Das Problem mit der Verbrennung

00:00:00: In dieser Folge von Jetzt mal ganz in Ruhe besprechen wir das Problem mit der Verbrennung.

00:00:04: Ihr hört, wie der berühmte Ingenieur Rudolf Diesel den Kampf mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik aufgenommen hat und verloren hat.

00:00:12: Wir diskutieren ob unsere Zivilisation überhaupt ohne Verbrennungen zurechtkommen könnte Und ihr erfahrt wofür E-Fuels unbedingt gebraucht werden und woför nicht.

00:00:22: Viel Spaß!

00:00:52: Hallo liebe Hörerinnen, liebe Hörer.

00:00:54: herzlich willkommen zur vierten Folge von jetzt mal ganz.

00:00:58: Wir besprechen hier die physikalischen Tatsachen des Klimas, der Erde seiner Veränderungen und allem drumherum eben ganz in Ruhe ohne uns dabei in Politikaktivismus oder irgendwelche Einzelprojekte zu verzetteln.

00:01:10: Das haben wir jedenfalls uns vorgenommen und freuen uns sehr dass ihr dabei seid wieder!

00:01:14: In der letzten Folge haben wir über eine faszinierende chemische Reaktion gesprochen – eine Reaktionen die viel Energie in Form von Wärme liefert und die uns Menschen einen rasanten technischen Fortschritt ermöglicht hat.

00:01:25: Die Verbrennung von fossilen Energieträgern, von Kohle, Öl oder Gas in sogenannten Wärmekraftmaschinen.

00:01:32: Und darum geht es eben auch in dieser Folge.

00:01:33: aber diesmal wollen wir aus der heutigen Perspektive darauf gucken und da sieht das nicht mehr ganz so rosig aus vermute ich mal oder Johannes und Michael?

00:01:42: Ja vermutest du richtig denn heute ist das Motto eben Das Problem mit der Verbrennung.

00:01:46: Okay!

00:01:46: Ich habe das Gefühl dass die Folge heute sehr kurz wird.

00:01:49: mal ehrlich Das Problem haben wir doch in der letzten Folge eigentlich auch schon klar ausgesprochen.

00:01:53: Bei jeder Verbrennung wird CO² freigesetzt, das ist ein Treibhausgas.

00:01:56: Wir haben auch schon erklärt wie das dazu kommt dass das ein Treiberhausgas ist und von dem haben wir schon zu viel in der Atmosphäre Und wenn weiter CO² dazukommt erwärmt sich die Erde weiter.

00:02:06: das hat höchst unerwünschte Folgen die wir bald auch noch in Ruhe besprechen wollen.

00:02:10: Klar also wir könnten die Folge jetzt schon beenden und sagen wir stoppen einfach sofort alle Verbrennungen weltweit.

00:02:15: problem gelöst Aber das ist natürlich erstens total unrealistisch und zweitens, selbst wenn wir das machen würden werden noch nicht alle Probleme die mit den Klimaveränderungen zusammenhängen gelöst.

00:02:24: Und heute wollen wir uns deshalb zunächst mal weiter mit diesen Wärmekraftmaschinen beschäftigen insbesondere mit den Verbrennungsmotoren.

00:02:32: Denn darin steckt einerseits total spannende Physik und das zeigt uns eben auch deutlich, welche Alternativen zum herkömmlichen Verbrennen von fossilen Energieträgern eigentlich sinnvoll sind.

00:02:42: Da gibt es ja unterschiedlichste Ideen.

00:02:44: Es geht also heute auch noch darum wie wir die Probleme mit der Verbrennung denn auch loswerden können.

00:02:49: Das finde ich sehr gut.

00:02:50: dass wir da gleich noch einen Lösungsvorschlag mit liefern Und konstruktiv hier an die Sache rangehen, das gefällt mir.

00:02:56: Ich fasse noch mal kurz zusammen, was ich von der letzten Folge behalten habe als Grundlage heute.

00:03:02: Wir haben über diese Wärmekraftmaschine gesprochen – ein Wort, das ich mir jetzt wirklich merke– Maschinen in denen etwas verbrannt wird und die Wärme, die dabei entsteht, entfaltet eine Kraft, die etwas antreibt, also in Bewegung bringt.

00:03:15: Der ganze Apparat ist im Grunde ein großer Energieumwandler.

00:03:18: Die chemische Energie, die in Brennstoffkohle zum Beispiel steckt, wird in Wärmenergie umgewandelt Bewegungsenergie.

00:03:28: Angefangen hat das alles mit den Dampfmaschinen schon im achtzehnten Jahrhundert und obwohl die Dampf Maschine entscheidend war für die Industrialisierung, ist sie aus heutiger Sicht ein sehr verschwenderischer Apparat.

00:03:39: Selbst die besten Dampf-Maschinen konnten nur wenig über zehn Prozent der Energie, die in der Kohle gespeichert ist umsetzen eine Bewegung und zum Beispiel dann eine Dampflok oder so was oder eine Pumpe antreiben.

00:03:49: Und das heißt im Umkehrschluss, neunzig Prozent dieser Kohlenergie ging ungenutzt in die Umwelt verloren und hat einfach ein bisschen die Luft aufgewärmt.

00:03:57: Und war dann weg, konnte bestenfalls noch im Wagon den Zug heizen.

00:04:00: So diese zehn Prozent so habt ihr das genannt sind der Wirkungsgrad einer Maschine

00:04:05: Genau, und dann kamen Mitte Ende des neunzehnten Jahrhunderts die ersten Verbrennungsmotoren eine entscheidende Weiterentwicklung Neuentwicklungen von Wärmekraftmaschinen.

00:04:14: Zum Beispiel der berühmte Ottomotor.

00:04:16: Die waren deutlich effizienter als die Dampfmaschine Und ein heutiger Ottomoto hat einen Wirkungsgrad wenn alles gut läuft von ungefähr vierzig Prozent

00:04:24: Was ja immer noch ziemlich enttäuschend ist war hier immer noch sechzig Prozent Als Abwärme sozusagen verpuffen.

00:04:31: Angenommen so ein Ottomoter im Auto wäre jetzt einfach mal Doppelt so effizient, also achtzig Prozent Wirkungsgrad.

00:04:37: Was er ja nicht hat, der hat vierzig.

00:04:38: Aber wenn das so wäre dann würde doch auch nur die Hälfte an CO-Zwei, also an Treibhausgasen entstehen für die gleiche Bewegungsenergie, also pro Gefahrner Strecke.

00:04:49: Das wäre doch auch schon mal ein großer Fortschritt um die Freisetzung von CO-zwei runter zu bekommen und zu vermindern.

00:04:54: Ja, das stimmt.

00:04:55: Aber das geht leider nicht und das ist ganz wichtig zu verstehen.

00:04:58: Das Problem ist hier nicht dass die Technik noch nicht so weit ist also dass der Verbrennungsmotor noch nicht weit genug entwickelt ist sondern dass Verbrenningsmotoren schon aus Prinzip rein physikalisch unweigerlich so einen schlechten Wirkungsgrad

00:05:10: haben.

