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Montag, 04 Januar 2021 13:00

Brief aus England

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Geschätzte Lesezeit: 7 - 14 Minuten
Abb. 7: MAN Energy Solutions testet diesen mit Ammoniak betriebenen Schiffsmotor in Originalgröße in Kopenhagen Abb. 7: MAN Energy Solutions testet diesen mit Ammoniak betriebenen Schiffsmotor in Originalgröße in Kopenhagen

Als wir vor 12 Monaten Weihnachten feierten, hatten wir keine Ahnung, was für schreckliche 12 Monate vor uns liegen würden. Dieses Weihnachten können wir jedoch auf ein besseres Jahr hoffen. Es gibt mindestens drei Covid-Impfstoffe (oder einen vierten, wenn wir den russischen „Sputnik“ mit einbeziehen), die bis zum Jahresende in Produktion gehen und der Öffentlichkeit bald zur Verfügung stehen sollten. Das Leben wird also zur Normalität zurückkehren.

Aber wird es wieder normal werden? Vielleicht auch nicht. Viele sind sich einig, dass die Pandemie wie ein Beschleuniger gewirkt hat. So hat sich die Pandemie für Unternehmen, die bereits in Schwierigkeiten waren, bereits als Gnadenstoß erwiesen. Dazu gehören Kaufhäuser, Restaurants und Fluglinien. Die Krankheit hat dagegen Online-Geschäfte angekurbelt, vor allem Nahrungsmittel aus Supermärkten und Restaurants, aber auch Kleidung und Non-Food-Artikel wurden online gekauft.

 »Kehrt mit dem Impfstoff das Leben zur Normalität zurück?«

Online-Einkäufe sind, an sich, eine effiziente Art und Weise, Waren vom Hersteller (oder Warenhaus) zum Kunden zu transportieren, was niedrigere Preise bedeutet. Online-Einkaufen wird noch effizienter werden, wie ich weiter hinten anmerken werde.

Mit einem Impfstoff versprechen uns Ökonomen eine V-förmige, d. h. eine rasche wirtschaftliche Erholung. Das Jahr 2021 verspricht also ein besseres Jahr zu werden. Und doch sind dunkle Wolken am Horizont zu sehen.

Abb. 1: Eine Warnung an Deutschland von einem ExpertenAbb. 1: Eine Warnung an Deutschland von einem ExpertenDie deutschen Verlagshäuser – und ich schließe natürlich den Verlag Leuze mit ein – gehören zu den besten der Welt. Aber sie werden durch die Sprachbarriere behindert, und viele deutsche Bücher erreichen nicht das Publikum, das sie verdienen. Aber von Zeit zu Zeit wird ein in Deutschland veröffentlichtes Buch als so wichtig angesehen, dass es weltweit Beachtung findet. Ein solches Buch ist „Wer hat Angst vorm BND“ (Ullstein, Abb. 1).

Der 68-jährige Autor Gerhard Schindler war früher Chef des BND. Als solcher wird er über internationale Bedrohungen so gut informiert sein wie kaum ein anderer in Deutschland. In dem Buch warnt er vor den Gefahren, denen Deutschland vor allem durch China, aber auch durch religiöse Fanatiker, die in den letzten Jahren nach Deutschland gekommen sind, ausgesetzt ist. Interessanterweise (und ich würde dem zustimmen) sieht er Russland als eine geringere Bedrohung an. Im Laufe der Jahre wird Europa immer weniger Öl und Gas aus Russland kaufen, und wir kaufen auch sonst nicht viel mehr von Russland. Schindlers Buch wurde vor den jüngsten Gräueltaten in Paris und Nizza geschrieben, die seine Weitsicht und Weisheit bestätigen. Seine Botschaft lautet, dass der internationale Handel (einschl. mit China) zwar wichtig ist, dass Politiker jedoch das Gesamtbild und die künftigen Bedrohungen durch eine zunehmend aggressive Supermacht nicht übersehen sollten. Der Autor stellt fest, dass Deutschland in Bezug auf die Huawei-5G-Technologie noch unentschlossen ist, und weist darauf hin, dass die Huawei-Technologie so weit fortgeschritten ist, dass deutsche Experten nicht wissen, ob sie eine versteckte Hintertür enthält oder nicht. Die meisten westlichen Nationen haben entschieden, dass das Risiko zu groß ist und werden keine Huawei-5G-Systeme einsetzen.

