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Energie und Entropie
Energieprobleme der Zukunft
Ein physikalischer Exkurs zum Erdklima
Never assume malice when stupidity suffice

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Energie und Entropie

Energiebegriff

Der Begriff Energie kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie „wirkende Kraft“. Energie ist die Voraussetzung, um Arbeit verrichten zu können.

Energie ist zugleich eine fundamentale physikalische Größe, die in allen  Bereichen unseres Lebens eine zentrale Rolle spielt. Energie ist ebenso eine physikalische Rechengröße, die eingeführt wurde, um Veränderungen von Systemen zu beschreiben. Energie kommt in unterschiedlichen Formen vor, zum Beispiel als mechanische Energie, chemische Energie, elektrische Energie, thermische Energie, Kernenergie.

Energie ist notwendig, wenn etwas in Bewegung gesetzt, beschleunigt, hochgehoben, erwärmt oder beleuchtet werden soll. Energie ist lebensnotwendig, da sie für alle natürlichen Vorgänge benötigt wird. Energie kann zwischen verschiedenen Energieformen umgewandelt werden.

Entropie

Ein weiterer wichtiger Begriff in den Naturwissenschaften ist die Entropie. Die Entropie ist dabei ein Maß für die Unordnung, in der sich ein System befindet. (Für Studentenbuden ein hinreichend bekannter Begriff.)  Dabei verstehen wir im physikalischen Sinn unter Ordnung:

Je größer der Grad der Unordnung eines Systems ist, umso größer ist auch dessen Entropie. Und die Entropie eines Systems lässt sich sogar berechnen. Doch was Entropie mit Energie zu tun?

Energie vs.Entropie

Betrachten wir ein Beispiel. Vor einigen hundert Jahren errichteten die Mayas auf dem südamerikanischen Kontinent prachtvolle Tempel für ihre Götter. Tausende Menschen haben damals schwere körperliche Arbeiten verrichtet, um die gewaltigen Steinquader der hohen Bauwerke auf den breiten Treppenstufen zu transportieren. Mit jedem Stein, der noch oben befördert wurde nahm die  potenzielle Energie (Lageenergie) des Bauwerkes zu.

Irgendwann um 900  verschwand ein Großteil der Bevölkerung und ihre großen Städte waren verlassen.  Die Tempel Jahr für Jahr. Steine erodierten, lösten sich aus dem Bauwerk und fielen hinab in den sich ausbreitenden Dschungel. Vielleicht wird in einigen tausend Jahren nichts mehr von den Gebäuden übrig bleiben. Von der ehemals aufgebrachten potentiellen Energie ist nichts mehr vorhanden. Und alle Bestandteile der ehemaligen Bauwerke haben ihre kleinste - mögliche- Lageenergie  eingenommen. Sie liegen staubgroß auf dem Boden und sind für uns verloren. Eine immense Unordnung hat sich eingestellt. Wir können deshalb sagen, das die Entropie dieses "Systems" (gemeint sind die Tempelanlagen und Wohngebäude) sehr groß geworden ist.

Ein anschauliches Beispiel. Doch überall auf unserem Planeten und selbst im Universum erkennen wir eine Zunahme der Entropie.
Jedes Masseteilchen wird - wie am obigen Beispiel beschrieben - das Bestreben haben, den geringsten möglichen Energiezustand anzunehmen. Droht uns deshalb der völlige Zerfall des Universums, ein Versinken in völliger Unordnung?  Gibt es Entwicklungen, die dieser Realität entgegenstehen?  Oder ist das ein Naturgesetz der
Realwissenschaften, welches eine Beschreibung von Regelmäßigkeiten im Verhalten von realen Systemen* oder Objekten darstellt?
*
Reale Systeme sind etwa: Elementarteilchen, Atome, Moleküle, Makromoleküle, Kristalle, Flüssigkeiten, Gase, Zellen,   Lebewesen, Gehirne, Ökosysteme, Gestirne, Sternensysteme, Galaxien.
Wie wir am Beispiel des Zerfalls der Mayatempel gelesen haben, wäre eine Zunahme der Entropie nur dann aufzuhalten oder zu verringern, wenn durch erneute menschliche Arbeit, die Tempel und Wohngebäude der Mayastädte wieder aufgebaut werden. Anders ausgedrückt, der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt wird.