00:05:11: aber wir machen es natürlich heute ganz in Ruhe und springen bevor wir das erklären nochmal zurück zum Ende des neunzehnten Jahrhunderts.

00:05:18: Der Boom der Verbrentungsmotoren hat da ja gerade begonnen.

00:05:21: Und jetzt betritt die Bühne Achtung Trommelwirbel!

00:05:25: Der deutsche Ingenieur Rudolf Karl Christian Diesel.

00:05:29: Der Name steht ja an jeder Zappsäule heute dran, zumindest im deutschsprachigen Raum.

00:05:33: Zu mehr Berühmtheit kann man es ja eigentlich bringen.

00:05:35: der hat's also richtig geschafft...der Diesel.

00:05:37: Ja richtig aber Rudolf Diesel hat jetzt nicht genau genommen den diese Kraftstoff entwickelt sondern den Motor der diesen Kraftstoff verbrennt.

00:05:43: und das kam so.

00:05:44: Diesel ging's im Prinzip genauso wie dir, Jens.

00:05:47: Er war unzufrieden mit der schlechten Energie aus Beute der damaligen Motoren und er träumte von einem Verbrennungsmotor, der den maximalen Wirkungsgrad hat also möglichst wenig Energie vergeudet.

00:05:56: Also im Medialfall ja der hundert Prozent aus der Wärmeenergie von der Verbrennung umsetzt in Bewegung

00:06:03: Könnte man denken dass das Diesels Plan war.

00:06:05: aber so naiv war Rudolf Diesel nicht?

00:06:07: Er wusste auch schon hundert prozent.

00:06:09: Das ist prinzipiell unmöglich

00:06:12: Verstehe ich jetzt als Laie auch, weil ich ja weiß dass es immer die Reibung gibt und es gibt irgendwo im Motor wenn die Zylinder kolben sich bewegen gibt's Reibungen.

00:06:20: da geht immer auch Energie verloren.

00:06:22: Das stimmt das ist ein Grund aber es ist nicht das wahre Problem.

00:06:25: reibung kriegt man ganz gut in den griff mit schmiermittelöl an der richtigen stelle und so weiter.

00:06:30: Allein deswegen kommt man nie auf volle hundert Prozent, aber auch schon ninety-fünf Prozent oder neunzig Prozent sind unmöglich und zwar aus einem anderen Grund der viel viel schwerer wiegt.

00:06:39: Und den kannte Rudolf Diesel auch nämlich dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

00:06:44: großes

00:06:45: da noch ein Trommel wirbeln.

00:06:46: ja noch eine berühmtheit für euch zumindest.

00:06:49: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamics.

00:06:51: ich vermute er erklärt ihn gleich Aber wenn es einen zweiten gibt gibt's vermutlich einen ersten.

00:06:55: wollt ihr denn nicht vorher erklären damit wir in die richtigen Reihenfolge bleiben?

00:06:59: Ja,

00:06:59: gerne.

00:07:00: Also der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist schön einfach.

00:07:02: Das ist nämlich einfach der Energieerhaltungsanz, den wir ja auch schon in der letzten Folge angesprochen haben.

00:07:07: Also Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden.

00:07:10: sie kann immer nur umgewandelt werden von einer Energieformin eine andere

00:07:15: und umwandeln da haben wir hier auch schon drüber gesprochen das ist ja relativ klar so wie dass eben im motor auch passiert.

00:07:20: von chemische energie in Wärmeenergie und dann in Bewegungsenergie wird die energie die ein und dieselbe energie immer umgewandel.

00:07:27: aber dabei wird doch Energie vernichtet, weil die Motoren eben einen Teil der Energie in Bewegung verhandeln können.

00:07:33: Es fällt ja was weg!

00:07:34: Ja das scheint so dass das vernichtet würde, weil es sozusagen unserer Nutzung entzogen wird.

00:07:38: aber der ungenutzte Rest der Energie, der ist nicht ganz verschwunden sondern eben nur für uns unbrauchbar... Die Energie die ein Motor nicht nutzen kann landet als Wärme in der umgebenden Luft oder erwärmt das Kühlwasser oder wie auch immer die Maschine konstruiert ist.

00:07:50: also Wenn eine Ingenieurin sich das Problem ansieht, dann ist die Energie praktisch weg.

00:07:55: Weil sie für die Maschine nicht mehr zur Verfügung steht.

00:07:57: aber aus physischer Sicht ist es anders denn Die Umgebung ist jetzt warm geworden und da ist die energie eben hin.

00:08:03: Okay, die energi ist immer erhalten bleibt immer erhalten kann nie verloren gehen verstehe ich jetzt.

00:08:09: Irgendwo im universum kann man sie halt immer wieder finden.

00:08:11: Aber Das heißt ein ja auch dieser erste hauptsatz der thermodynamik also diese energie Erhaltungssatz Der hat im Grunde gar nichts gegen einen hundertprozentig effizienten Motor, der also alle Energie aus der Verbrennung in Bewegung umwandelt.

00:08:26: Also Hauptsache die Energie ist nachher immer erhalten dann ist der Satz ja erfüllt.

00:08:30: Das ist egal welche Form.

00:08:31: Da stimmt!

00:08:32: Der ist nicht das Problem.

00:08:33: aber dummerweise gibt es eben auch noch diesen zweiten Hauptsatz und das ist der eigentliche Übeltäter.

00:08:38: also der macht die Verbrennungsmotoren am Ende so ineffizient.

00:08:42: denn durch diesen zweiten hauptsatz wird speziell die Wärmeenergie also die Energieform die beim Verbrennen freigesetzt wird ganz doll deklassiert.

00:08:49: Also wirklich zur niedersen, zur wertlosesten Form der Energie könnte man so ein bisschen flapsig

00:08:53: dazu sein.

00:08:54: Das ist doch nicht nett!

00:08:54: Der Wärme gegenüber.

00:08:56: Ja, ich sag mal den zweiten Hauptsatz auf.

00:08:58: Es gibt zig Formulierungen dafür aber folgende ist für uns nützlich.

00:09:02: Wärmenergie kann durch eine periodisch arbeitende Maschine wie zum Beispiel in Verbrennungsmotor niemals vollständig umgewandelt werden in Arbeit und damit in Bewegung.

00:09:12: Das heißt einen Teil der Wärmer energie muss prinzipiell immer an die Umgebung verloren gehen und damit aus Maschinen sich nutzlos verpuffen.

00:09:20: Das ist ein Naturgesetz.

00:09:21: Okay, das Naturgesetz... Jetzt ist aber nicht das Gesetz das Problem sondern was das Gesetz beschreibt!

00:09:27: Warum ist es jetzt so dass Wärmeenergie nie vollständig in Arbeit umgesetzt werden kann?

00:09:32: Was macht Wärmen so vergleichsweise wertlos im Vergleich zu anderen Energieformen also Bewegungsenergie oder was gibt's noch elektrische Energie?