China nutzt seine Macht zunehmend, um Länder, die ihm missfallen, zu bedrohen oder zu bestrafen. So hat China, als die australische Regierung Fragen aufwarf und die Covid-Pandemie und ihre Ursprünge aufdeckte, sofort einen Zoll auf die Einfuhr von australischer Gerste und anderen Produkten erhoben. Großbritannien steht nun unter wachsendem Druck, chinesische Atomtechnologie zu kaufen, und könnte auch bestraft werden, wenn es sich weigert, dies zu tun. Deutschland hat einige schwierige Entscheidungen vor sich!

E-Mobilität: Steht eine Wettstreit bevor?

Die Zukunft der Mobilität ist elektrisch. Die britische Regierung kündigte an, dass der Verkauf von Benzin-/ bzw. Diesel-Pkw im Jahr 2040 eingestellt wird. Dann hat sie das Datum auf 2035 vorverlegt und jetzt, wie es scheint, auf 2030. Es gibt Alternativen zur E-Mobilität, auf die ich später eingehen werde. Aber zunehmend stellt sich die Frage, ob man sich für Batterien oder Brennstoffzellen entscheiden soll.

Gegenwärtig scheint die Position Batterien für Pkw, Brennstoffzellen für Lkw und andere Großgeräte zu bestehen. Tesla scheint sich der Batterieleistung verschrieben zu haben. Die britische Luxusmarke Bentley (im Besitz von VW) hat soeben angekündigt, dass sie bis 2026 planmäßig nur Elektro- oder Hybridmodelle anbieten und bis 2030 zu 100 % elektrisch sein wird. Immer mehr Unternehmen erkennen, dass die Kosten für die Einführung einer neuen Marke recht bescheiden sind, da alle Komponenten von Drittlieferanten bezogen werden können. Ein britisches Start-up-Unternehmen, Arrival (www.arrival.com), hat 120 Millionen Dollar von American Blackrock, dem weltgrößten Vermögensverwalter, erhalten. Es hat ähnliche Summen von Hyundai und Kia bekommen. Es wird batteriebetriebene Lieferwagen für Unternehmen wie die Royal Mail in Großbritannien und die US Postal Services bauen. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel.

Abb. 2: Batteriebetriebener Lieferwagen für die britische Royal MaiAbb. 2: Batteriebetriebener Lieferwagen für die britische Royal Mai

Das Geschäft basiert auf einer Reihe von „Mikro-Fabriken“ in Europa, den USA und Großbritannien. Abbildung 3 zeigt die im Bau befindliche Microfactory in South Carolina, die in etwa einem Jahr eröffnet werden soll. Es ist klar, dass die Zustellung von Briefen und Paketen in Städten und Gemeinden eine ideale Anwendung für „Electric Vehicles“ ist. Aber das Unternehmen stellt auch elektrische Stadtbusse her, für die das Gleiche gilt. Arrival wurde von einem russischen Emigranten, Denis Sverdlov, gegründet. Er behauptet, dass seine Elektrofahrzeuge genauso viel kosten werden wie ihre dieselbetriebenen Äquivalente. Er sagt auch, dass sein Herstellungsverfahren, das auf besagten Mikro-Fabriken basiert, kostengünstiger ist als konventionelle, sehr große Produktionsanlagen. Das Unternehmen strebt an, den Preis des Mercedes-Benz „Sprinter“ zu erreichen. Ich könnte auch ein anderes relativ neues amerikanisches Start-up-Unternehmen erwähnen, Rivian (www.rivian.com), das SUVs und kleine Nutzfahrzeuge herstellt. Amazon hat 100 000 Exemplare bestellt – ja, 100 000! Lieferfahrzeuge von der Firma, die eine Investition von ca. 3 Milliarden Dollar gewonnen hat und jetzt über 3000 Mitarbeiter beschäftigt. Die ersten Amazon-Lieferfahrzeuge werden nächstes Jahr in Betrieb genommen.

