Ideen für die Welt von morgen
Veröffentlichung
„Beiträge des ÖPNV zum Klima- und Umweltschutz“
Im Rahmen der Messe InnoTrans 2010 in Berlin überreichte VDV-Präsident Jürgen Fenske Bundesverkehrsminister Dr. Peter Ramsauer das Buch „Nachhaltiger Nahverkehr“, das mit Unterstützung des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung u.a. von der STUVA e.V. erstellt wurde.
von rechts nach links: Bundesverkehrsminister Dr. Peter Ramsauer, VDV-Vizepräsident Prof. Knut Ringat, VDV-Präsident Jürgen Fenkse
Dieses Buch stellt erstmalig das ganze Spektrum der Umwelt- und Klimaschutzmaßnahmen im ÖPNV dar: Von der Planung über den Bau und die Fahrzeuge bis zum Betrieb der Verkehrsanlagen sowie von Gebäuden und technischen Anlagen. Zahlreiche Anwendungsbeispiele geben Anregungen: zur Umsetzung umweltschonender und energieeffizienter Maßnahmen bei neuen Projekten, der Überarbeitung bestehender Anlagen sowie für Forschung und Lehre.
Für den Band 2 dieser Publikation hat der Inhaber dieser Homepage als Autor die Beiträge geschrieben, die sich thematisch von den derzeitigen Umwelt- und Klimaschutzproblemen über reale und prognostizierte Auswirkungen bis hin zu den Zielen und grundsätzlichen Wegen zur Problemlösung erstrecken (Kap.10 und 11).
Alba-Verlag, 1. Auflage,
Softcover,
Format 20,5 x 22 cm, 870 Seiten,
Wegen des hohen Umfangs in zwei Bänden
Alle Texte in Deutsch und Englisch
ISBN 978-3-87094-686-9
Keine Zukunft für neue Technologien?
Es zeichnet sich deutlich ab, dass technologische Fortentwicklungen die Rohstoffnachfrage gravierend verändern: Zahlreiche Ausgangsstoffe werden künftig in erheblich größeren Mengen benötigt. Verschärfend wirkt, dass häufig mehrere Zukunftstechnologien auf gleiche Rohstoffe zugreifen. Gerade die HighTech-Metalle gelten allerdings schon heute vielfach als selten und sind nach derzeitigem Wissensstand nicht durch andere Stoffe ersetzbar. Nimmt der Bedarf nun aufgrund des Fortschritts weiter zu, werden die natürlichen Vorkommen noch schneller erschöpft sein. Im Endeffekt bedeutet dies: Der Mensch entwickelt zwar neue Technologien, kann sie aber nicht in großem Maße nutzen, weil er die zur Verfügung stehenden Rohstoffe zu schnell verbraucht. Wer meint, die Lösung des Problems könne warten, bis die Vorkommen tatsächlich erschöpft sind, verkennt die Tatsachen. Schon jetzt ist es höchste Zeit zu handeln, denn das drohende Ende wirft seine Schatten voraus: Die Rohstoffmärkte sind bereits ein heißes Pflaster – Lieferengpässe und volatile Preise inklusive. Mit Blick auf abnehmende Bestände denken zudem immer mehr Förderländer darüber nach, Exportzölle zu erheben und Ausfuhrquoten zu senken. Für die globale Versorgung resultieren daraus erhebliche Risiken. Nun benötigt eine Industriegesellschaft nicht nur Strom, Wärme und Mobilität für den Endverbraucher, sondern auch eine leistungsfähige Grundstoffindustrie, die Eisen und Stahl, Aluminium und Kupfer, Chemikalien und Zement bereitstellt. Ein Hochofen braucht jedoch Koks als Reduktionsmittel und die chemische Industrie basiert noch immer weitgehend auf erdölstämmigen Kohlenwasserstoffen. Selbst diese stofflicher Basis muss langfristig auf erneuerbare Ressourcen umgestellt werden. Zudem ist unsere HighTech-Industrie auf zahlreiche sogenannte strategische Rohstoffe wie beispielsweise Tantal, Niob, Platin, Neodym und Indium angewiesen. Viele dieser Rohstoffe befinden sich in den Händen von wenigen Ländern und wenigen Unternehmen und schränken damit die marktwirtschaftlichen Mechanismen deutlich ein. Zusätzlich sind sämtliche Effizienzsteigerungen und Materialsubstitutionen, die wir allenthalben mit durchaus beeindruckenden Ingenieurleistungen in den letzten Jahrzehnten erzielt haben, durch wachstumsbedingten Mehrverbrauch wieder zunichte gemacht worden.
