Brief aus England

Brief aus England

Die Geschichte darf sich nicht wiederholen

Großbritannien hat eine lange und stolze Geschichte. Aber es hat auch seine Momente der Schande. Als der britische Premierminister Neville Chamberlain Ende September 1938 aus München zurückkehrte, verkündete er, dass es „Frieden in unserer Zeit“ geben würde. Wenige Tage später marschierte Hitler ins Sudetenland ein, und Chamberlain beschrieb das Land nur als „fernen Ort, von dem wir wenig wissen“ – und beließ es dabei. Heute gibt es ein weiteres „fernes Land, von dem wir wenig wissen“ – nein, nicht die Ukraine, sondern Moldawien.

Die meisten von uns würden ein paar Minuten brauchen, um Moldawien auf einer Landkarte zu lokalisieren. Über das Land selbst wissen wir nur wenig. Ich glaube, es ist ein Weinexporteur, aber ich habe noch nie gesehen, dass moldawische Weine in England verkauft wurden. Vielleicht kann man sie in Deutschland kaufen? Moldawien erstreckt sich östlich von Rumänien bis fast hinunter ans schwarze Meer. Entlang seiner östlichen Flanke, angrenzend an die Ukraine, liegt Transnistrien mit einer Bevölkerung von ca. 500.000 Einwohnern. Transnistrien hat genau wie Moldawien keinen Zugang zum Meer. Technisch gesehen ist es Teil der Republik Moldau, aber in der Praxis ist es ein fast eigenständiges Land, obwohl es von der UNO und fast allen anderen Ländern der Welt nicht als solches anerkannt wird. Ich habe noch nie gehört, dass jemand Transnistrien besucht hat, weder als Urlauber noch aus anderen Gründen. Seit 1992 sind dort russische Soldaten stationiert, und in der Hauptstadt Tiraspol gibt es Statuen von Lenin, Stalin, russischen Panzern und einem Mig-Kampfflugzeug. In den letzten Wochen zeigt sich die Regierung der Republik Moldau zunehmend beunruhigt über eine mögliche Bedrohung durch Russland, das die Republik Moldau – ohne jeden Beweis – beschuldigt, eine Invasion Transnistriens zu planen. Hier bahnt sich möglicherweise ein weiterer Konflikt an, der die Situation für die Ukraine mit der Umzingelung durch Russland, Weißrussland und Transnistrien noch verschärfen könnte. Russland hat nun China um Waffen gebeten, und wir wissen noch nicht, ob es zustimmen wird. Wenn sich China einmischt, wird die globale Situation in der Tat sehr unschön aussehen.

Energiespeicherung

Abb. 2: Das ehemalige Kohlebergwerk Staric ist ein möglicher Standort für die Gravitricity-StromspeicherungsanlageAbb. 2: Das ehemalige Kohlebergwerk Staric ist ein möglicher Standort für die Gravitricity-StromspeicherungsanlageDer Energieverbrauch ändert sich im Laufe eines 24-Stunden-Tages. Er ändert sich im Laufe der sieben Tage einer Woche. Er ändert sich im Verlauf der Jahreszeiten. In gleicher Weise schwankt auch die Erzeugung erneuerbarer Energien, sowohl bei der Wind- als auch bei der Sonnenenergie. In der Vergangenheit bestand die einzige Möglichkeit der Energiespeicherung in Pumpspeicherkraftwerken, bei denen mit geringem Stromeinsatz mittels Pumpen der Pegel von Stauseen erhöht wurde. Um den Strom zurückzugewinnen, wurde Wasser abgelassen; Turbinen förderten dann Energie. Die andere Möglichkeit bestand darin, konventionelle Dampfturbinen am Laufen zu halten – ohne Strom zu erzeugen. So konnten diese in nur einer Minute aktiviert werden und brachten dann volle Leistung. Heute gibt es in vielen Ländern große Lithium-Batteriespeicheranlagen. Diese sind jedoch teuer und es wird ständig nach kostengünstigerer Stromspeicherung gesucht. Es werden viele neue Ansätze ausprobiert und einige werden vielleicht erfolgreich sein, während andere scheitern werden. Ein Unternehmen, das neue Speichertechnologien entwickelt, ist Gravitricity (www.gravitricity.com). Überall in Europa gibt es stillgelegte Bergwerksschächte, einige sind Hunderte Meter tief mit Bohrweiten von mehr als 5 Metern. Die Grundlage der Gravitricity-Technologie besteht darin, ein schweres Gewicht an einer Winde aufzuhängen. Wenn man das Gewicht fallen lässt, wird die Winde mit einem Dynamo gekoppelt und erzeugt Strom. Dann, in der Nacht oder wenn der Strombedarf gering ist, wird das Gewicht an die Oberfläche gehoben. Das Prinzip ist in Abbildung 1 dargestellt. Das Unternehmen hat Entwürfe für Anlagen mit Fallgewichten von bis zu 12.000 Tonnen vorgelegt. Die Technologie soll günstiger sein als Energiespeicherung in Lithiumbatterien und zudem eine deutlich höhere Lebensdauer haben – im Gegensatz zu einer Batterie, deren Leistung mit der Zeit nachlässt. Es soll wohl auch möglich sein, das Gewicht schneller oder langsamer fallen zu lassen und so hohe Energie in einem kurzen Impuls freizusetzen oder weniger Energie über einen längeren Zeitraum zu erzeugen. Und schließlich kann der Strom innerhalb einer Sekunde freigesetzt werden. Im Jahr 2021 baute das Unternehmen eine 250-kW-Testanlage nahe Edinburgh, die wie geplant funktionierte. Nun ist eine Anlage (4–8 MW oder 2 MWSt) geplant, mit der die volle Kapazität der Technologie entfaltet werden kann. Diese wird wahrscheinlich im ehemaligen Kohlebergwerk Staric in der mährischen Region Schlesien in der Tschechischen Republik errichtet, welches über einen Kilometer tief ist (Abb. 2). Das Bergwerk liegt in der Nähe der polnischen Grenze – es soll über 30 ähnliche Schächte in der Region geben. Eine vollwertige Anlage hätte eine Leistung von ca. 25 MWSt. Eine Pilotanlage ist auch in Indien im Bau.