Abb. 4: Wasserstoffbetriebener BaggerAbb. 4: Wasserstoffbetriebener Bagger

Der amerikanische Autoriese GM (General Motors) ist nur langsam in die E-Mobilität eingestiegen, hat sich aber kürzlich unter der Chefin Mary Barra voll und ganz für eine elektrische Zukunft eingesetzt. Anstatt Batterien zu verwenden, scheint GM jedoch eine Zukunft zu sehen, die auf Wasserstoff-Brennstoffzellen basiert. Der GM-Geländewagen „Badger“ soll Ende 2021 in Produktion gehen. GM hat sich mit einem kleineren Unternehmen, Nikola (www.nikolamotor.com ), zusammengeschlossen. Nikola war kürzlich in den Nachrichten zu sehen und wurde der irreführenden Werbung (sie produzierten ein Video, das ihren Lkw beim Fahren zeigte, aber in Wirklichkeit fuhr er bergab und hatte keinen Motor) und anderer rechtlicher Probleme beschuldigt. Aber ihre sogenannten „Semis“ (Gelenk-LKW) von bis zu 40 Tonnen haben eine Reichweite von ca. 1000 km, können in wenigen Minuten betankt werden und haben eine hervorragende Beschleunigung. GM wird demnächst eine Reihe neuer Fahrzeuge (z.B. den militärisch-zivilen HumVee) auf den Markt bringen, die nicht auf Batterien, sondern auf Brennstoffzellen basieren, wobei alle Modelle über eine relativ kleine Batterie für den Standby-Betrieb verfügen werden.

Busse und Baumaschinen

Abb. 4: Wasserstoffbetriebener BaggerAbb. 4: Wasserstoffbetriebener BaggerAbbildung 4 zeigt einen Bagger mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb der Firma JCB. Die Schwesterfirma in Nordirland, Wrightbus (www.wrightbus.com), baut einstöckige und doppelstöckige Brennstoffzellenbusse, während Siemens und die DB mit Wasserstoff betriebene Eisenbahnzüge testen. Alles also glänzend? Antwort: Nein! Leser werden sich Abb. 5: Brennstoffzellen-Busse von Wrightbus Ltd. in NordirlandAbb. 5: Brennstoffzellen-Busse von Wrightbus Ltd. in Nordirlandfragen, woher der Wasserstoff eigentlich kommt. Es scheint drei Optionen zu geben. Die erste sind lokale Wasser-Elektrolyse-Anlagen. Die Technologie ist ausgereift, aber elektrolytischer Wasserstoff ist nicht billig. Die zweite Option wäre Tankwagen, die Wasserstoff an Tankstellen liefern, so wie heute Benzin/Diesel geliefert wird. Die dritte Option wäre ein Wasserstoff-Netzwerk, so wie wir heute ein Erdgas-Netzwerk haben. In diesem Szenario würde der Wasserstoff für die Hausheizung verwendet werden. Eine weitere Option bestünde darin, das bestehende Erdgasnetz zu nutzen, um ein Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff zu transportieren. Aus diesem Gemisch könnte dann mit Ag-Pd-Membranen oder einer ähnlichen Technologie selektiv Wasserstoff gewonnen werden. Befürworter der Batterietechnologie weisen darauf hin, dass wir bereits ein Strom-Netzwerk haben, was auch stimmt. Ich vermute, dass zumindest im nächsten Jahrzehnt sowohl Batterien als auch Brennstoffzellen immer wichtiger werden, da die fossilen Brennstoffe auslaufen, aber jeweils in einem bestimmten Sektor.

