Fische sind durch Maßnahmen wie Scheuchanlagen nicht in Gefahr und auch die Isar wird nicht abgebremst, da lediglich nur ein Teil des Flusses kurzzeitig umgeleitet wird. Warum macht man das nicht immer und überall in Flüssen? – Man würde letztlich die Flüsse abbremsen, weil man ihnen hierdurch kinetische Energie entzieht. Ferner benötigt die Druckerhöhung Energie. Und wohin mit dem Strom, wenn man keine Energie, z.B. nachts benötigt?

Die Anforderungen an die dezentrale Energieerzeugung sind vielfältig. Speicherung, intelligente Verknüpfung von Anlagen, die nur teilweise oder durchgehend laufen sind auch hier noch Herausforderungen.

Wie das geht? – Hier läuft ein konventioneller Verbrennungsmotor und erzeugt elektrische Energie. Diese elektrische Energie wird durch hochleistungsakkus gespeichert und in hocheffizienten Elektromotoren wieder verbraucht. Warum lohnt sich dieser Umweg? – Jeder Motor folgt einem Muscheldiagramm, woraus sich in Abhängigkeit von der Belastung (z.B. Bergfahrt, Zuladung usw.), Geschwindigkeit und Drehzahl ein Verbrauch ergibt. Ich kann also einen Motor so „fahren“, dass er wenig verbraucht – und trotzdem elektrische Antriebsenergie bereitstellen kann. Das ist ein einfaches Rezept.

Warum nicht eher, kann man sich da fragen. Ein Grund ist, dass man Platz braucht. Die Akkus und Antriebsaggregate brauchen Platz. Dazu sind sie noch recht schwer. Sie sind bei unsachgemäßer Handhabung gefährlich – insbesondere die Akkus. Das alles erfordert eine steife und sichere Karosserie. Früher – vor dem Karbon und Aluminiumzeitalter undenkbar schwer und teuer. Heute haben diese Fahrzeuge quasi das Standardgewicht ihrer Artgenossen, die sich „nur“ mit einem Verbrennungsmotor begnügen. Aber sie sind auch etwas teurer- bedingt durch hohe Rohstoffpreise und moderne Werkstoffe.

Vielleicht sieht die GINA Light Vision von BMW ein ähnliches Konzept vor? – Insbesondere die „Auto-Haut“ ist ein interessanter Ansatz für leicht Fahrzeuge.

Was ich hier anspreche ist die Tatsache, dass die Gesellschaft sehr naiv ist. Man muss kritisch sein, zum eigenen Wohl, zum Wohl der anderen und der Natur. Sicher ist, dass wir nicht nur uns sehen dürfen. Der gesamte Stoffkreislauf in der Welt ist wichtig. Ob es um die Gerechtigkeit in der Primärenergiebereitstellung oder um die Frage, wie sauber Elektroautos wirklich sind, geht, ist dabei eigentlich egal. Es geht um alles. Es bleibt spannend.

In der aktuellen Ausgabe der VDI – nachrichten beschäftigt sich ein Artikel mit dem 4. Wasserstoff Congress in Essen. „Wasserstoff wird vordringlich im Automobilbereich Anwendung finden.“

Probleme gibt es aber zuhauf: flüssig oder gasförmig? – Ist die Technologie in den Fahrzeugen überhaupt erschwinglich? – Wie kommt der Wasserstoff an die Tankstelle? Heuer besitzen derartige Fahrzeuge relativ kurze Reichweiten mit hohem Verbrauch. Der Vorteil liegt aber auch darin, dass Wasserstoff – wie im 7er BMW verbrannt – als auch in Brennstoffzellenanwendungen eingesetzt werden kann. Kein anderer Treibstoff hat diese doppelte Möglichkeit. Das angesprochene Problem mit der Infrastruktur ist, dass ein 40000 km langes Pipelinenetz mit 5000 Tankstellen geschaffen werden muss. Das verspricht Arbeitsplätze. Aber wieviele Kilometer hinter der deutschen Grenze werde ich mit meinem Wasserstofffahrzeug zum stehen kommen? – Das Tankstellennetz mit der Pipelineversorgung rechnet sich übrigens eher, als ein mobiles Transportnetz mit Lkw’s.
Die Kostenersparnis liegt hier bei 0,01 € pro kg Wasserstoff. Für den Fahrzeughalter wird es allerdings etwas teurer als mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor: etwa 2,05 – 2,90 € statt 1,60 – 2,60 € pro 100 km.