00:09:41: Das ist ja offenbar mehr Wert Also quasi besser verwendbar für uns als Wärmeenergie.

00:09:46: Ja genau, das ist so!

00:09:47: Der tiefere Grund warum ausgerechnet Wärmenergie diese Sonderrolle hat, ist eine lange Geschichte.

00:09:53: Da gibt es einen weiteren Begriff die sogenannte Entropie, die wollen wir heute nur am Rande erwähnen.

00:09:57: Die wird umgangssprachlich auch gerne Unordnung genannt.

00:10:00: Die Natur verlangt – das ist noch eine weitere Umschreibung dieses Gesetzes – dass bei jedem Prozess im Universum die Unordnung insgesamt zunehmen muss und dass das Universum immer unordentlicher wird in diesem bestimmten Sinne.

00:10:12: Und Wärme ist bereits die unordentlichste Form der Energie, die es gibt.

00:10:15: Das heißt am Ende von irgendwelchen Energiemannlungsprozessen muss immer mehr Wärmen da sein als vorher.

00:10:21: also das bleibt sozusagen was davon übrig.

00:10:23: Sonst gibts Ärger vom Universum!

00:10:24: Das wollen wir nicht.

00:10:25: aber wieso ist jetzt Wärmung ordentlich?

00:10:28: Also ich kann mir alle möglichen Adjektive für Wärmem vorstellen wohlig angenehm aber nicht unordentlich.

00:10:34: Da müssen wir uns mal angucken, was Wärme eigentlich ist.

00:10:37: Also Wärmenergie zum Beispiel die im heißen Wasserdampf einer Dampfmaschine steckt?

00:10:41: Das ist nichts anderes als die Summe der Bewegungsenergien der ganzen vielen einzelnen Wassermoleküle, die da wild im Kassel als Gas herumflitzen.

00:10:49: und je schneller die da rumflitze, desto mehr Wärmesteckt auch in diesem Gas.

00:10:53: Es ist aber jetzt nicht einfach eine wohl geordnete Bewegungsenergie in eine Richtung, sondern es herrscht eben absolutes Chaos.

00:10:59: Die Teilchen sausen in allen möglichen Richtungen quer durcheinander, stoßen zusammen, prallen ab und so weiter.

00:11:04: Wärme sind also totale Unordnung.

00:11:06: Und noch mehr Wärmen ist auch noch mehr Unordnung!

00:11:09: Wenn man also jetzt Wärmherren nimmt und daraus Bewegung macht, dann räumt man ja sozusagen auf weil man Wärmes rausnimmt aus dem System von chaotischer Wärmemergie hin zu ordentlicher Bewegungs-Energie.

00:11:20: Noch ein bisschen vereinfachter gesagt... Das ist auch erlaubt.

00:11:23: Aber man muss einen Preis dafür bezahlen, nämlich dass die Unordnung woanders dann wieder auftaucht und das hinterher insgesamt auch sogar ein bisschen mehr Unordnung herrscht als vorher.

00:11:32: Dass

00:11:32: das Naturgesetz immer mehr Unordnungen rauskommen?

00:11:35: Genau!

00:11:35: Und das Universum sagt uns also du darfst zwar aus wärme Bewegung machen Aber alle Wärme kriegst du niemals umgewandelt.

00:11:42: Du hast unweigerlich

00:11:43: Wärmeverluste.".

00:11:44: Und Rudolf Diesel wusste das, er kannte den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ganz genau – das hat er in der Thermodynamik-Vorlesung gelernt bei witzigerweise Professor Karl von Linde, der den Kühlschrank erfunden hat!

00:11:55: Wärmiexperte!

00:11:56: Jedenfalls.

00:11:56: Diesel hatte jetzt folgendem Plan….

00:11:58: Er wollte einen Motor konstruieren, der so effizient ist wie es die physikalischen Gesetze gerade noch erlauben … Also ein Motor, chemische Energie aus Kraftstoffen in Wärme umwandelt und dann in Bewegungsenergie, aber dabei so wenig Abwärme an die Umwelt entlässt wie es überhaupt sich machen lässt.

00:12:14: Das heißt diese wollte damit so nah wie möglich an den theoretisch besten Wirkungsgrad herankommen.

00:12:19: Das ist ja auch ein heeres Ziel!

00:12:21: Wo liegt jetzt dieser theoretisch bestmögliche Wirkungskrad?

00:12:24: Kann man ihn ausrechnen?

00:12:25: oder wusste er das wo er dahin wollte?

00:12:27: Ja da hat die Thermodynamik tatsächlich eine Formel für Parat.

00:12:30: okay Und was kommt raus?

00:12:31: Siebzig Prozent, achtzig Prozent, neunzig Prozent.

00:12:34: Hundert da darf ich jetzt nicht mehr sagen das habt ihr mir schon

00:12:36: verboten.".

00:12:37: Ja und leider kann man auch keine genaue Zahl eingeben.

00:12:39: also es purzelt nicht einfach so immer die gleiche Zahl aus dieser Formel raus weil es darauf ankommt wie heißt so ein Motor wird also bei welcher Temperatur verbrennt der seinen Treibstoff und wie stark er dann wieder gekühlt wird?

00:12:50: von außen Du erinnerst dich an die Dampfmaschine, da wird heißer Wasserdampf mit dem Kohlefeuer erzeugt.

00:12:56: Der dann diesen Kolben nach oben drückt und damit der Kolb wieder zurück in den Zylinder kann muss der Zylindern ja auch wieder gekühlt werden, damit ein Unterdruck entsteht.

00:13:03: Und so ist das auch im Motor.

00:13:04: Da muss immer auch gekühld werden, sonst bleibt die Maschine stehen.

00:13:07: Das heißt es gibt ganz grundsätzlich in jeder Wärmekraftmaschine also der Dampf-Maschine und auch dem Motor zwei entscheidende Temperaturen eine hohe und eine niedrige.

00:13:16: Bei der hohen wird verbrannt bei der niedrigen wird gekühled Und deswegen hat ein Verbrenner Auto mit einem Benzinmotor oder Dieselmotor auch eine aufwendige Kühlung und Lufteinlässe, und Kühlwasser usw.

00:13:27: Und Kohlekraftwerke haben riesige Kühltürme – das gehört immer ganz wichtig mit dazu!

00:13:31: In der Formel für den theoretisch besten Wirkungsgrad, die uns die Thermodynamik liefert, stecken beide Temperaturen drin.

00:13:37: Die Hohe steckt in der Formeltrin und die Niedrige auch.

00:13:39: Jetzt kommt das Entscheidende….

00:13:41: Der Wirkungskrad einer Wärmekraftmaschine ist umso besser je weiter diese beiden Temperaturen auseinander liegen.

00:13:49: Je heißer es in einem Motor zugeht und je stärker dann die Kühlung ist, desto effizienter ist auch der Motor.

00:13:55: Also je mehr Grad Celsius dazwischen liegen zwischen heißer und kalter Temperatur.