 

 

Welche Zukunft haben flüssige Brennstoffe?

Gibt es eine Zukunft für fossile Brennstoffe? Die Wahl von Präsident Biden in den USA, so ist man sich einig, wird die Ökologisierung der USA beschleunigen. Präsident Trump schien nicht an die globale Erwärmung zu glauben. Kohle ist der schmutzigste aller fossilen Brennstoffe, und in Großbritannien wird das letzte kohlebefeuerte Kraftwerk spätestens 2025 geschlossen. Zu gegebener Zeit wird dasselbe für öl- oder gasbefeuerte KW gelten. Die einzige Technologie, die dies ändern könnte, wäre sogen. CCS – Kohlenstoffabscheidung und -speicherung. Gegenwärtig erweist sich die CCS-Technologie als schwierig und teuer. Aber flüssige Brennstoffe sind so bequem. Wir haben Biokraftstoffe, z. B. Biodiesel, und eine kleine Anlage in England stellt Flugkraftstoff aus einheimischem Restaurant-Müll Kraftstoff her. Aber die Wirtschaftlichkeit von Biokraftstoffen ist fragil.

Abbildung 6 zeigt bekannte Optionen.

Abb. 6: Energiegehalt verschiedener Treibstoffe. Grau = CO2-emittierende Treibstoffe, Grün = „grüne“ TreibstoffeAbb. 6: Energiegehalt verschiedener Treibstoffe. Grau = CO2-emittierende Treibstoffe, Grün = „grüne“ Treibstoffe

Der beste „grüne“ Kraftstoff in Abbildung 6 ist Ammoniak, und aus diesem Grund testet MAN Energy Solutions in seiner Anlage in Kopenhagen einen Schiffsmotor in Originalgröße (Abb. 7). Seltsamerweise zeigt Abbildung 6 jedoch keinen weiteren potenziellen „grünen“ Kraftstoff, nämlich die Ameisensäure. Forscher in Cambridge (UK) unter der Leitung von Professor Erwin Reisner und anderen in den USA haben Ameisensäure aus CO2, Wasser und Sonnenlicht mittels simulierter Photosynthese hergestellt. Abbildung 8 zeigt ein synthetisches „Blatt“.

Abb. 8: Ein synthetisches Blatt erzeugt mittels Photosynthese AmeisensäureAbb. 8: Ein synthetisches Blatt erzeugt mittels Photosynthese Ameisensäure

Fazit: Wissenschaftler und Technologen auf der ganzen Welt entwickeln eine Reihe von „grünen“ Energiesystemen. Aber CO2 kennt keine internationalen Grenzen. China und Indien gehören zu den Nationen, deren Kraftwerke riesige Mengen CO2 ausstoßen – China exportiert sogar kohlebefeuerte Kraftwerke nach Osteuropa. Kohle ist nach wie vor der billigste und schmutzigste aller fossilen Brennstoffe. Ist es richtig, dass wir im Westen so hart daran arbeiten, unsere CO2-Emissionen zu reduzieren, während andere Nationen dies nicht tun? Eine Antwort wäre eine Art Steuer auf den Import von energiereichen Produkten aus diesen „schmutzigen“ Ländern.

Bin ich irrational?

