzeuge zu entwickeln. Gelingen soll das mit einer Vervielfältigung von Flugsteuerung an den Flügeln, wie in Abbildung 5 dargestellt. Das neuartige System, bei dem die Flügel ihre Form, Spannweite und Oberfläche so anpassen, wie Vögel ihren Flug steuern, wird als „Extra Performance Wing“ bezeichnet und wurde teilweise im Windkanal der britischen Airbus-Basis in Filton bei Bristol entwickelt und getestet. Künftige Verkehrsflugzeuge könnten mit dieser von Vögeln inspirierten Technologie bis zu 10 % Treibstoff einsparen, so Airbus.
Die neuen Tragflächen, die von UpNext, der Innovationsabteilung des europäischen Luft- und Raumfahrtkonzerns, entwickelt werden, ergänzen die Querruder, Klappen, Spoiler und Luftbremsen, die an den Tragflächen bestehender Flugzeuge die Arbeit verrichten, um mehrere neue bewegliche Flächen. Diese werden automatisch durch Windsensoren aktiviert und verändern die Flügelform in der Art und Weise, wie Vögel ihren Flug durch Biegen und Verstellen der Federn verfeinern. „Wir kommen bei diesem Flügel sehr schnell voran“, sagte Sandra Bour-Schaeffer, die Geschäftsführerin von UpNext. Die Oberfläche des Flügels würde sich automatisch anpassen, „je nachdem, welche atmosphärischen Bedingungen das Flugzeug vorfindet“, sagte sie letzten Monat in München gegenüber FlightGlobal News.
Es wird jedoch noch mindestens ein Jahrzehnt dauern, bis die Morphing-Wing-Technologie bei der Entwicklung zukünftiger Flugzeuge zum Einsatz kommt. Der umgebaute Cessna-Jet wird auf dem Luftwaffenstützpunkt Cazaux im Südwesten Frankreichs zu Testzwecken abheben, und eine Version mit vollwertigen Hochleistungsflügeln soll 2024 in Betrieb gehen. In den letzten Jahren haben die Airbus-Forschungsingenieure die Idee der frühen Pioniere Ende des 19. Jahrhunderts weiterverfolgt, dass die Menschen Flugmaschinen bauen müssten, die sich wie Vögel biegen oder sogar mit den Flügeln schlagen. Der „Flyer“, den Wilbur und Orville Wright 1903 zum ersten Motorflug in die Luft brachten, neigte sich und drehte sich, indem er seine Flügel „verformte“, also verdrehte. Die einfachere Lösung mit Querrudern an festen Scharnieren setzte sich bald durch.
2019 veröffentlichte Airbus den theoretischen Entwurf eines hybrid-elektrischen Verkehrsflugzeugs in den Farben von British Airways mit Flügel- und Leitwerksstrukturen, die denen eines Raubvogels nachempfunden sind, und mit individuell gesteuerten „Federn“ zur Flugsteuerung. Die Gruppe hat über Fortschritte bei AlbatrossONE berichtet, einem System zur Ausstattung von Verkehrsflugzeugen mit halbelastischen oder „schlagenden“ Flügeln, die den Flügelspitzen des großen Meeresvogels nachempfunden sind. Das an Modellen getestete System würde die Art und Weise nachahmen, wie der Albatros mühelos durch Turbulenzen „surft“. „Das bedeutet, dass wir weniger Material benötigen, z. B. kohlenstofffaserverstärkte Polymere, um den Flügel stark genug zu machen, damit er den Böen standhalten kann, und so das Gewicht des Flugzeugs zu verringern“, sagte James Kirk, der Chefingenieur des Projekts. Die Fluggesellschaften untersuchen ein anderes Konzept von Airbus, bei dem die Flugzeuge in V-Formation wie ein Schwarm ziehender Gänse die Ozeane überqueren sollen. Airbus hat sein ebenfalls von UpNext entwickeltes „fello'fly“-Konzept getestet, indem es letztes Jahr zwei Airbusse im Tandem über den Atlantik schickte. Ziel ist es, bis zu 10 % Treibstoff einzusparen, indem man die Art und Weise nachahmt, wie Vögel vom Vordermann Auftrieb erhalten, und so auf langen Strecken den Flügelschlag einsparen. Die Ingenieure glauben, dass die Technologie bereits verfügbar ist, damit sich die Flugzeuge nach dem Start formieren und in einer Gemeinschaft kreuzen können, die viel enger ist als die vielen Meilen oder zumindest Hunderte von Metern, die Flüge derzeit trennen. Es dürfte jedoch schwieriger sein, die Passagiere zu solch engen Begegnungen am Himmel zu bewegen.