00:14:00: Ja genau also angenommen hat zwei Temperaturen In der Brenntkammer wird's fünfhundert Grad Celsius heiß Und von außen wird auf hundert Grad Celsus gekühlt.

00:14:08: Dann kommt als Idealwert heraus dass so ein Motor maximal Fünfzig Prozent Wirkungsgrad haben kann.

00:14:14: Mehr geht nicht.

00:14:15: Also die Wärme der Verbrennung kann theoretisch nur zur Hälfte in Bewegung umgewandelt werden bei diesen Temperaturen, das ist die physikalische Obergrenze und mehr es nicht möglich egal wie gut die Ingenieure das ganze ausarbeiten.

00:14:26: Ja aber außer habe ich jetzt Man macht den Motor noch heißer, denn es geht hier um die Differenz dieser beiden Temperaturen.

00:14:33: Wenn die heiße Temperatur höher ist dann ist die Differenz größer und dann muss der Wirkungsgrad ja auch besser

00:14:38: werden.".

00:14:38: Und

00:14:38: das war genau der Plan von Rudolf Diesel!

00:14:41: Er wollte den Brenntstoff im Motor so heiß wie möglich machen – und auch bei hohem Druck verbrennen.

00:14:45: Das spielt auch eine Rolle.

00:14:46: da gehen wir heute nicht so detailliert drauf ein... Temperatur und Druck sollten sogar so hoch sein, dass sich ein Gemisch aus Brennstoff und Luft was ich im Kolben befindet von selbst entzündet.

00:14:57: Und das ist ihm gelungen!

00:14:58: Deshalb sagt man zu Dieselmotoren auch Selbstzünder.

00:15:00: Das ist der wesentliche Unterschied zum Automotor.

00:15:03: Dort gibt es eine Zündkerze die dafür sorgen muss, dass das Gemisch verbrennt.

00:15:07: Beim Diesel passiert das von alleine.

00:15:09: Die wahren Unterschiede sind, wie gesagt noch deutlich komplizierter.

00:15:12: Aber ein wichtiger Grund warum der Dieselmotor beim Wirkungsgrad die Nase vorn hat ist die höhere Temperatur nämlich von ungefähr acht hundert Grad und damit gibt es einen rechnerisch bestmöglichen Wirkungskrad von fünfundsechzig Prozent so dass also nur gut ein Drittel an Abwärme verloren geht.

00:15:28: Ja und Diesel hat mit seinem Konzept vor allen Dingen auch aufgrund dieser hohen Drücke die er brauchte die Maschinenbauer und die Stahlhersteller damals wirklich zur Verzweiflung getrieben weil dann natürlich das Material diesen hohen Drücken dann auch standhalten musste im Zylinder.

00:15:42: Aber am Ende wurde sein Motor dann doch gebaut und in der Weltöffentlichkeit auch vorgestellt, und Technik-Historiker haben sogar versucht den Wirkungsgrad des ersten Dieselmotors mal nachzurechnen – da gibt es nämlich keine Originalangabe sozusagen.

00:15:56: In manchen Quellen liest man da, dass das so um die twenty-fünf Prozent gewesen sein müssen.

00:16:00: Äh Moment!

00:16:01: Ihr habt doch gerade gesagt, dass der den so verbessert hat.

00:16:03: Den Motor das der bestmögliche Wirkungsgrad ist.

00:16:07: Wieso hatte dann sein tatsächlich gebauter Motor nur?

00:16:11: Das

00:16:11: ist einfach die Tatsache, dass Theorie und Praxis weit auseinander liegen.

00:16:14: ja also Die Technik wie man das zusammen baut die Metalle aus denen das gebaut ist die die Schmierung Und all das hat eben dann am ende doch dafür gesorgt dass nicht die theoretisch maximal möglichen fünfundsechzig Prozent wirkungs grad erreicht wurden sondern eben vermutlich nur twenty-fünf Prozent.

00:16:29: Aber der Dieselmotor ist in den hundertzwanzig Jahren seitdem natürlich immer weiterentwickelt worden und heute liegt der Wirkungsgrad von einem dieselmotor unter guten Bedingungen, wenn die Drehzahl stimmt und die Kühlung gut funktioniert

00:16:39: usw.,

00:16:40: bei dreiundvierzig Prozent.

00:16:43: Also das sind jetzt ein paar Prozentpunkte besser als der Automotor?

00:16:46: Der hat ja vierzig Prozent, wie gesagt aber das ist ja immer noch weit weg von den idealen fünfundsechzig und noch viel weiter weg von dem Hundert, die man sich hätte wünschen können wenn die Thermodynamik nicht dazwischen.

00:16:57: Ja, wir rechnen ja hier mit so Prozentzahlen.

00:16:59: Die sind natürlich alle nur ungefähr und trotzdem war es aber so dass der Dieselmotor tatsächlich bei siebenhundert bis neunhundert Grad arbeitet also schon in diesem Acht-Hundert-Grad-Bereich ungefähr, den wir eben für dieses Rechenbeispiel für das Theoretische genommen haben und auch auf ungefähr hundert Grad gekühlt wird.

00:17:14: Trotzdem schafft er eben wirklich nur zwei Drittel dieses theoretisch möglichen Wirkungsgrades einer idealen Wärmekraftmaschine.

00:17:20: Denn in der Praxis hat man es noch mit weiteren Energieverlusten zu tun, also mit der Reibung haben wir schon erzählt das idealen Drehzahlbereich wie viel Last hat der Motor?

00:17:28: und so weiter.

00:17:29: und das ist alles in dieser idealisierten Gleichung der Thermodynamik wo man den Wirkungsgrad mit ausrechnen kann gar nicht abgebildet.

00:17:36: und vielleicht kann man jetzt mit noch größerer Ingenieurskunst noch ein paar Prozentpunkte rausholen an der realen... An dem wirkungsgrat... Die

00:17:45: dreienvierzig noch auf fünf vierzig erhöhen?

00:17:47: Ja

00:17:47: genau aber da kaum noch Spiel.

00:17:50: Okay, aber das ist ja schon ernüchternd mit diesen Wärmekraftmaschinen wenn man das mal versteht.

00:17:56: Egal wie sie technisch genau funktionieren es gibt immer eine theoretische Obergrenze und selbst die effizienteste Wärmekraftmaschine der Dieselmotor schafft in der Realität in der Praxis nicht mehr fünfzig Prozent der Energie im Kraftstoff in Bewegung zu verwandeln.

00:18:11: Und da kann man ja mit Fug-und Physik sagen Verbrennungsmotoren verschwenden immer ganz schön viel Energie.

00:18:17: Ja, das ist leider so.

00:18:19: Und im realen Verkehr ist es sogar noch schlimmer da so ein Motor nämlich da praktisch nie ganz optimal laufen kann selbst wenn man klug schaltet und immer versucht da im optimalen Drehzahlbereich zu landen usw.