Ich gehe gerne zu Fuß, fahre Rad, reise mit dem Auto oder Zug. Ich bin mit dem Flugzeug geflogen (wenn auch nicht oft). Aber irgendwie wäre es mir äußerst unangenehm, in einer kleinen Kapsel mit vielleicht 15 oder mehr Mitreisenden zu sitzen und mit hoher Geschwindigkeit in einer luftleeren Metallröhre vorwärtsgetrieben zu werden. Das ist eine Beschreibung der Virgin Hyperloop, die kürzlich einen neuen Meilenstein erreicht hat. Vor einigen Wochen beförderte die Hyperloop ihre ersten beiden Passagiere (beides Firmenangestellte) auf einer 500 m langen Teststrecke an ihrer Entwicklungsstation in Nevada (Abb. 9). Während ihrer 15 Sekunden dauernden Fahrt erreichten sie eine Höchstgeschwindigkeit von 170 km/h. Ziel ist es jedoch, mit Geschwindigkeiten von 1000 km/h oder mehr zu fahren. Die Kapseln werden von linearen Elektromotoren angetrieben. Es ist nicht klar, wo und wann der erste Hyperloop in Originalgröße gebaut werden soll. Pläne dafür gibt es in den USA, Südkorea und Saudi-Arabien, aber es ist noch nichts endgültig vereinbart. Die ganze Grundlage der Idee ist, dass mit diesem Verkehrmittel die gleiche Geschwindigkeit wie ein modernes Flugzeug erreicht werden kann, aber zu einem Bruchteil der Kosten, und das auf eine völlig „grüne“ Art und Weise. Flugreisen werden immer preiswerter und könnten bald ebenso „grün“ sein und benötigen natürlich keine andere Infrastruktur als einen Flughafen. Ich überlasse es dem Leser, selbst herauszufinden, was zu tun ist, wenn es irgendeine Art von Fehler gäbe und sie in ihrer kleinen Kapsel in einem Metallrohr fest säßen – im Vakuum.

Abb. 9: VirginHyperloop-Teststrecke in NevadaAbb. 9: VirginHyperloop-Teststrecke in Nevada

Ein neues Leben für eine alte Geschichte

Es ist allgemein anerkannt, dass es nur eine Möglichkeit gibt, Edelmetalle wie Gold aufzulösen, und zwar unter Verwendung von Königswasser, einer Mischung aus Salz- und Salpetersäure. Dies ist eine gefährliche Flüssigkeit und nicht einfach sicher zu entsorgen. Vor fünfzehn Jahren stieß ein niederländischer Wissenschaftler, Koen Binnemans, auf Aufzeichnungen eines früheren Arbeiters, Charles Austen Angell, aus dem Jahr 1973, in denen er behauptete, dass Aluminiumsalze in Lösung die Edelmetalle auflösen könnten, und zwar schneller als in Königswasser. Dr. Angell versprach damals, die Ergebnisse seiner Arbeit zu veröffentlichen, tat dies aber nie, und die ganze Idee geriet in Vergessenheit, bis Dr. Binnemans zufällig darauf stieß. Jetzt haben er und sein Team an der KU Leuven erste Ergebnisse veröffentlicht. Sie verwendeten eine hochkonzentrierte Mischung aus AlCl3 und Al(NO3), um Edelmetallschrottdrähte und Autoabgaskatalysatoren aufzulösen. Im Fall von Palladium bildeten die Nitrat-Ionen das Metall und aus dem oxidierten Metall und den Chlorid-Ionen einen Chloropalladat(II)-Komplex, der bei niedrigen pH-Werten stabil war. Nach einigen Stunden hatte sich das Palladium vollständig gelöst, und das Palladiummetall wurde dann durch Reduktion mit Ascorbinsäure zurückgewonnen. Dasselbe wurde für Platin festgestellt, obwohl es etwas länger dauerte. Der Ansatz funktionierte jedoch nicht bei Rhodium, das extremere Bedingungen erfordert. Die Gruppe an der KU Leuven untersucht nun die Rückgewinnung von Platingruppenmetallen und Gold aus Brennstoffzellen und Elektronikschrott. Sie planen, andere Metallsalze zu verwenden, um zu sehen, ob diese sich in gleicher Weise verhalten. Welche anderen verborgenen Geheimnisse liegen in der Literatur der Vergangenheit?