 

Abb. 1: Energiespeicherung durch SchwerkraftAbb. 1: Energiespeicherung durch Schwerkraft

Abb. 3: Unterirdische Speicherung von Wasserstoff unter DruckAbb. 3: Unterirdische Speicherung von Wasserstoff unter Druck

 

Mit dem Know-how, das Gravitricity bei der Erschließung von Bergwerksschächten erworben hat, entwickelt das Unternehmen auch eine andere Energiespeichertechnologie, die auf der großtechnischen Speicherung von Wasserstoff in ehemaligen Bergwerksschächten basiert (siehe Abb. 3). Zu den Vorteilen dieser Technologie gehören zum einen niedrige Speicherkosten – statt eines dicken Stahlbehälters für die Hochdruckspeicherung kann der Boden selbst verwendet werden, um den Druck mit einer dünneren Auskleidung einzudämmen und Lecks zu verhindern – und zum anderen die erhöhte Sicherheit: Sollte es zu einer Explosion kommen, würden die Schäden in der Umgebung minimal sein. Eine typische Anlage würde ca. 100 Tonnen Wasserstoff auf diese Weise speichern. Gravitricity entwickelt diese beiden Technologien getrennt voneinander. Längerfristig wird jedoch darüber nachgedacht, ob beide miteinander kombiniert werden können, z. B. durch den Einsatz des Fallgewichtssystems in einem Wasserstoffspeicherbehälter.

Warm halten!

Abb. 4: Elektrische TapeteAbb. 4: Elektrische TapeteWie halten wir uns warm, zu Hause oder im Büro? Traditionell tun wir dies durch Konvektionsheizung, was dazu führt, dass alles im Raum warm ist – die Luft, die Möbel, die Wände – vielleicht weniger der Boden. Und diese Wärme wird vielleicht 14 Stunden am Tag aufrechterhalten. Die Alternative ist die Verwendung von Strahlungswärme. Die Briten waren jahrhundertelang führend auf diesem Gebiet. Im 18. und 19. Jahrhundert und in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hatten alle Häuser offene Kamine. Diese erzeugten eine wunderbare Wärme – für diejenigen, die sich im Umkreis von 2 bis 3 m um den Kamin befanden. Der Rest des Raums war kalt. Solche Systeme saugten riesige Mengen kalter Luft von draußen an, die durch den Schornstein nach oben strömte, und verbrauchten so große Mengen Kohle, um ein Minimum an Wärme zu erzeugen. Keine gute Idee! In den 1960er Jahren und später wurden Erdgas-Strahlungsheizungen eingeführt. Diese wurden in der Regel an der Decke montiert, mit keramischen Elementen, die nach unten gerichtet waren. Die darunter sitzenden Personen wurden gut gewärmt. Aber wenn sie an einem Tisch saßen, blieben ihre Beine und Füße ziemlich kalt. Jetzt ist die Idee der Strahlungswärme zurückgekehrt – mit elektrisch beheizten Tapeten. Jede Bahn besteht aus zwei dünnen Kupferstreifen und einer Schicht Graphen (dem leitfähigsten Material der Welt), das Wärme abgibt, wenn es mit Strom versorgt wird. So werden Gegenstände und Menschen direkt erwärmt und damit die Wärme nachgeahmt, die man spürt, wenn man in der Sonne sitzt.