Dazu bedarf es einerseits der Kenntnisse über den architektonischen Aufbau dieser Bauwerke und andererseits eine erneute Materialbeschaffung, Transportarbeit und die Bereitstellung von Energie für die Durchführung der erforderlichen Arbeiten. Aber warum sollten wir das tun?

Was passiert in der Natur ohne unser menschliches Zutun?
Auf unserer Erde  wachsen unzählige Pflanzen und  viele Tierarten hat die Evolution hervorgebracht. Alle diese Lebewesen bestehen aus hoch spezialisierten Zellen, die in Systemen zusammenwirken. Es gibt hier offenbar "keine" Unordnung. Die Zellen aller lebenden Organismen sind kleine Kraftwerke, die Energie benötigen und umwandeln können. Das kennen wir am Beispiel der Fotosynthese unserer Pflanzen oder an dem, was wir als Stoffwechsel bezeichnen. Dazu ist die Aufnahme von (energetisch verwertbaren) Nahrungsmitteln und das Einatmen sauerstoffhaltiger Luft notwendig.

Aus der Erfahrung wissen wir, dass  Pflanzen, Tiere und Menschen kein ewiges Leben haben. Das Altern ist als physiologischer Vorgang ein elementarer Bestandteil des Lebens aller höheren Organismen und eines der am wenigsten verstandenen Phänomene der Biologie. Allgemein ist die Annahme akzeptiert, dass eine Reihe verschiedener hochkomplexer, vielfach noch ungeklärter Mechanismen für das Altern verantwortlich sind. Sie beeinflussen und begrenzen die Lebensdauer von biologischen Systemen wie Zellen.

Man kann auch von einer Zunahme der Entropie in den Zellen (Zellsterben) eines lebenden Organismus sprechen, der letzten Endes zu seiner Zerstörung führt. Die Natur hat hier vermutlich eine Optimierung angestrebt, dass es energetisch vorteilhafter ist, neues Leben hervorzubringen, als die Zellen eines alten oder kranken Organismus stets von neuem reparieren zu müssen. Das ist - nebenbei bemerkt - ein Schlüssel der Evolution.

Nicht nur im Bereich der Biologie finden wir dieses Prinzip.
Ist es sinnvoll, ein Haus, ein Auto oder eine ganze Fabrik immer wieder mit hohem Aufwand zu reparieren und instand zu halten? Ist nicht oft die schöpferische Zerstörung des Alten und die Schaffung des Neuen der bessere, weil energetisch der vorteilhaftere Weg?

Man mag an dieser Stelle gedanklich innehalten und an eine höhere spirituelle Macht denken, die das so eingerichtet hat. Vielleicht ist es aber nur ein grundlegendes Energiegesetz der Natur, mit allen bekannten Energieformen "ökonomisch" umzugehen.

Wir können resümieren, dass einerseits die unbelebte Natur von einem bestimmten Energiezustand aus bestrebt ist, einen geringeres Level anzustreben, indem das betrachtete System bis an die Grenze seine Entropie vergrößert. Andererseits hat die Natur geschafft, den entgegen gesetzten Weg zu beschreiten, indem sie eine Vielfalt von Lebensarten hervor gebracht hat, die nur durch Energie und seinen Wandlungsprozessen (Stoffwechsel, Photosynthese) dem Zustand zunehmender Entropie entgegenwirken kann.

Leben definiert sich - abstrakt  betrachtet - als Zustand wechselseitiger fallender und steigender Entropie eines sich selbst organisierenden Systems, durch WERDEN und VERGEHEN.

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Energieprobleme der Zukunft
 

Unser Leben ist fast vollständig "stromabhängig" geworden. Kein Kühlschrank, keine moderne Heizung usw. funktionieren ohne Strom aus der Steckdose.

Die Energiepolitik der letzten Jahre zeigt eine massive Einflussnahme grüner Politiker und ihrer Mitläufer auf die bestehenden konventionellen und grundlastfähigen Anlagen zur Erzeugung der benötigten Elektroenergie.

