Feuer aus Eis

Feuer aus Eis - Aufbruch ins entropische Zeitalter ist der Arbeitstitel für ein Sachbuch über die naturwissenschaftlichen Grundlagen einer nachhaltigen Ökonomie. Auf dieser Seite werden die einzelnen Kapitel kurz vorgestellt und der Stand der Arbeit dokumentiert.

Zielpublikum und Struktur

Potentielle Leser dieses Sachbuches sind Entscheidungsträger aus Politik und Wirtschaft, aber auch Journalisten und Lehrpersonen. Entsprechend dieser Leserschaft werden mathematische Herleitungen soweit wie möglich vermieden, Berechnungsbeispiele aus dem Text ausgegliedert und quantitative Zusammenhänge meist in graphischer Form dargestellt. Dennoch werden die physikalischen Grundlagen soweit wie nötig erklärt und in ihren Wirkungen erläutert. Im Gegensatz zum Physikunterricht, der sich stark an der historischen Entwicklung orientiert, geht die hier zugrunde gelegte Systemphysik vom heutigen Wissenstand aus und strukturiert die Zusammenhänge gemäss einem einfachen Schema: die Bilanz einer mengenartigen Grösse liefert die Kernaussage oder das Skelett für die einzelnen Teilmodelle, die konstitutiven Gesetze bilden das Fleisch und die Energie dient als Klammer, mit der die verschiedenen Teilmodelle zu einem Gesamtmodell zusammen gefügt werden können. Einige Gesetze der Physik lassen sich mit Hilfe des Flüssigkeitsbildes, des Strombildes und des Wasserfallbildes so stark vereinfachen, dass ihre mathematische Darstellung durch eine intuitive, in jedem Menschen schon angelegte Vorstellung ersetzt wird.

Jedes Kapitel beginnt mit einem erläuternden Beispiel, welches die zentrale Fragestellung illustriert. Anhand dieses Beispiels werden dann die zentralen Ideen, die Begriffen und die Gesetzmässigkeiten aufgezeigt. Diese Erkenntnisse werden danach auf weitere, relevanter Beispiele angewendet. Zum Schluss sollen die Grenzen des Machbaren aufgezeigt werden.

Die 2000-Watt-Gesellschaft

Um die Jahrtausendwende hat die ETH im Rahmen ihrer Nachhaltigkeitsstrategie 2000 Watt als verträgliches Mass für den persönlichen Energiebedarf definiert. Wer diese Botschaft verstehen will, muss den Energie- bzw. den Leistungsbegriff kennen und die 2000 Watt in die eigene Erfahrungswelt einbringen können. Ein leidiges Thema sind die Einheiten der Energie: kWh bezeichnet die Energie, kW die Leistung und kW/h wäre eine Leistungsbeschleunigung.

Die mittlere Leistung von 2000 Watt pro Person wird aus historischer, ökologischer, ökonomischer und psycho-soziologischen Perspektive analysiert und beurteilt. Welche Leistung setzt ein Mensch oder ein Pferd frei? Wie gross ist der Wirkungsgrad dieser Lebewesen? Wieviel Energie kommt von der Sonne, wieviel aus dem Erdinnern? Mit solchen Fragen wird der Rahmen des Machbaren abgesteckt.

Energieverbrauch

Energie ist eine Erhaltungsgrösse, sie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Und dennoch sprechen wir von Energieverbrauch. Zudem soll gemäss einer gängigen Definition Energie Arbeitsvermögen sein. Und trotzdem muss man dem Kühlschrank Energie zuführen, umd die Wärme, eine Energieform, aus dem kalten Innern in die warme Küche zu pumpen. Energie wird gebraucht, um die Wohnung zu heizen, das Smartphone aufzuladen, den Rasenmäher zu betreiben oder eine Reise zu machen. Diese Omnipotenz erinnert ein wenig an den Kannitverstan aus einer Kalendergeschichte von Johann Peter Hebel.

Aus heutiger Sicht ist die Energie keine eigenständige Grösse mehr. 1905 hat Albert Einstein gezeigt, dass Energie und träge Masse äquivalent sind. Zudem bilden Energie und Impuls ein gemeinsames Objekt, einen Vektor in Raum und Zeit. Diese und weitere Erkenntnis aus der Wärmelehreerlauben es uns, den Energiebegriff konsistenter zur fassen: Energie ist eine Buchaltungsgrösse, die gespeichert, zusammen mit andern Grössen transportiert und von einer auf eine andere Grösse umgeladen werden kann. Das mag jetzt ziemlich abstrakt klingeng, kann aber zusammen mit den entsprechenden Bildern anschaulich gemacht werden.

Energie wird demnach nicht verbraucht, sondern immer mehr verteilt. Im Endeffekt wird die Energie auf die Entropie umgeladen, einer der wenigen Basismengen der Physik, die erzeugt aber nicht vernichtet werden kann.

Primärenergie

Energie bleibt erhalten. Energie und Masse sind äquivalent, meinen also die gleiche physikalische Grösse. Deshalb haben wir kein Energieproblem sondern nur ein Energiefreisetzungsproblem. Um Energie zu beziehen, brauchen wir einen Vorrat an potentiell freisetzbaren Energien (Energiequellen). Dazu stehen uns zurzeit nur drei Quellen zur Verfügung.

• Sonnenenergie
• fossile Brennstoffe
• Kernenergie

Die Sonnenenergie können wir direkt (Photovoltaik, Sonnenkollektoren oder Sonnenkraftwerk sowie indirekt (Wind, Wasser, Wellen oder nachwachsende Rohstoffe). Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas sind Energiequellen, die in einem Zeitraum von mehreren hundert Millionen Jahre ebenfalls von der Sonne aufgebaut worden sind. Bei der Kernenergie unterscheiden wir zwischen Spaltung und Fusion. Obwohl beide Technologien als Massenvernichtungswaffen eingesetzt werden, können wir erst mit der Spaltung nutzbare Energie freisetzen. Ob die entsprechende Technik für die Fusion je einmal nutzbringend beherrscht werden kann, weiss heute niemand. Spaltbares Uran ist in früheren Sternexplosionen gebildet worden und somit auch nicht erneuerbar-

Energietransport

Energie muss oft vom Ort der "Produktion" zum Ort des "Verbrauchs" transportiert werden.