Ein führender Hersteller ist NextGen Heating (www.nextgenhating.com), dessen Produkt, das überpflastert werden muss, seit 2019 erhältlich ist. Im Dezember ist eine neue Version auf den Markt gekommen. Sie ist viel schneller zu installieren – und die Bewohner müssen nicht ausziehen, wenn die Tapete angebracht wird. Die Bahnen werden in der Regel an den Wänden oder an der Decke angebracht, aber NextGen bietet auch ein wasserfestes Produkt an, das unter den Dielen angebracht wird. Ein weiterer Hersteller ist iHelios (www.ihelios.co.uk), ein im ostbritischen Hull ansässiges umweltfreundliches Unternehmen, das Paneele aus Nanokohlenstoffkleister entwickelt hat, die ähnlich wie Tapete angebracht werden können, aber über eine App gesteuert werden. Das Unternehmen sagt, dass die Heizkosten so um ca. 40 % gesenkt werden können. Die Kosten für die Installation in einer 3-Zimmer-Wohnung liegen bei ca. 3800 Euro. Zu beachten ist, dass es bei dieser Heizung keine Möglichkeit der Warmwasserversorgung gibt und hierfür separate Vorkehrungen getroffen werden müssen. Bisher wurden in England bis zu 10.000 Häuser mit dieser Technologie ausgestattet. Sie konkurriert mit Wärmepumpen, doch für Wohnungen, in denen eine Wärmepumpe nicht eingebaut werden kann, ist sie vielleicht das Mittel der Wahl.

Abb. 5: Burj Zanzibar wird das höchste Holzgebäude  der Welt seinAbb. 5: Burj Zanzibar wird das höchste Holzgebäude der Welt seinHolz ist der älteste aller Baustoffe und wird vor allem in Skandinavien heute noch häufig verwendet. Und im Vergleich zu Ziegeln oder Beton ist der Baustoff besonders umweltfreundlich, schließlich ist die Zementherstellung ein sehr großer CO2-Emittent. Allerdings sind fast alle solchen Holzhäuser nur zweistöckig. Die Regierung Sansibars plant nun den Bau des höchsten „grünen“ Gebäudes der Welt – einen 28-stöckigen Holzturm namens „Burj Zanzibar“. Seine Erbauer, ein Team von Fachleuten aus den USA, der Schweiz, Südafrika, Tansania, Österreich und anderen Ländern, sagen, dass es ein ökologischer Meilenstein nicht nur für den Touristenort im Indischen Ozean, sondern für ganz Afrika sein wird. Das als „vertikales grünes Dorf“ bezeichnete Bauwerk wird auf einem Grundstück in der hochmodernen Küstenstadt Fumba gebaut, einer von deutschen Ingenieuren geplanten Öko-Stadt mit einer Breite von einer Meile, die Tech-Arbeiter in das tropische Sansibar locken soll. Mit einer Höhe von 96 Metern soll der Burj Zanzibar – Burj ist das arabische Wort für Turm – neuer Maßstab für das Bauen im 21 Jahrhundert werden (Abb. 5). Mit Blick auf den Ozean wird es 266 Wohnungen zu Preisen zwischen 65.000 und 785.000 Pfund sowie begrünte Balkone, Dachgärten, Büroflächen und Swimmingpools bieten. Das im Stil eines Bienenstocks entworfene Gebäude wird aus lokalem Holz errichtet. Und während ein Kubikmeter Holz eine halbe Tonne Kohlendioxid speichern kann, sagen Experten, dass der konventionelle Betonbau für ein Viertel der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich ist. „Burj Zanzibar ist nicht nur ein herausragendes Gebäude, sondern ein neues Ökosystem für die Zukunft des Wohnens“, so der gebürtige Niederländer Leander Moons, Gründer des Architekturbüros OMT. Der Burj Zanzibar soll in drei Jahren fertiggestellt werden und den 87 m hohen Ascent Tower in Milwaukee als höchstes Holzgebäude der Welt ablösen. Es wird auch das erste nachhaltige Hochhaus Afrikas sein.