Quelle: Remondis [R] aktuell
EU-Projekt "Urban Track"
Mikro-Energienutzung
Überall in unserer täglichen Umgebung wird unglaublich viel Energie verschwendet: der Standby-Betrieb elektronischer Geräte wird nicht deaktiviert, Gegenstände werden (nicht nur in der Logistik, sondern auch im Haushalt!) allenthalben hin- und her- und auf und abbewegt, nicht mehr nutzbare Abwärme sowohl mechanischer als auch thermodynamischer Prozesse geht verloren, helle Scheinwerfer erleuchten regelmäßig in wartenden Autoschlangen nutzlos die Rückseite des Vordermannes, Regelkreise von Wärmepumpen sind nicht optimiert usw. usf. Gleichzeitig sind die Menschen aber auch bemüht, jeden noch so unwichtigen Vorgang zu automatisieren, was die Verwendung unzähliger verstreuter kleiner Energiequellen im Alltag nach sich zieht: Kleine Batterien und Akkus sind in Uhren, Wetterstationen, Radios, Fotoapparaten, Taschenlampen, Telefonen, MP3-Playern, Spielzeug, Organizern, Fernbedienungen, elektrischen Zahnbürsten usw. enthalten und müssen früher oder später ausgetauscht oder aufgeladen werden.
Welche Unmengen an toxischen Chemikalien dabei (inklusive der damit einhergehenden Risiken) hergestellt, transportiert und verarbeitet werden, beweist (als nur einer von vielen Herstellern) Panasonic Batteries, bei denen in jedem Jahr nur in Europa über eine Milliarde (!) Batterien vom Band gehen [1]. Aber auch Akkus altern nach geraumer Zeit, weisen eine schlechte Ökobilanz auf und lassen sich nur langsam aufladen.
Mit dem Einsatz langlebiger und schnell aufladbarer Kondensatoren [2] in der Baugröße herkömmlicher Mikro- oder Minizellen ließe sich nicht nur die Ökobilanz der Kleinspeicher wesentlich verbessern, sondern gleich auch noch der weit verbreitete Wildwuchs der Transformation und -portation elektrischer Energie in diesem Sektor:
Viele Menschen kennen diese Situationen: Ladegerät vergessen? Keine Steckdose am Strand? Anschluss nicht kompatibel? Kein USB-Kabel dabei, um einen PC anzuzapfen? Kein Urlaubsfoto, weil am Eifelturm der Kiosk geschlossen hat? Oder einfach nur unterwegs und Handy leer?
Die Bedeutung der Mikro-Energienutzung besteht darin, für die Aufladung verteilter kleiner Quellen diejenige Energie einzusetzen, deren Fehlen in ihrem originären Verteilungsbereich nicht ins Gewicht fallen würde. Dabei sind zwar das elektromagnetische Wechselfeld aufgrund seiner zu geringen Energiedichte oder auch die Abwärme mechanischer Vorgänge aufgrund ihrer meist zu geringen Temperaturdifferenz kaum nutzbar, doch im Bereich der Mechanik fallen im Alltag durchaus attraktive Energiemengen an.
Man
stelle sich ein Handladegerät nach Art des Griffs eines Fahrradlenkers vor 
, an dessen linker Seite ein Kondensatorspeicher in der Größe handelsüblicher
Klein-Akkus eingeschoben wird. Die Energiebilanz fällt überraschend positiv
aus: Zum Aufladen eines Akkus 1,2 V / 2600 mAh sind 1,2 V
x 2,6 A x 3600 s ~ 12000 Ws (=Nm) nötig. Eine starke
Männerhand verfügt über eine Schließkraft von ca. 400 N, eine schwache Hand
kann sich mit etwa 200 N schließen. Zehnmaliges "Pumpen" über eine
Weg von 10 cm ergibt damit eine Energie von 200 Nm. Eine schwache bis
durchschnittliche Hand zehnmal zu schließen, kann also einen Akku (wegen der
Ladegeschwindigkeit mit Kondensator-Technologie) nach wenigen Sekunden auf 20%
aufladen oder lässt eine helle
Taschenlampe (3 W) ca. 12 min lang leuchten [3].
Die - wenn es sich durchsetzen würde - massenhafte Nutzung eines solchen (auf die üblichen Akku-Formate genormten) Handgerätes könnte nicht nur unsere Sondermüll-Bilanz und die ewige Batterie-Vorratshaltung zuhause im Schubfach (wenn man mal welche braucht, sind sowieso alle leer...) wesentlich verbessern, sondern auch überteuerte Supermarktangebote und die alltägliche Mitnahme verschiedenster Ladevorrichtungen (für die man im Ausland ggf. auch noch einen Netzadapter braucht) überflüssig machen. Mikro-Energie vor Ort nach Bedarf erzeugt.