Bis 2020 will man umrüsten. Das Tankstellennetz soll entstehen und die Produktion von Wasserstoff mit Hilfe von Solarenergie sollte auch von den derzeit 7% um einiges zunehmen. Die restlichen 93% der 20 Mrd. m³ werden durch den Einsatz fossiler Energieträger bereitgestellt. Umweltfreundlich mit Wasserstoff unterwegs zu sein, heißt also: Erzeugung des Wasserstoffs per Elektrolyse aus regenerativen Energieträgern.

Es ist ein Zusammenspiel aus technischen und grundlegenden wissenschaftlichen Gegebenheiten. Zu den technischen zählt, dass eine Optimierung der Verbrennung im Brennraum optimiert wurde. Die Common – Rail – Technologie in Verbindung mit der Turbolader – Technik tragen insbesondere dazu bei. Aber auch die werkstofftechnischen Errungenschaften wie hochfester Leichtbau. Hierdurch wird die Masse des Fahrzeugs erheblich vermindert, was einen geringeren Kraftstoffverbrauch und somit auch weniger Schadstoffemissionen mit sich bringt.

Grundsätzlich basieren alle technischen Wunderwerken auf der Chemie und Physik. Insbesondere im Motorraum die Chemie. Alles ist irgendwie im Gleichgewicht – jede chemische Reaktion. Manchmal liegt das Gleichgewicht allerdings auf der Produktseite – und manchmal mehr auf der der Ausgangsstoffe. Bedingt durch die hohe Temperatur im Brennraum und dem hohen Luftgehalt (14 Teile Luft zu einem Teil Kraftstoff) existiert auch sehr viel Stickstoff und Sauerstoff im Zylinder. Bei hohen Temperaturen verbinden sich diese Elemente zu Stickoxiden, die wiederum bodennahes Ozon verursachen können. Die hohen Temperaturen haben aber den Vorteil, dass der Kraftstoff nahezu vollständig verbrennt. Was tun?

Eine Möglichkeit ist es, die Verbrennungsspitzentemperatur zu senken. Dazu wird hinter dem Auslasskrümmer (siehe MIG II) ein Teil des Abgasstroms der Frischluft zugeführt. Dadurch befindet sich im Zylinder Abgas, das sich inert verhält. Das bedeutet: es nimmt nicht an der Verbrennung teil – also wird dadurch die Temperatur und damit auch die NOx – Emission gesenkt. Allerdings wird der Kraftstoff ungünstig verbrannt – es entstehen aufgrund der geringen Temperatur mehr Rußpartikel.
An dieser Stelle ist im Grunde die Grenze der motorinternen Möglichkeiten zur Emissionsminderung erreicht.

Man sieht also: das Zusammenspiel von chemischen und physikalischen Gesetzen in Kombination mit Werkstoffwissenschaften geht mit der Entwicklung neuer Technologien einher. – Alles beinflusst sich gegenseitig, steht im Gleichgewicht.

Die hohen Temperaturen zu nutzen, um Wärme im Fahrzeuginnenraum zu erzeugen macht nur im Winter Sinn. Vielmehr muss also der Motor einen Nutzen daraus ziehen können. Das Stichwort lautet: Abgasturboaufladung. Hierzu wird unmittelbar nach dem Abgaskrümmer, der wiederum den zusammengefassten Abgasauslass aus den Zylindern darstellt, eine Turbine in das Abgasrohr installiert. Diese Turbine ist mit einer anderen Turbine in der Frischluftzufuhr verbunden. Diese arbeitet allerdings genau andersherum: sie verdichtet die dem Motor zugeführte Frischluft – erhöht also deren Druck. Hierzu wird also Druck-, Wärme- und Strömungsenergie des Abgases genutzt.

Eine Druckerhöhung der Frischluft führt dazu, dass mehr Sauerstoff im Brennraum zur Verfügung steht, um mehr Kraftstoff zu verbrennen und somit die Leistung des Motors zu steigern. Obwohl mit mehr Kraftstoff hier gemeint ist, dass der Kraftstoff besser verbrannt wird.