00:18:29: Über alle Strecken die man so fährt statt Landstraße Autobahn kommen eigentlich nicht mehr als twenty-fünf Prozent der Energie aus dem Kraftstoff wirklich am Ende auf der Straße an.

00:18:38: also es verpuffen real seventy fünf Prozent als Wärme in der Umgebung.

00:18:42: Fünfundsechvieh

00:18:43: Prozent der energie die Sonne damals reingesteckt hat in dass was nachher zum Benzin verarbeitet wird oder zum Diesel.

00:18:49: Das ist ja eindeutig ein großes Problem mit der Verbrennung, das ist ja das Thema der heutigen Folge, Probleme mit der Verbrennung denn man kann ja wenn ich es richtig verstehe nichts tun um das großartig zu verbessern.

00:19:00: noch

00:19:01: So sieht es aus, denn viele hervorragende Ingenieurinnen und Ingenieure in Deutschland und der Welt haben über hundert Jahre lang alles gegeben um den Verbrennungsmotor noch effizienter zu machen.

00:19:09: Und da ist auch viel passiert.

00:19:11: aber es ist eben langsam Schluss Es geht langsam nicht mehr.

00:19:13: besser man kann sagen Verbrennungsmotor ist Ende der Fahnenstange was die Energienutzung angeht.

00:19:19: Okay verstanden Da muss man mit leben weil das Universum das so vorschreibt.

00:19:23: okay Aber jetzt wenn man nochmal drüber nachdenkt so schlimm ist sich jetzt auch wieder nicht.

00:19:27: Der Kraftstoff hat ja doch so eine, habt ihr erzählt?

00:19:30: Eine spitzen Energiedichte.

00:19:32: Letzte Woche war das ein Thema hier in der Folge.

00:19:34: Man kommt mit einem Fünfzig-Liter-Tank bis zu tausend Kilometer weit wenn man jetzt einen guten Motor hat, der sparsam ist und sparsamen auch im Fahrstil hat.

00:19:43: Das ist logistisch und finanziell ganz gut machbar Und sehr viele Menschen kommen ja mit ihrem Verbrennerauto auch ganz gut zurecht.

00:19:49: Die Logistikbranche nutzt Diesel Lkw Schiffert die Luftfahrt nutzen auch Verbrennerkraftstoffe.

00:19:55: Also könnte man ja sagen, das System funktioniert ja trotzdem diese Verschwendung sozusagen eingebaut ist.

00:20:00: Das stimmt!

00:20:01: Das kann man so sehen wenn man raus in die Welt guckt dass System funktioniert.

00:20:05: aber es gibt mehrere fundamentale Probleme mit diesem System und wir sollten tunlichst anfangen an denen zu arbeiten und die zu lösen wenn wir nicht in nahezukunft in große Schwierigkeiten kommen wollen.

00:20:15: Punkt eins, gewissermaßen als Ergänzung zu dem schon erwähnten Problem.

00:20:19: Die wahren Energieverluste gegenüber dem was man aus der Erde holt an fossilen Kraftstoffen sind noch mal bedeutend höher als das was im Motor passiert.

00:20:26: die Kraftstoffe müssen nämlich auch unter großem Energieaufwand raffiniert werden und auch transportiert werden dahin wo sie dann eingesetzt werden.

00:20:34: Man kann sich angucken was per Schiff um die Welt gebracht wird.

00:20:36: alle Schiffe die auf der welt unterwegs sind.

00:20:38: fossile Brennstoffe machen vierzig Prozent von allen Gütern aus die auf den Weltmeeren unterwegs sind.

00:20:44: Fast jedes zweite Chef quasi.

00:20:46: Genau, von der transportierten Menge her.

00:20:48: und selbst wenn am Ende die Tankstelle beliefert wird wo dann ein Auto aufgetankt wird dann verbrennt der Tanklaster selbst ja noch Diesel während er den Kraftstoff dahin bringt.

00:20:55: so das war Punkt eins.

00:20:57: Punkt zwei ist die fossilen Energieträger sind eine endliche Ressource.

00:21:01: Die Mengen die wir in wenigen Jahrzehnten verbrannt haben sind vorher über etliche Jahr Millionen entstanden.

00:21:06: Das heißt in der Zeit in der wir diesen Vorrat sozusagen aufbrauchen wird praktisch nichts neu erzeugten.

00:21:11: Damit wird es zwangsläufig immer schwieriger, neue Vorkommen anzuzapfen.

00:21:15: Es wird immer teurer das was noch da ist auch tatsächlich raus zu holen und damit wird es auch immer stärker zum Gegenstand von geopolitischen Machtspielchen die Konflikte zur Folge haben können oder einfach den Preis in die Höhe treiben.

00:21:27: Und Punkt drei ist das was für uns natürlich heute besonders relevant ist Die Verbrennung setzt eben unweigerlich CO-Zwei frei und zwar bei unserem aktuellen Verbrauch so viel dass es eine deutliche Erderwärmung bewirkt wie wir ja heute auch schon messen.

00:21:41: Okay, wenn wir das jetzt aber abstellen wollen gibt es ja nicht nur eine Lösung.

00:21:45: Eine Lösung ist für Hörner mit Aufsachen zu verbrennen erzeugen Energie auf anderen Wege.

00:21:50: dass das sofort passiert hast du am Anfang gesagt Johannes ist jetzt nicht so wahnsinnig realistisch.

00:21:54: man kann natürlich in die Richtung gehen.

00:21:56: Die zweite Lösung ist aber Ja Wir fangen das CO-Zweih was bei der Verbrennung entsteht irgendwie wieder auf und speichern Es Für immer und ewig weg In So einer Art co zwei Endlager.

00:22:06: Das wären zwei Möglichkeiten, es gibt aber noch eine Dritte.

00:22:09: Man verbrennt zwar keine fossilen Brennstoffe mehr sondern stattdessen aber dann künstlich erzeugte.

00:22:14: also man kann zum Beispiel Dieselkraftstoff auch synthetisch in einem chemischen Prozess herstellen.

00:22:19: das verbraucht dann CO₂ diese Herstellung und zwar genauso viel wie später bei der Verbrennung des künstlichen Kraftstoffs wieder freigesetzt.

00:22:26: Verbraucht

00:22:26: CO₀ aus der Luft quasi?

00:22:28: Genau!

00:22:28: Das wäre dann in der Gesamtbilanz eine Verbrennung die kein zusätzliches CO₁ frei setzt also ganz anders als bei fossilen Kraftstoffen.

00:22:35: Natürlich kostet aber die Herstellung dieser Kraftstoffe-Energie, aber es ist eben technisch möglich dafür nur elektrische Energie zu verwenden.

00:22:43: Die dann ihrerseits natürlich auch ohne Verbrennung erzeugt werden musste also zum Beispiel aus Photovoltaikanlagen oder Windrädern und anderen regenerativen Stromerzeugern.

00:22:51: Und dann ist der gesamte Kreislauf Kraftstoff herstellen und dann Kraftstoff wieder verbrennen in Summe CO² neutral.