[1] Quelle: http://www.presseportal.de, Hamburg, Berlin, 30.08.2007
[2] Die Elektroden dieser Kondensatoren werden mit senkrecht auf ihnen stehenden Nanoröhrchen ausgestattet, die die Kondensatorfläche um ein Vielfaches steigern. Damit sind Energiedichten von bis zu 100 Wh / kg möglich.
[3] Natürlich muss die aufgewendete mechanische Energie im Handgerät in elektrische Energie umgewandelt werden, was einen gewissen internen Verlust bedeutet - dann kann man auch 11mal pumpen. Zur Umwandlung würden sich im Detail eine abgefederte Zahnstange mit Mini-Dynamo ebenso wie das piezo-elektrische Prinzip eines Gasanzünders anbieten - diese Komponenten müssen nur entsprechend dimensioniert werden.
Zum Nachtanken: Redox-Flow-Batterien für Elektroautos
Elektrolytflüssigkeit austauschen statt lange Strom tanken
Der entladene Elektrolyt wird einfach abgepumpt und durch einen aufgeladenen ersetzt. Der abgepumpte Elektrolyt kann an der Tankstelle wieder geladen werden, beispielsweise durch ein Windrad oder eine Solaranlage. Die großen Vorteile von Redox-Flow-Batterien sind hohe Wirkungsgrade, einfacher und modularer Aufbau sowie die separate Skalierbarkeit von Leistung und Energiemenge. Bei bis zu 10000 Zyklen kann von einer Lebensdauer zwischen 10 und 15 Jahren ausgegangen werden. Als Nachteile müssen der thermische Arbeitsbereich (bisher nur -10 °C bis +45 °C), die bislang zu geringe Energiedichte (für Vanadium-Bromid z.B. 50 Wh / kg bzw. für die Fraunhofer-Flow-Batterie(1) 100 Wh / L) und die Notwendigkeit einer Spannungsstabilisierung über eine Leistungselektronik genannt werden. Diese Einschränkungen sowie das Gefahrenpotential hochenergetischer Elektrolyte lassen diese Art der Energiespeicherung für mobile Anwendungen wenig sinnvoll, aber für stationäre und stark zyklische Speicherung überaus geeignet erscheinen (z.B. für die Speicherung von - aus Rekuperation resultierenden - Rückspeisungen in ein ÖPNV-Oberleitungsnetz).
(1) Diese Elektrolyt-Zusammensetzung wurde noch nicht veröffentlicht.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, golem.de
Geothermie
Der
Vorschlag, den Temperaturgradienten der Meere auszunutzen, also den Unterschied
zwischen den oberen warmen und den unteren kälteren Wasserschichten, geht auf
den französischen Wissenschaftler Prof. Jacque Arsene d’Arsonval im Jahre
1881 zurück. Die Kapazität dieser, sich in der Hauptsache durch Sonnenenergie,
Erdkernwärme und Wärme mechanischer und biologischer Prozesse im Meer selbst
erneuernden Energiequelle wird auf etwa 50 · 1012 W geschätzt, von
denen rund 2 · 1012 W nutzbar gemacht werden könnten. Die
international gebräuchliche Bezeichnung dieser Energienutzungsmethode lautet
"Ocean Thermal Energy Conversion" (OTEC).
Ein interessantes Konzepte wurde auf der Internationalen Windenergie-Konferenz in Berlin im Sommer 2002 präsentiert. Das Design stammt von Henning von Holstein und dem Münchener Ingenieurbüro Tassilo Pflanz. Hier sind Windkraft- sowie Wellenenergieanlagen mit einer Leistung von jeweils 36 MW integriert. Die OTEC-Anlage selbst soll 37 MW leisten. Von dem schwimmenden Bauwerk befinden sich 700 m unterhalb des Wasserspiegels, während die Spitzen der Windkraft-Türme etwa 260 m weit in die Höhe ragen. Die gewonnene Energie soll in Form von Wasserstoff und mittels Tankern vermarktet werden.
Im Frühjahr 2004 wurde in Toronto das "Deep Lake Water Cooling" Projekt in Betrieb genommen. Hier wird dem Ontariosee in einer Tiefe von etwa 83 m Wasser mit einer Temperatur von 4°C entnommen und durch ein Rohrleitungssystem in das Fernkühlwerk der Stadt gepumpt.
Die Methode des Ausnutzens des Temperaturgradienten der Ozeane ist im allgemeinen sehr teuer, auch beim Gebrauch von Spitzenmaterialien wird höchstens mit einer 40-jährigen Funktionstüchtigkeit der Anlagen gerechnet. Da in Küstennähe die notwendige Meerestiefe nur sehr selten vorkommt, ist eine teure Energieübertragung über große Entfernungen bis zum Verbraucher erforderlich.
Unterirdische Transportsysteme
Gleichstrom-Energieverteilung in Autobahnen