Anwendung findet diese Technologie hauptsächlich bei Dieselmotoren.
Quelle: Volkswagen.at

Und dann gibt es in diesem 4-Takt-Mechanismus den Moment des Einspritzens des Kraftstoffs im Diesel- bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Ottomotor. Wenn sich der Kolben mit sehr hoher Geschwindigkeit in den oberen Bereich des Zylinders bewegt, dann wird das sich oberhalb des Kolbens befindende Aerosol (Kraftstoff-Luft-Gemisch) stark komprimiert, sodass ein einziger Funke ausreicht, um das Gemisch explodieren zu lassen. Der Motor läuft. Keine große Sache denkt man sich da. Aber nun kommen Fragen auf:
- Wieviel Kraftstoff benötigt ein Motor in diesem Moment wirklich um die vom Fahrer und der Umgebung angeforderte Leistung zu erreichen?
- Wie muss der Kolben bzw. der Brennraum gestaltet werden, um das zur Verfügung stehende Volumen möglichst vollständig auszunutzen?
- Wie erreicht man, dass der Kraftstoff vollständig verbrannt wird bzw. was passiert mit überschüssigem Kraftstoff?

Mit diesen Fragen setzten sich die Ingenieure der Automobilkonzerne und von Bosch in den letzten Jahrzehnten auseinander. Und sie (er)fanden erstaunliches.

Common – Rail – System von Bosch

Das CRS ist ein System, das für unterschiedliche Anwendungen passgenau konfiguriert werden kann. Die Konfiguration besteht aus einem elektronischen Steuergerät, der Kraftstoffpumpe, dem Rail und den Injektoren an den einzelnen Zylindern. Der Clou ist hier das Rail, ein Speicher, in dem der Dieselkraftstoff – um genau zu sein, ist dieses System in Dieselmotoren zu finden – im Prinzip gespeichert wird. Der vom Tank zum Motor fließende Kraftstoff wird hier „beruhigt“ und auf Drücke von bis zu 1800 bar gebracht. Der Vorteil liegt darin, dass die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder genau kontrolliert werden kann, da sich im Rail zu jedem Zeitpunkt der Kolbenbewegung Kraftstoff unter einem hohen Druck befindet. Der Einspritzvorgang kann also auch – durch die hochpräzisen Injektoren – auf mehrere Intervalle verteilt werden. Ziel ist es natürlich: Kraftstoff sparen, Emissionen senken, maximale Leistung – natürlich mit Kompromissen erzielen.

A propos Kraftstoff sparen: mit der serienmäßigen Einführung von CRS – Systemen in modernen Triebwerken wird bereits heute Kraftstoff gezielt eingespart. Zum Wohle der Umwelt.

Weiterführende Info: http://www.bosch.com/content/language1/html/2320.htm

Dass nicht alles Tropfen auf den heißen Stein sind, zeigen die relativ geringen Verbräuche und hohen Leistungen im heutigen Kraftfahrzeugmarkt. Jede neue Option trägt seinen Teil dazu bei, Fahrzeuge umweltfreundlicher zu gestalten.
Der Kraftfahrzeugsektor befindet sich derzeit im Umbruch. Viele Firmen forschen an unterschiedlichen Konzepten. So werden wir in Zukunft nicht nur Rapsöl oder Biodiesel tanken, sondern eine Vielzahl unterschiedlicher Kraftstoffe, die sich mehr und mehr durchgesetzt haben, an den Zapfsäulen vorfinden.

Die MIG – Reihe soll einfach informativ sein und die aktuellen Technologien, der Pathologie eines Autos gleichkommend, aufdecken.

Auf http://www.co2-handel.de/article344_7501.html wurde vom Stromversorger RWE bestätigt, dass es zu Ausfällen kommen kann. 3000 Megawatt können über EU – Netze ausgeglichen werden. Vereinfacht gesagt bedeuten diese fünf Minuten, dass der Strom abrupt keine Abnehmer findet und es zu Leistungsschwankungen kommen kann, die nur bis 3000 Megawatt ausgeglichen werden können. Insbesondere beim Anschalten aller elektrischen Verbraucher. Man kann das mit einem aus 200 km/h per Vollbremsung anhaltenden Auto vergleichen, das nach dem Stillstand innerhalb von utopischen zwei Sekunden wieder 200 km/h fahren soll. Die Insassen werden dabei psychisch wahrscheinlich sehr beansprucht. Im Artikel heißt es weiter:

„Ähnlich äußerte sich der Aachener Energieexperte Gerd Hinüber vom Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft im MDR Info. Es müsse immer ein Gleichgewicht zwischen Verbrauch und Erzeugung bestehen. Die Kraftwerke müssten heruntergefahren werden, wenn das Licht ausgeschaltet wird. «Der kritische Punkt ist dann, wenn alle das Licht wieder einschalten. Dann muss recht schnell Kraftwerks-Kapazität zugeschaltet werden.» Sonst komme man in eine ähnliche Bredouille wie beim Stromausfall am 4. November 2006. “ - Kohlekraftwerke kann man beispielsweise nicht mal eben abschalten oder so. Sie reagieren in Bezug zur angeforderten bzw. abgenommenen Leistung relativ träge. 