00:22:58: Genau das sind ja diese berühmten E-Fuels von denen viel geredet wird diskutiert Land auf, Land ab.

00:23:07: Das wird dann aber ganz schön schnell jetzt... Ein politisches Thema, aber der wird ja arg drüber gestritten.

00:23:11: Wir wollten uns ja eigentlich ein bisschen fernhalten von politischen Themen hier.

00:23:14: Das machen wir auch!

00:23:15: Wir sprechen nur über die Physik der E-Fuels und da gibt es auch Interessantes zu sagen.

00:23:19: Eine andere Möglichkeit gibt es übrigens auch noch, Treibstoffe künstlich herzustellen ist aus Biomasse – also aus Pflanzen oder pflanzlichen Abfällen daraus einen Kraftstoff herzusteln.

00:23:29: Auch solche Kraftstoffen können CO² neutral sein denn die Pflanzen haben beim Wachsen selbst vorher im ersten Schritt auch CO² aus der Luft

00:23:36: geholt.

00:23:38: Okay dann haben wir drei Wege Um jetzt künftig kein zusätzliches CO-Zwei mehr in die Luft zu pusten, wir verbrennen nichts mehr ist ein Weg.

00:23:45: Wir verbrennten zwar.

00:23:46: was aber fangen das CO-zwei wieder ein, was dabei automatisch entsteht?

00:23:49: oder aber wir verbrennen Sachen, die vorher genauso viel CO- zwei aus der Luft geholt haben wie sie beim Verbrennen wieder auspusten also quasi in der Summe neutral sind.

00:23:59: Lass uns doch diesen dritten Lösungsweg jetzt zuerst gleich mal anschauen den mit den künstlich erzeugten Kraftstoffe wo nix aus dem Boden geklaubt wird.

00:24:06: Das klingt ja eigentlich super.

00:24:07: Wir können alle Autos, Lkw-Züge Schiffe mit Verbrennungsmotoren die Sie heute haben weiterfahren lassen und stellen dafür einfach CO² Neutral diese E-Kraftstoffe eFuels her.

00:24:18: Rein technisch und physikalisch ist das möglich aber es gibt eben zwei große Haken.

00:24:23: unter einer ist die Herstellung kostet sehr viel Energie.

00:24:26: man muss nämlich erst mal mit viel Energieaufwand Wasserstoff herstellen, das macht man mit der Elektrolyse.

00:24:31: Also vereinfacht gesagt leitet man elektrischen Strom durch Wasser und dabei wird dann H-IIO also das Wassermolekül in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten und so hat man eben den reinen Wasserstoff.

00:24:42: Dann muss man aber noch in Schritt zwei CO-Zwei aus der Luft filtern.

00:24:46: Das kostet auch wieder sehr viel Energie, denn das CO-zwei macht ja nur knapp ein halbes Promille aus der Lufthaus.

00:24:51: Das haben wir ja besprochen in unseren ersten Folgen.

00:24:54: Man muss es also sehr mühsam aus dem Rest der Luft da raus sortieren... Mit Energieaufwand!

00:24:58: ...mit viel Energieaufwand.

00:24:59: Und da muss man das CO² auch noch spalten und mit dem Wasserstoff zu den künstlichen Brennstoffen verbinden.

00:25:05: Alles in allem landet dann von der elektrischen Energie, die man in diesen Gesamtprozess reinstecken muss, maximal die Hälfte wirklich chemisch gespeichert am Ende im E-Fuel.

00:25:15: Die andere Hälfe ist dann wieder als Abwärme verpufft.

00:25:17: Bevor es überhaupt im Tank vom Auto ist?

00:25:19: Genau!

00:25:20: Und jetzt kommt der zweite Haken – und es kommt noch schlimmer denn was machst du jetzt?

00:25:24: Aufwendig hergestellten CO₂-neutralen Kraftstoff, du schüttest ihn in einen Verbrennungsmotor.

00:25:29: Was macht der Verbrenningsmotor damit?

00:25:31: Der

00:25:31: saust los!

00:25:32: Ja,

00:25:32: tut er – aber er tut es eben wieder mit der schlechten Effizienz die ein Verbrennungsmotor nun mal an den Tag legen muss.

00:25:39: Die wird ja durch den Einsatz von E-Fuels nicht besser.

00:25:41: Der Verbrenningsmotore bleibt wie er ist, das war gerade das Schamante an dieser Lösung.

00:25:45: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik schlägt wieder gnadenlos zu und wieder landet Wegen Reibung, Drehzahlbereich und eben vor allem des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik nur ungefähr ein Viertel der chemischen Energie aus deinem E-Fuel als Bewegungsenergie auf der Straße.

00:25:59: Wenn man sich das alles mal zusammen ausrechnet da muss man dann viele Prozent sein aneinander multiplizieren.

00:26:03: als Physiker Aus hundert Prozent elektrischer Energie die du reingesteckt hast und die CO zwei frei gewesen sein musst also beispielsweise aus einem Windrad Landen fünfzig Prozent in einem eFuel und davon landen Fünfundzwanzig Prozent auf der Straße.

00:26:17: Das heißt, am Ende kannst du von dem was dir das Windrad an elektrischer Energie geliefert hat vielleicht etwas mehr als zehn Prozent in die Bewegung des Autos überführen durch die eFuels.

00:26:27: krass also.

00:26:27: dass ist ja dann ein Gesamtwirkungsgrad wenn man sich alles zusammen anguckt von nur gut zehn prozent also ungefähr so wie damals eine Dampfmaschine als sie ein bisschen schon verbessert worden war.

00:26:37: Ja Und das ist ja wirklich einen.

00:26:40: Wir haben ja heute gesagt, wir sprechen über ein Problem.

00:26:43: Denn wir bräuchten diesen Strom der da reingehen muss um das herzustellen zusätzlich zu dem was wir jetzt eh schon alles so an Strom verbrauchen.

00:26:50: also dann müssten wir wahnsinnig viel noch mehr Windräder und Solaranlagen bauen als wir ohnehin schon bauen wollen.

00:26:56: Genau man müsste wirklich enorme Mengen bauen kann man auch ausrechnen da kommen irre Zahlen raus.

00:27:01: trotzdem wird es Bereiche geben wo man um die e-Fuels nicht herum kommt Zum Beispiel da, wo eben die Energiedichte das absolut entscheidende Kriterium ist.

00:27:10: Das ist vor allen Dingen in der Luftfahrt der Fall oder auch in der chemischen Industrie, wo bestimmte Prozesse gar nicht ohne Kohlenwasserstoffmoleküle funktionieren können weil man sie quasi als Rohstoff braucht zum Beispiel für die Kunststoffherstellung.

00:27:21: Okay also ich verstehe E-Fuels sind möglich Man kann die technisch herstellen es sind sehr aufwendig in der Herstellung und damit wahrscheinlich ja auch teuer muss er alles bezahlen diesen ganzen Prozess Und deshalb sind sie eher dort nur sinnvoll, wo sie die einzig denkbare Lösung sind.