Quelle: (open access, Volltext). F. Forte u. a. Chemische Kommunikation 2020 Bd 56 ss 8230. DOI: 10.1039/d0cc02298e

Robotertechnik auf dem Vormarsch

Roboter sind clever, aber bisher haben sie mindestens eine Schwäche gezeigt. Wenn ein Roboterarm versucht, ein Objekt aufzunehmen, fällt es ihm schwer zu wissen, wie stark er es greifen soll. Auch zu erfahren, welche Form und Größe das Objekt hat, stellt ein Problem für den Roboter dar.

Dies ist eine besondere Herausforderung in automatisierten Supermärkten, in denen wir unter anderem Weichobst, harte Blechdosen und Pappkartons einkaufen. Wissenschaftler der Universität Berkeley haben die Entscheidungszeit eines Roboters, der ein unbekanntes Objekt greift, von 29 Sekunden auf 80 Millisekunden verkürzt. Nach Ansicht von Professor Ken Goldberg, Teamleiter an der UC Berkeley, könnte sich der Einsatz von Robotern in Supermärkten und Lagerhäusern nun ändern. Lagerhäuser werden immer noch hauptsächlich von Menschen bedient, da es für Roboter nach wie vor sehr schwierig ist, viele verschiedene Objekte zuverlässig zu greifen. In einer Automontagelinie wird die gleiche Bewegung immer wieder wiederholt, damit sie automatisiert werden kann. Aber in einem Lagerhaus ist jeder Auftrag anders.

 »Roboter erfühlen, was sie gerade ergreifen«

Professor Goldberg und seine Kollegen schrieben zuvor eine Software, die einem Roboter sagen konnte, welche Art des Greifens er verwenden und wie er ein Objekt von einem Ort zum anderen transportieren sollte. Der Roboter wusste jedoch nicht, wie schnell er einen Gegenstand in seinem Griff bewegen konnte, was bedeutet, dass der Gegenstand auf den Boden geworfen werden konnte. Obwohl die Software angepasst werden konnte, um eine sanftere Bewegung zu erzeugen, dauerte dies einige Zeit. Daher fügte das Team der Robotersoftware ein neuronales Netzwerk hinzu. Das Netzwerk bewertete die Art und Weise, wie sich ein Roboterarm bewegte, während er Tausende von Gegenständen über mehrere Wochen hinweg aufnahm und transportierte.

Das Netzwerk erlernte den besten Greif- und Bewegungsweg für den Roboter. In Kombination mit der vorherigen Software des Teams ermöglicht dies einem Roboterarm, seine Zeit für die Entscheidungsfindung drastisch zu reduzieren. „Jede Sekunde zählt. Aktuelle Systeme verbringen bis zur Hälfte ihrer Zykluszeit mit der Bewegungsplanung, so dass diese Methode das Potenzial hat, die Entnahmen pro Stunde dramatisch zu beschleunigen“, sagt Professor Goldberg. In einer verwandten Arbeit, die im Juli an der National University of Singapore durchgeführt wurde, sagten Forscher, sie hätten eine künstliche Haut entwickelt, die es einem Roboter ermöglicht, zu erkennen, was er gerade berührt. Sie ist auch in der Lage, die Form, Textur und Härte eines Objekts 1000 Mal schneller zu erkennen als das menschliche sensorische Nervensystem. Für uns als Verbraucher sind dies alles gute Nachrichten. Für den ungelernten Warenhaus-Angestellter nicht so sehr.

Quelle: Deep Learning Can Significantly Accelerate Grasp-Optimized Motion Planning, J. Ichnowski, Y. Avigal, V. Satish, K. Goldberg, Science Robotics, V5(48) 18 Nov 2020

 

Anmerkung der Redaktion:

Die im „Brief aus England“ abgedruckten politischen Inhalte müssen nicht der Auffassung von Verlag und Redaktion entsprechen, sondern sind die persönliche Meinung des Verfassers.

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  • Ausgabe: 12
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dr. Anselm Kuhn

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