Highlight 2023: Beschichtungen aus Algen
Ende letzten Jahres wurden in Boston, USA, die Gewinner des Earthshot-Wettbewerbs bekannt gegeben. Zwei von ihnen schienen besonders bedeutend zu sein. Notpla (notpla.com) ist ein kleines Unternehmen, das Verpackungen und Beschichtungen aus Meeresalgen herstellt (der Name ist eine Abkürzung für „not plastics“). Notpla Coating, das auf Papier oder Karton aufgetragen wird, schafft ein wasser- und fettbeständiges Produkt, z. B. für Mahlzeiten zum Mitnehmen. In ihrem Verfahren wird Seetang in Zucker umgewandelt. Dann wird es in Fässern fermentiert, um natürliche Polyester herzustellen. Das Produkt sieht aus wie ein Pulver. Dies alles wird durch die Wirkung von Mikroben ermöglicht. Aber Notpla ist keineswegs allein, es gibt inzwischen etwa ein Dutzend Unternehmen, die Beschichtungen, Kaffeetassen und andere Produkte aus Meeresalgen herstellen. Kelpi (www.kelpi.net) ist eines von vielen. In den USA gibt es den Tom Ford Plastic Innovation Prize, der über 1,2 Millionen US-Dollar für neue Kunststoffe auf der Grundlage erneuerbarer Quellen ausschreibt. Die diesjährigen Gewinner werden im Frühjahr bekannt gegeben. Seegras ist reichlich vorhanden und wächst sehr schnell. Wenn ich eine kühne Vorhersage machen soll, dann die, dass wir im Jahr 2023 viel mehr über Beschichtungen und Produkte hören werden, die aus Algen und Seetang gewonnen werden. Und – bevor ich es vergesse – diese Überzüge und Produkte sind essbar. Leser können also ihren Kaffee aus einer aus Algen hergestellten Tasse trinken – und dann die Tasse selbst essen. Lasst es Euch schmecken!
Ein weiterer Gewinner eines Earthshot-Preises war ein Team aus dem Oman. Sie nennen sich selbst 44.01, was dem Molekulargewicht von CO2 entspricht. Sie haben eine Technologie entwickelt, um CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen, indem sie es unterirdisch im Mineral Periotit einschließen. Das CO2 wird in Wasser gelöst und dieses karnonisierte Wasser wird in den Untergrund gepumpt, wo es mit dem Mineral reagiert. Im Gegensatz zur Kohlenstoffspeicherung, bei der das CO2 in stillgelegten Ölquellen oder Aquiferen vergraben wird, wird das CO2 bei der Mineralisierung dauerhaft entfernt. Das bedeutet, dass keine langfristige Überwachung oder Versicherung erforderlich ist und das Verfahren damit letztlich kostengünstiger, skalierbar und sicherer ist.
Das erste Projekt von 44.01 wird bis 2024 jährlich 1.000 Tonnen lokal gefangenes CO2 mineralisieren. Das Unternehmen will seine Aktivitäten bald international ausweiten, um die Mineralisierung vor Ort zu ermöglichen, ohne dass kostspielige CO2-Transporte erforderlich sind. Das Ziel von 44.01 ist es, bis 2040 1 Milliarde Tonnen CO2 zu mineralisieren.
Im Zuge der weltweiten Umstellung auf saubere Energieformen schafft 44.01 auch neue Arbeitsplätze für Ingenieure und Geologen, die in der fossilen Brennstoffindustrie tätig sind. Da Oman über die weltweit größte Konzentration an Peridotit verfügt, könnte die Kohlenstoffmineralisierung auch ein Segen für die Arbeitnehmer in der Region sein. Indem 44.01 versucht, globale Probleme zu lösen, wird es auch lokale Probleme lösen.
Glückwünsche für 2023
In diesem Sinne wünsche ich der „Galvanotechnik-Gemeinschaft“ alles Gute für das Jahr 2023. Es wird Probleme bringen – aber auch Lösungen. Die Innovationshochburg Europa ist ein ganz besonderer Ort. Lasst sie uns hegen und pflegen!