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Watt

Die Physik hinter alledem

Das Watt ist die Einheit der Leistung, welche für Arbeit pro Zeiteinheit steht. Die Geschichte der Energiewirtschaft steht genau dafür: immer mehr Arbeit in immer weniger Zeit. Mehr Leistung.

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Unser Lebensraum umfaßt nur wenigen Metern auf der Erdoberfläche, durchflutete von energiereicher Strahlung einer 150 Milliarden Metern entfernten Sonne. Im Verhältnis zur Entfernung zu dieser Energiequelle ist unser Lebensraum eine extrem dünne Schicht auf einer ziemlich kleinen Kugel.

Fast die gesamte Jahrtausende alte Kulturgeschichte der Menschheit beruht auf der Nutzung des Sonnenlichtes über die in reichlich wachsenden Pflanzen gespeicherte Energie: Nahrung und Brennmaterial. Sehr spät erst begannen die Menschen das Sonnenlicht direkter zu nutzen: mit Windmühlen und Wasserkraft konnte der solare Energiestrom dauerhaft und mit viel höhere Ertrag als über Brennholz genutzt werden.

Und ja, das Leben ist nicht als Energiequelle entstanden, sondern als bester Nutzer der Sonnenenergie. Erst jüngst brachten Menschen es fertig, große Teile der Schöpfung zu Biomasse zu erniedrigen.

Doch bevor es zu dieser Entgleisung kam, erfand James Watt die Dampfmaschine. Die Bedeutung dieser erst einen geschichtlichen Augenblick entfernten Erfindung für unser heutiges von nie dagewesenem Energiehunger geprägtes Dasein zeigt sich in einer einfachen Tatsache: die Maßeinheit der Energie nennen wir Watt.

Ein Watt ist gerade soviel, wie eine kleine Kerze oder eine starke Leuchtdiode braucht. Die menschliche Leistungsfähigkeit ist ebenso überschaubar – schon bei einhundert Watt kommt man ins Schwitzen. Die gebräuchlichste Einheit der Energie, die Kilowattstunde, bedeutet aber nichts anderes, als eine Stunde lang eintausend Watt zu leisten. Das schafft nur ein besonders starkes Pferd.

Deutschland benötigt heute etwa 3,6 PWh Energie jährlich. Pro Kopf sind das rund 45.000 Kilowattstunden oder ca. 5 Kilowattstunden jede Stunde. Für jeden Bürger sind also 7 Pferde rund um die Uhr im Dauereinsatz. Die entsprechende Energiemenge entspricht dem Energiegehalt von 4.500 Liter Heizöl pro Jahr oder ½ Liter stündlich… und das meiste davon geht als Abwärme aus Kühltürmen, Auspuffen und schlecht gedämmten Räumen verloren.

Aber der bahnbrechende Erfolg der Dampfmaschine beruhte gewiss nicht darauf, daß sie über 90% der eingesetzten Energie als Abwärme verschwendete. Nein, die Grundlage ihres Erfolges war die Nutzbarmachung der in fossilen Ablagerungen gespeicherter Sonnenenergie: der billig zu gewinnenden und reichlich vorhandenen Kohle.

Daß unser menschliches Leben darauf beruht, daß das überreichlich in der Gashülle der Erde vorhandene Kohlendioxid in unterirdischen Ablagerungen als Kohle, Öl und Gas gespeichert wurde, war damals niemandem bewusst. Aus diesem Grund begann der Weg unserer Selbstverbrennung wie ihn Hans Joachim Schellnhuber in seinem gleichnamigen Buch bezeichnete mit erheblicher Begeisterung.

Diese Begeisterung nahm im Lauf der Jahre mit jeder den Nutzungsgrad dieser Selbstverbrennung steigernden Erfindung stetig zu: Ottomotor, Dieselmotor, Dampfturbine, Gasturbine – um nur die erfolgreichen davon zu nennen.

Als vor etwa einhundert Jahren die Erkenntnis wuchs, daß dieser Weg der Selbstverbrennung ein natürliches Ende haben wird, begannen die Ingenieure sich wieder mit Windenergie zu befassen. Die ersten stromerzeugenden Windkraftanlagen entstanden, Akkumulatoren dienten bereits um 1900 als Speicher.

Diese kurze Phase von Nachhaltigkeit wurde durch die Entdeckung Kernspaltung und kurz darauf der Kernfusion jäh unterbrochen. Plötzlich schienen undendliche Energiemengen zu Verfügung zu stehen. Dabei war den Physikern früh klar, daß die Kernspaltung der sehr begrenzten Ressource Uran nur ein Auftakt sein konnte für die herrliche Symphonie der Kernfusion – der gewaltige Energien freisetzenden Verschmelzung der überaus reichlich vorhandenen Wasserstoffkerne, die Sonne auf Erden.

Der Umgang mit dem strahlenden Material war anfangs aus heutiger Sicht haarsträubend: jahrelanger direkter Kontakt mit Uran war für die ersten Wissenschafter Alltag. Marie Curie wurde so zur ersten berühmten Opfer der Strahlenkrankheit.

Doch der Leichtsinn nahm weiter zu. Die hoch radioaktiven Spaltprodukte der Anfangszeit der Kernspaltung wurden in die Weltmeere verbracht oder einfach unter freiem Himmel gelagert. Es sollte ja alles für kurze Zeit nur sein, für die kurzen 50 Jahre bis zur Serienreife der Kernfusion.

Nun, diese 50 Jahre dauern an und sind bis heute kein Jahr kürzer geworden, weswegen böse Zungen diese Zeitspanne als Naturkonstante der Kernfusion bezeichnen.

Offensichtlich ist aber, daß es keine 50 Jahre mehr dauern darf, bis die Freisetzung von Kohlendioxid beendet werden muss. Dies ist nur mir Windkraft und Solarenergie zu schaffen, mit speicherbaren Energieträgern und mit Hilfe von Brennstoffzellen, welche diese Energieträger mit hohem Wirkungsgrad nutzen. Die bisher so beliebten Verbrennungsmaschinen (Dieselmotor, Ottomotor und Turbine), deren Wirkungsgrad naturgemäß weniger als die Hälfte von Brennstoffzellen erreicht, haben in einer Welt aus erneuerbarern Energien keinen Platz.