Energieerzeugung aus volatilen Energieformen (Wind, Solar) mit ihren sehr geringen Energiedichten sind wenig geeignet, um einen Wirtschaftsstandort wie Deutschland zuverlässig zu jeder Zeit mit Elektroenergie zu versorgen. Anders gesagt, allein durch den weiteren Ausbau der so genannten erneuerbaren Energiegewinnungsanlagen ist die Grundlast der Energieversorgung der deutschen Wirtschaft nicht zu gewährleisten. Einige europäische Länder reagieren bereits mit der Planung und dem Bau von Kern- und Kohlekraftwerken, um dann gewinnbringend die deutsche Industrie und die Haushalte mit Strom versorgen zu können. Sollte bei  "Dunkelflauten" nicht ausreichend Elektroenergie aus dem Ausland  zu beziehen sein, müssen die Netzbetreiber mit Lastabwürfen reagieren, um Blackouts zu vermeiden. Bereits heute zahlen die deutschen Stromkunden die höchsten Strompreise Europas - dank EEG und hoher Besteuerung durch den Staat. Viele Menschen in Deutschland machen sich keine Gedanken darüber, welche Kosten der geplante weitere Ausbau von WKA`s und Solarfeldern verursacht, welche riesigen Umweltschäden dadurch entstehen, wie ein umweltschonendes Recycling der Altanlagen vorzunehmen ist, wer dafür aufkommen muss und wer die Gewinner und die Verlierer der "Energiewende" sind.

Mouse over picture

Leistungs-Angebotsverlauf im Deutschen Stromnetz im März 2021  Quelle: Bundesnetzagentur   - https://www.smard.de/
 Die Darstellung zeigt die Stromerzeugung mit sogen. erneuerbaren Energien im März 2021. Die rote Linie zeigt den
 momentanen Energiebedarf an. Die weiße Fläche unter der roten Linie muss deshalb durch konventionelle Kraftwerke
oder Stromimporte "gefüllt" werden. Was wird passieren, wenn die grundlastfähigen Anlagen
(Kohle, Gas, Kernbrennstoffe) "vom Netz genommen" werden und Anbieter aus den Nachbarländern ebenfalls nicht in der Lage sind,
Deutschland mit Strom zu versorgen?

Das Institut für Wettbewerbsökonomik an der Uni Düsseldorf hat die Gesamtkosten der Energiewende bis 2025 berechnet.

Mit dem Ergebnis:

Bis zum Jahr 2025 müssen - nach Schätzungen von Instituten und Universitäten - etwa 520 Milliarden Euro aus Steuergeldern der Bürger für den Ausbau von so genannten erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen aufgewendet werden. Eine vierköpfige Familie zahlt so direkt und indirekt über 25.000 Euro für die Energiewende, deren Ausgang sehr ungewiss ist.


Jedes Jahr über 20 Milliarden Steuergelder für das EEG ohne jedweden Nutzen.

Deutschlands Stromversorgung ist "dank" Klimaschutz heute weltweit die teuerste, dafür aber auch bald die unsicherste.

Keine maßgebende Absenkung der deutschen CO2-Emissionen durch EEG und weitere Maßnahmen.

30.000 Windräder zerstören Landschaften, Flugtiere und die Gesundheit von Anrainern.

Kein vernünftiger Autofahrer, der rechnet, will ein Elektroauto (zudem weiß niemand, woher der Strom und die Elektrotankstellen für die politisch so dringend gewünschten  Hunderttausende von Elektroautos herkommen sollen).

Angesichts von Deutschlands 2% des globalen CO2-Ausstoßes sind deutsche CO2-Vermeidungsanstrengungen ein Witz, ihre Klimawirkung wäre selbst bei den schlimmsten Szenarien des IPCC verschwindend.

Die EU-Ökodesigngesetze erwürgen langsam aber sicher die deutsche energieintensive Industrie.

Quelle: https://www.eike-klima-energie.eu/2020/11/10/a-merkel-zum-klimaschutz-als-wachstumstreiber-chuzpe-oder-nur-schlechter-scherz/


Den Menschen in unserem Land ist weitestgehend unbekannt geblieben, dass die gefürchtete und verteufelte Kerntechnologie zur sauberen Energiegewinnung in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte in Richtung Sicherheit und Abfallvermeidung gemacht hat.

Kernkraftwerke der 4. Generation, die sich zur Zeit in der Entwicklungsphase befinden, verbrennen den Kernbrennstoff fast vollständig. Bisherige Kernkraftwerke nutzten den Brennstoff nur zu etwa zu 5 %. Der Rest landete entweder in Wiederaufbreitungsanlagen - schnelle Brüter - oder er wurde für eine Endlagerung konfektioniert.  Und das Besondere der neuen 4. Generation: der für die Endlagerung deklarierte Atommüll kann nun fast vollständig (ca.90%) als Brennstoff in den  DFR Reaktoren Verwendung finden.