00:27:37: Und das ist zum Beispiel sagt man heute wahrscheinlich in der Luftfahrt der Fall.

00:27:40: und für Teile der Industrie

00:27:41: genau?

00:27:42: Okay!

00:27:43: Das war jetzt physikalischer Hintergrund.

00:27:45: zur Lösungsmöglichkeit.

00:27:46: drei wir verbrennen Sachen, die vorher CO² aus der Luft bei der Herstellung rausgeholt haben.

00:27:51: was es jetzt mit der Strategie Nummer zwei also CO² auffangen wo's entsteht und dann irgendwo weglagern.

00:27:59: Das geht im Prinzip aber dummerweise nicht bei Autos, weil der Prozess sehr aufwendig ist.

00:28:04: Du brauchst quasi einen großen Apparat, du brauchst einen großen chemischen Aufwand den du betreiben musst und eine solche Anlage die das kann, die kann man nicht in ein Auto bauen dann wär's keine Auto mehr sondern ne halbe Fabrikale so ungefähr Bei großen Industrieanlagen, die sehr viel verbrennen wo es sich also lohnt.

00:28:19: Da geht das schon und da wird es auch erprobt zum Beispiel bei Zementwerken.

00:28:23: Da ist auch wieder das Problem.

00:28:24: CO² entsteht nicht nur durch Verbrennung sondern durch den chemischen Prozess beim Zementherstellen selbst.

00:28:29: Den kannst du chemisch nicht auf einem Weg herstellen dass kein CO² rauskommt Und deswegen kann man es dort einfangen wollen.

00:28:35: Also für bestimmte Industrien Wo eine Umstellung auf komplett CO² freie Produktion Nicht so schnell möglich ist oder nie möglich sein wird Da kann das ein guter Weg sein.

00:28:44: Wenn man das CO² dann gebunden, eingefangen hat muss man auch noch ein Endlager dafür finden und dass da auch reinbringen also dieses Entlager betreiben.

00:28:52: Das ist auch nochmal ein sehr großer Aufwand.

00:28:55: Okay, dann bleibt ja noch für alles andere die Lösung Nummer eins.

00:28:58: wir sind jetzt hier rückwärts vorgegangen.

00:29:00: drei zwei eins.

00:29:02: Wir hören einfach mit dem Verbrennen auf!

00:29:04: Das klingt jetzt dummerweise aber irgendwie am schwierigsten und vielleicht doch am wenigsten realistisch wenn man sich die heutige Welt anschaut?

00:29:10: Ja, das wird nicht einfach Vor allem weil wir bei Verbrennung ja längst nicht nur über so kleine Automotoren reden, es gibt auch große Kraftwerke die Kohle und Gas verbrennen.

00:29:19: Und wo die gleichen thermodynamischen Gesetze gelten also dort hat man diese hohen Verluste.

00:29:23: Dort kann man aber immerhin noch die Abwärme nutzen um Häuser zu heizen oder Fabriken zu versorgen Aber die Erzeugung von Wärme um damit direkt zu heizen Also man will die Wärmen haben das ist nochmal ein anderes Thema für eine spätere Folge.

00:29:36: Das bekommen wir heute in dieser Folge nicht noch mit rein gequetscht.

00:29:39: Okay das machen wir den anderen mal.

00:29:41: Aber nochmal zurück zu der Grundfrage.

00:29:43: Können wir überhaupt ganz darauf verzichten, Sachen zu verbrennen für die ganzen Prozesse, die wir antreiben wollen?

00:29:48: Wie viel Brennstoff müssten wir denn mit anderen Energieform ersetzen um Verbrennung sozusagen nicht mehr nötig zu haben?

00:29:57: Könnt ihr das ausrechnen?

00:29:59: Ja dazu gibt es natürlich Zahlen und das sind sehr große Zahlen.

00:30:02: heute sind das weltweit sechzehn Milliarden Liter Öl zehn Milliarden Kubikmeter Erdgas und Dreiundzwanzig Millionen Ton Kohle, und zwar alles pro Tag.

00:30:13: Also das ist der weltweite Verbrauch an einem Tag!

00:30:16: Und ein kleiner Teil wird davon auch noch anders verarbeitet eben zum Beispiel chemisch zu Kunststoffen und so.

00:30:21: aber das meiste davon wird wirklich verbrandt und bei diesen riesigen Mengen ist natürlich klar dass können wir nicht sofort von heute auf morgen abstellen.

00:30:29: Wir haben jetzt hauptsächlich über die Probleme gesprochen, warum es besonders schwierig ist Verbrennung zu ersetzen.

00:30:33: Aber man muss auch deutlich sagen für einige bedeutende Anwendungsfälle von Verbrennungsmotoren – wo Verbrennung stattfindet gibt es heute schon physikalisch sehr kluge und technisch ausgereifte und sogar marktfertige Alternativen, die man jetzt kaufen kann!

00:30:47: Eine davon ist der Elektromotor für Pkw's also das E-Auto.

00:30:51: Da gibt es einen ganz entscheidenden Vorteil….

00:30:53: Der Motor in einem E-auto ist keine Wärmekraftmaschine Da sind keine heißen Gase am Werk, da wird nicht Wärme in Bewegung umgesetzt sondern elektrischer Strom ist das Grundprinzip und deshalb gelten für diesen Elektromotor auch ganz andere physikalische Regeln.

00:31:07: Der kann – problemlos!

00:31:09: Bis zu ninety-fünf Prozent der eingesetzten elektrischen Energie auch wirklich in eine Drehbewegung überführen.

00:31:15: Du hast da natürlich auch Reibungsverluste und du musst ein Akku dran haben, das geht nicht perfekt effizient.

00:31:20: Aber am Ende kommt so ein Elektroautor im realen Betrieb auf einen Gesamtwirkungsgrad von sechzig bis siebzig Prozent.

00:31:27: Und ja ok….

00:31:29: und im Vergleich mit dem Umweg dass man elektrische Strom erst mal in E-Fuels macht spart das vermutlich auch etwas?

00:31:35: Das spart richtig viel und das kann man auch ganz leicht ausrechnen, weil man ja hier Strom quasi als die gemeinsame Währung nehmen kann.

00:31:41: Also die elektrische Energie, die man einerseits zum Herstellen der E-Fuels genutzt hat oder die elektrische Energie, den man einfach direkt in die Batterie speichert.

00:31:51: Man muss also eigentlich nur die Wirkungsgrade dieser beiden verschiedenen Antriebsformen miteinander vergleichen.

00:31:55: Und wir haben ja vorhin gesagt bei einem e-Fuel verbrenner Auto sind es etwas mehr als zehn Prozent Die man am Ende wirklich in Bewegungen umgesetzt kriegt.

00:32:05: Ja, gute Sechzig Prozent.

00:32:07: Das heißt man kommt mit einem batteriebetriebenen Auto etwa sechsmal soweit Mit der gleichen Menge elektrische Energie wie mit einem Verbrenner der E-Fuels Takt

00:32:15: Krass!