Wahrscheinlich bringt es mehr, Kurzstrecken zu laufen oder per velo zurückzulegen und auf Energiesparlampen umzusteigen, als für fünf Minuten das gesamte europäische Stromnetz zu gefährden.

Energiesparlampen sind im Grunde nichts anderes als kompakte Leuchtstofflampen. Gegenüber Glühlampen weiß man, dass Leuchtstofflampen weniger elektrische Energie in Wärme umwandeln. Glühlampen erzeugen von den beispielsweise 60W etwa 2% Licht – der Rest ist Wärme. Diese Wärmeenenergie führt unter anderem dazu, dass sich der Metallsockel ausdehnt und die Lampe zerstört. Insbesondere bei E14 – Sockeln findet sich dieses Problem sehr oft. Die Leuchtstofflampe hat dagegen den Nachteil des Startmechanismus, der eine etwas aufwändigere Herstellung der Energiesparlampen mit sich bringt. Aber durch das „kalte Licht“ sind diese Leuchtmittel geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt. Gleichzeitig verbrauchen sie weniger Energie. Das Energieäquivalent liegt beispielsweise bei 7W, die ca. 35W entsprechen. Die Lebensdauer der Lampe erhöht sich dadurch exorbitant. Der Nachteil von Leuchststofflampen liegt jedoch im angesprochenen Startmechanismus. Die Einschaltverzögerung von Leuchtstofflampen ist mitunter ein Grund für eine verkürzte Lebensdauer, weshalb sie für kurz frequentierte Bereiche nicht geeignet sind, da sie erst nach einer oder zwei Minuten ihre volle Leuchtfarbe entfalten. Moderne Entwicklungen allerdings ermöglichen es, die Lampen wie normale „Glühbirnen“ zu verwenden. Da die Leuchtfarbe nicht dem Spektrum herkömmlicher Lampen entspricht, wird die Frage des Wohlbefindens kontrovers diskutiert. Hinsichtlich elektrischer oder magnetischer Strahlung halten Energiesparlampen die TCO – Richtlinie von Bildschirmen ein. Allerdings existieren noch keine genauen Richtlinien für Strahlungsemissionen von Energiesparlampen.

Die Herstellung einer Energiesparlampe kostet etwa das zehnfache einer herkömmlichen Glühlampe. Allerdings haben Energiesparlampen auch die achtfache Lebensdauer einer Glühlampe. Laut Wikipedia macht die Herstellung in der Gesamtenergiebilanz etwa 1% aus. Eine Glühlampe (40W) verbraucht in ihrem Leben (1000h) etwa 40kWh Strom. Bei einem Strompreis von 18 Cent sind das 7,20 Euro. Eine äquivalente Energiesparlampe (7W) verbraucht im gleichen Zeitraum 7kWh, also 1,26 Euro. Das ist eine Ersparnis von 80%. Nehmen wir an, dass eine Energiesparlampe mindestens fünf mal länger arbeitet, dann sieht die Bilanz folgendermaßen aus:

1x 6 Euro + (5000 Stunden x 7Watt x 0,18 Euro/kWh) = 12,30 Euro
5x 2 Euro + (5000 Stunden x 40Watt x 0,18 Euro/kWh) = 46 Euro

Diese simple Rechnung bringt es auf den Punkt, dass sich insgesamt 75% der Gesamtkosten an Strom und Leuchtmitteln einsparen lassen. Gehen wir zurück zum Stromerzeuger, einem Kraftwerk. Hier wird Öl, Gas oder Kohle verbrannt, um Strom zu erzeugen. Eine Kilowattstunde Strom erzeugt etwa 0,92kg/kWh CO2 (www.deutschebp.de). Aus der obigen Rechnung werden für den Betrieb der Glühlampe 184kg CO2 aus Kohle erzeugt. Erneuerbare Energien und Kernkraft seine quasi keine CO2 – Emittenten. Die Energiesparlampe wiederum verursacht nur die Entstehung von 32 kg CO2 in ihrem langen Leben.

Es lässt sich also bare Kohle sparen und die CO2 – Emissionen werden gleichzeitig um 80% gesenkt.