Der bei den DFR- Reaktoren entstehende schwach radioaktive Abfall strahlt statt mit einer  Million Jahre nur noch mit einer Halbwertszeit von 300 Jahren und der Kernbrennstoff wird fast gänzlich zur Energieerzeugung genutzt. Damit wäre das Endlagerproblem  der in geringen Mengen anfallenden schwach radioaktiven Abfallprodukten gelöst.
Ein ein weiterer Vorzug dieses Reaktors ist sein inhärentes Verhalten bei auftretenden Störungen. Physikalisch bedingt schwindet bei zu groß werdender Hitze die Anzahl der schnellen Neutronen, die für die Spaltungsvorgänge verantwortlich sind. Der Reaktor schaltet selbsttätig ab. Die Naturgesetze sorgen - unabhängig von menschlichen Verhalten-  dafür, dass ein Super-GAU unmöglich wird
In Deutschland wird es - trotz Klimahysterie und CO2 Verteufelung - leider keinen Durchbruch für diese umweltschonende und saubere Energiegewinnung geben. Zu groß ist die seit Jahrzehnten von den Grünen dauerhaft geschürte latente Angst in den Köpfen vieler Bundesbürger vor dem ach so gefährlichen ATOM und seinen unsichtbaren Todesstrahlen.

https://dual-fluid-reaktor.de/technical/principle/

Bei der heutigen Energiepolitik, die eine Abschaltung der KKW´s bis 2022 vorsieht und deshalb Wissenschaftler und Ingenieure mit entsprechendem Knowhow unser Land verlassen ... ist nach der Auffassung vieler Fachleute zukünftig eine instabile Versorgung mit Elektroenergie zu erwarten. Und  auch deshalb, weil die mit fossilen Kraftstoffen betriebenen Fahrzeugmotore millionenfach durch batteriegespeiste Elektroantriebe ersetzt werden sollen.

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Never assume malice when stupidity suffice

„Es bleibt dabei, dass die Förderung erneuerbarer Energien einen durchschnittlichen Haushalt nur rund einen Euro im Monat kostet — so viel wie eine Kugel Eis.“
Zitat: J. Trittin

" Dann wenn der Energieverbrauch am höchsten in Deutschland ist, ungefähr mittags zwischen 11 und 12, verbrauchen wir ungefähr 80 Gigabyte. Wir produzieren aber ungefähr 140 Gigabyte. Das heißt, das anderthalb- fache dessen haben wir immer noch übrig, was wir brauchen."
Zitat: C. Özdemir

"Mit Atomenergie kann man im Winter nicht heizen."
Zitat: Claudia Roth

"An Tagen wie diesen, wo es grau ist, da haben wir natürlich viel weniger erneuerbare Energien. Deswegen haben wir Speicher. Deswegen fungiert das Netz als Speicher. Und das ist alles ausgerechnet. Ich habe irgendwie keine wirkliche Lust, mir gerade mit den politischen Akteuren, die das besser wissen, zu sagen, das kann nicht funktionieren.“

Deutschland hat Pro-Kopf-Emissionen von neun Gigatonnen pro Einwohner. Bangladesch, das ist zehnmal mehr als Bangladesch zum Beispiel.“

„Fragen wie Rohstoffe, Kobold, wo kommt das eigentlich her, wie kann das eigentlich recycelt werden? Da müssen wir natürlich Antworten geben, und da gibt es jetzt die ersten Batterien, die auf Kobold verzichten können.“

„Jede Batterie hat zwei Polen: Kathole und Synode“


"... die haben 75 Prozent oder sogar eine 2/3 Mehrheit"

Zitate: Annalena Baerbock

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...und zeugt das nicht von peinlichen Auslassungen dieser Politiker die sich - völlig unbewaffnet - auf das Schlachtfeld von Mathematik und Naturwissenschaften wagen?
 

"Wer schweigt, stimmt nicht immer zu. Er hat nur manchmal keine Lust, mit Idioten zu diskutieren."

"Zwei Dinge sind unendlich: Das Universum und die menschliche Dummheit. Aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher."

"Die Definition von Wahnsinn ist, immer wieder das Gleiche zu tun und andere Ergebnisse zu erwarten."
 

Zitate: Albert Einstein

 

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