00:32:16: Und also um PKW jetzt CO² neutral zu betreiben brauchen wir also mit E-Autos rein nur aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeiten ein sechstel so viel co²freien Strom als wenn wir den Strom dafür verwenden E-fuels herzustellen und dann Verbrennungsautos damit zu betanken.

00:32:33: das heißt ja auch mal braucht nur einen sechstal Der Windräder zum Beispiel, das ist ja irre.

00:32:38: Allerdings von irgendwas müssen dann auch die ganzen Akkus für die E-Autos gebaut werden.

00:32:41: Das ist ja auch nochmal ein Aufwand den man sozusagen beim Verbrennungsmotor nicht, dass man noch einen Akku herstellen und einbauen muss.

00:32:48: Da stimmt so lange die industriellen Prozesse noch mit Verbrennung arbeiten gerade wenn man da mit Batterien herstellt.

00:32:54: Dann geht es natürlich als Minuspunkt in die Bilanz eines Elektroautos ein.

00:32:58: Trotzdem wird diese Bilanz für die Elektroautos immer besser, weil wir ja immer mehr elektrische Energie regenerativ erzeugen.

00:33:03: Also im Moment wächst gerade die Solarenergie enorm aber auch die Windkraft nicht nur hier, also eigentlich in allen Ländern wo auch Autos hergestellt werden.

00:33:11: das heißt die Bilanz wird immer besser.

00:33:14: Okay, immer besser hört sich jetzt gut an!

00:33:15: Wir haben so heute über ein Problem gesprochen das Problem mit der Verbrennung oder die Probleme.

00:33:20: Aber das ist gleich der moment wo wir jetzt mal einen Cut machen und wir haben auch verschiedene Lösungsmöglichkeiten durchgesprochen.

00:33:26: wie haben darüber gesprochen?

00:33:27: Wärmekraftmaschinen, wie zum Beispiel die Dampfmaschine oder auch der Verbrennungsmotor.

00:33:32: Dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik Gehorchen müssen – das ist ein Naturgesetz und der verdammt sie dazu einen ziemlich schlechten Wirkungsgrad zu haben.

00:33:40: Das heißt, ein großer Teil der chemischen Energie aus dem Verbrennungsprozess wird in so einer Wärmekraftmaschine gar nicht in Bewegung umgesetzt.

00:33:47: Daran konnte auch Rudolf Diesel nichts ändern, obwohl er es sehr tapfer versucht hat dessen Dieselmotor eben nach hundertzwanzig Jahren Entwicklung immer noch fast sechzig Prozent der Energie als Abwärme verliert wegen eben dieses Naturgesetzes, um das man nicht herumingenuieren kann.

00:34:04: So und dummerweise stehen wir heute einen großen Teil unseres Energiebedarfs immer noch durch solche ineffizienten Verbrennungsprozesse die zu allem überfluss eben auch noch CO-Zwei freisetzen was eben das Thema der Erde stark erwärmt.

00:34:16: das haben wir ja schon besprochen.

00:34:17: welche Mechanismen dahinterstehen?

00:34:19: wie könnten wir das ändern?

00:34:20: Drei Wege haben wir dazu heute ein bisschen betrachtet und angeschaut, wie die funktionieren könnten.

00:34:26: Man könnte eben das CO² aus der Verbrennung auffangen da wo es entsteht.

00:34:29: Das geht aber bestenfalls.

00:34:30: in der Großindustrie sagtet ihr auch.

00:34:32: im Auto kann man so eine Anlage nicht einbauen.

00:34:34: Die ist zu groß und zu kompliziert.

00:34:37: Mit dem war dahin auch noch ungelösten Problem.

00:34:39: Wohin dann mit dem CO²?

00:34:41: Man müsste ja einen Endlager finden.

00:34:42: Da gibt's sicherlich auch Lösungen Aber da ist noch einiges an Arbeit dass da reingesteckt werden muss.

00:34:47: Der zweite Weg, wie man das Problem lösen könnte wäre.

00:34:50: Man benutzt nicht fossile Energieträger, fossile Brennstoffe sondern E-Fuels die beim Verbrennen zum Beispiel in einem Motor nur soviel CO² beifersetzen wie man vorher bei der Herstellung der E-fuels chemisch aus der Luft geholt und in den Treibstoff eingebaut hat.

00:35:05: Das geht!

00:35:05: Das ist technisch möglich auch eine superinteressante schlaue Lösungsmöglichkeit aber es erfordert irrsinnig viel Strom diesen Herstellungsprozess umzusetzen den man dann eben auch CO-frei vorher erzeugt haben muss, um überhaupt diese E-Fuels herzustellen.

00:35:20: Diese Lösung taugt daher eigentlich vor allem für die chemische Industrie oder für Flugzeuge wo es eben technisch wohl in absehbarer Zeit nicht ohne das Verbrennen von Kohlenwasserstoffen geht weil die Flugzeige eben so eine hohe Energiedichte in ihrem Treibstoff brauchen sie ja mit hoch in die Luft nehmen müssen.

00:35:35: So, und dritte Lösungsmöglichkeit war einfach wir hören mit dem Verbrennen auf.

00:35:38: Dazu habt ihr gesagt das ist in manchen Bereichen der Industrie besonders schwierig.

00:35:42: aber an manchen Stellen ist dieses Problem auch schon gelöst.

00:35:45: zum Beispiel bei Elektromotoren im Auto wird ja nichts mehr verbrannt.

00:35:48: das heißt dann hat dann den zweiten Hauptsatz der Thermo Dynamik nicht ein Schnipchen geschlagen sondern man hat einen anderen Prozess eingesetzt wo er keine Rolle spielt nämlich an Elektromoter.

00:35:56: Genau.

00:35:57: und zum Beispiel bei großen Kohlekraftwerken gibt es natürlich auch die Alternativen, indem man eben den Strom regenerativ herstellt.

00:36:02: Da gibt's ja auch tolle Sachen!

00:36:03: Die Windräder, die Photovoltaikanlagen... Und bei dem dritten Prozess wo man noch Wärme braucht nämlich beim Heizen?

00:36:09: Auch da gibts alternative Lösungen.

00:36:11: aber das sind dann auch Themen für weitere Folgen, die wir hier unbedingt noch mit euch besprechen

00:36:14: möchten.

00:36:15: Wir hoffen dass es euch Freude gemacht hat uns ganz in Ruhe zuzuhören und wir hören uns weiterhin ganz in ruhe auch nächste Woche wieder wenn ihr wollt.

00:36:22: bis dahin tschüss

00:36:28: Jetzt mal ganz in Ruhe ist.

00:36:30: eine Studio Feinstein Produktion ermöglicht durch die deutsche Bundesstiftung Umwelt und begleitet von der Universität Hamburg.

00:36:36: Unser Podcast wird aufgenommen, in der Wellenschmiede in Hamburg-Sankt Pauli.