Auf dem Weg zum Quantencomputer

In den letzten Jahren scheint der Wettlauf um immer größere und schnellere Supercomputer fast zum Stillstand gekommen zu sein. Das liegt zumindest zum Teil daran, dass sich alle Experten einig sind, dass die Zukunft in Quantencomputern liegt. Ein in Oxford ansässiges Start-up-Unternehmen für Quantencomputer, das die bahnbrechende Technologie billiger und wesentlich kleiner als derzeit anbieten will, hat 30 Millionen Pfund aufgebracht, um das Unternehmen auszubauen. Oxford Ionics hat einen Weg entwickelt, einige der Hindernisse zu überwinden, die dem Quantencomputing im Wege stehen, darunter Skalierbarkeit, Größe, Integration und Leistung. Die Website www.oxionics.com ist sehr informativ und ich empfehle sie Lesern, die mehr erfahren möchten. Die Finanzierung wird es ermöglichen, die Technologie von kleinen Geräten bis zu dem Punkt auszubauen, an dem groß angelegte Systeme gebaut werden können. Quantencomputer werden in der Lage sein, Probleme zu lösen, die derzeit unlösbar sind. Ein normaler Computer stützt sich auf „Bits“, die entweder 1 oder 0, ein oder aus darstellen und daher durch binäre Optionen begrenzt sind. Die Gehirne von Quantencomputern sind Quantenbits oder Qubits, die sowohl 0 oder 1 als auch eine „Superposition“ von 0 und 1 sein können – mit anderen Worten, sie sind gleichzeitig ein- und ausgeschaltet. Damit können sie die Komplexität der subatomaren Welt in einer Weise widerspiegeln, wie es klassische Computer nicht können. Es wird erwartet, dass diese Supercomputer Branchen wie das Gesundheitswesen, nachhaltige Energie und fortschrittliche Materialien verändern werden. Die Innovation des Unternehmens besteht in der Herstellung qualitativ hochwertigerer Qubits mit Hilfe gefangener Ionen. Diese Qubits sind leichter zu handhaben und weniger fehleranfällig, so dass weniger davon in einem System benötigt werden.

Der neuartige Ansatz besteht darin, dass das Unternehmen Atome als Qubits verwendet. Dadurch werden teure und komplexe Laser überflüssig, die normalerweise in solchen Systemen verwendet werden. Das Unternehmen beschäftigt 35 Ingenieure und Wissenschaftler und plant, in den nächsten zwei Jahren um bis zu 80 Mitarbeiter zu wachsen. Oxford Ionics will Quantencomputing-Dienstleistungen an Unternehmen verkaufen, damit diese die sich schnell verändernde Hardware nicht selbst kaufen müssen. „Quantencomputing kann die Welt verändern“, so das Unternehmen. Mit modernen Computern kann man aerodynamische Probleme lösen und Flugzeuge bauen, die bei ihrem ersten Flug perfekt fliegen. Mit Quantencomputern ist das Gleiche mit der Chemie möglich. Das verändert die Art und Weise völlig, wie Wissenschaftler über die Welt und das Menschenmögliche denken.

Ein mittelalterlicher Oberflächenchemiker?

Abb. 6: Nach 400 Jahren gibt Rembrandts Farbe ihre Geheimnisse preisAbb. 6: Nach 400 Jahren gibt Rembrandts Farbe ihre Geheimnisse preisUnter den niederländischen Malern der Alten Meister war Rembrandt – besser bekannt unter dem Namen Rembrandt van Rijn (1606-1669) – der überragendste. Jüngste Forschungen haben jedoch ergeben, dass er viel mehr als nur ein Maler war und dass er erfolgreich mit Farbkompositionen und Chemie experimentierte. Heute wissen wir, dass er ein ungeduldiger Mann war, der nicht warten wollte, bis die Farbe auf seinen Bildern getrocknet war. Neuere Forschungen legen nahe, dass er erfolgreich eine schneller trocknende Farbe entwickelt hat. Aktuelle Analysen seines 4 mal 4,6 Meter großen Meisterwerks „Die Nachtwache“, gemalt im Jahr 1642 (Abb. 6), haben enthüllt, dass Blei in der Farbe enthalten ist. Diese Chemikalie ist noch nie auf einem Gemälde nachgewiesen worden. Wissenschaftler glauben nun, dass Rembrandt ein gelbes Pigment, bekannt als Litharge oder Bleioxid, in Öl erhitzt haben könnte, um es in eine Form zu bringen, die auf der Leinwand schneller trocknet. „Wir glauben, dass Bleiformiat ein Anhaltspunkt ist. Um Bleiformiate herzustellen, braucht man BleiIonen. Blei war in vielen mineralischen Pigmenten enthalten, die Rembrandt verwendete, wie zum Beispiel Bleiweiß. In diesem Fall denken wir, dass Blei aus einem bestimmten Rezept für die Ölzubereitung stammen könnte, bei dem Bleioxid in erhitztem Öl aufgelöst wird. „Dieses Rezept wurde verwendet, um ‚sikkative' Eigenschaften zu verleihen, d. h. das Öl schneller trocknen zu lassen. Nach chemischen Arbeiten an Modellproben, die diese Rezeptur reproduzieren, glauben wir, dass die BleiIonen aus diesem Bleioxid stammen könnten“, “, so Dr. Victor Gonzalez, Erstautor der Studie. Winzige Farbkleckse wurden in einem Labor analysiert, wo die Forscher mit Hilfe von Hochleistungsröntgenstrahlen herausfanden welche Chemikalien vorhanden waren.

Mehr hierzu in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

https://doi.org/10.1002/anie.202216478

Wird nun ein Traum wahr?

Abb. 7: Schwimmende Entsalzungsbarke vor der  saudi-arabischen KüsteAbb. 7: Schwimmende Entsalzungsbarke vor der saudi-arabischen KüsteÜberall auf der Welt gibt es Berichte über Wasserknappheit. Und doch ist der größte Teil der Erdoberfläche von Meeren und Ozeanen bedeckt. Die Antwort lautet Entsalzung – leider ist das Verfahren sehr energieaufwendig. Ein erheblicher Teil der benötigten Energie besteht darin, riesige Mengen Wasser zur Entsalzungsanlage zu pumpen und konzentriertes Salzwasser zurück ins Meer. Eine Lösung für dieses Problem ist der Bau schwimmender Entsalzungsanlagen. Abbildung 7 zeigt eine solche schwimmende „Barke“ vor der Küste Saudi-Arabiens. Wie auf dem Bild zu sehen ist, wird sie jedoch mit Diesel betrieben. Das soll künftig mit Atomstrom geschehen. Die USA, die über mehrere nuklear angetriebene Flugzeugträger verfügen, nutzten diese, um eine Entsalzungsanlage mit Strom zu versorgen, nachdem eine Pazifikinsel von einem Tropensturm getroffen worden war. Ein Unternehmen, das diesen Ansatz ebenfalls verfolgt, ist Core Power (www.corepower.energy ). In Planung befindliche Projekte sind unter anderem Handelsschiffe mit Nuklearantrieb, schwimmende Entsalzungsschiffe und schwimmende nuklearbetriebene Elektrolyseanlagen zur Herstellung von Wasserstoff. Die Idee, solche Operationen auf See durchzuführen, hat viele Vorteile. Die Sicherheit wird einfacher. Und es ist nicht notwendig, eine kostenpflichtige Baufläche zu finden. Solche Anlagen können sogar steuerfrei sein, wenn sie sich in internationalen Gewässern befinden. Nach Angaben von Core Power, könnte eine 5 MW-Kernkraftanlage 35.000 Kubikmeter – entsprechend 14 olympischen Schwimmbecken – Süßwasser pro Tag abpumpen. Ein weiteres Unternehmen in diesem Bereich ist Oisann Engineering (www.waterfountain.no), ein norwegisch-niederländisches Unternehmen, das ein System namens „Waterfountain“ entwickelt hat. Dieses System verwendet keine Kernenergie, sondern nutzt die hydraulischen Druckunterschiede zwischen dem Druck am Meeresboden und dem an der Oberfläche. Das Verfahren, das mit Umkehrosmose arbeitet, wird als „Unterwasser-Entsalzung“ bezeichnet. Die Technologie ist patentiert und ist in einer Bandbreite von der unbemannten Boje bis hin zum konventionellen Schiff verfügbar.

Fazit:

So wie die Welt saubere und kostengünstige Energie braucht, brauchen wir auch sauberes und preiswertes Wasser. In beiden Fällen gibt es einen Wettlauf um die beste Lösung.

 

  • Autoren: Dr. Anselm T. Kuhn
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