Dezentrale Energieerzeugungsanlagen?

Frage: Welche Aufgaben hat der Netzbetreiber eines Verteilnetzes bei einspeisenden dezentralen Energieerzeugungsanlagen? Von: Thomas V.

Antwort: Der Netzbetreiber hat unter anderem die Aufgabe, die Höhe der Spannung eines Netzes innerhalb der Grenzen der verträglichen Toleranz zu halten. Das ist wichtig, weil sonst z.B. an das Netz angeschlossene Geräte nicht mehr richtig funktionieren können. Umgekehrt haben alle an das Netz angeschlossenen Geräte und Anlagen, also auch dezentrale regenerative Erzeugeranlagen, eine Auswirkung auf das Netz und die Spannung im Netz. Diese Auswirkungen bezeichnet man als „Netzrückwirkungen“, und sie sind umso größer, je größer der angeschlossene Verbraucher oder Erzeuger ist. Sind sehr viele oder große Lasten angeschlossen, sinkt z.B. die Spannung. Sind sehr viele oder große Erzeugeranlagen angeschlossen und speisen in das Netz ein, dann steigt die Spannung. Damit die Spannung innerhalb der Grenzen bleibt, die für alle an das Verteilnetz angeschlossenen Geräte verträglich sind, ist deshalb in den so genannten Technischen und Organisatorischen Regeln für Betreiber und Benutzer von Netzen (TOR) festgelegt, welche Untersuchungen, Genehmigungen und Maßnahmen in Abhängigkeit von der Größe der anzuschließenden Anlagen notwendig sind.

Beantwortet von Univ.Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Gawlik, Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe an der TU Wien.

Blitzeinschlag im Wasser?

Frage: Was passiert wenn ein Blitz ins Wasser einschlägt mit den Fischen, leben sie oder sterben sie? Von: Aleyna D.


Antwort: Bei einem Blitzschlag ins Wasser hängt es von vielen Faktoren ab, ob die Fische überleben oder nicht:

- Wie stromstark ist der Blitz,
- wie weit sind die Fische vom Blitzeinschlagspunkt entfernt, und vor allem
- in welcher Richtung stehen die Fische zum Blitzeinschlagspunkt: radial oder tangential (siehe Skizze)


 

Zur Erklärung:

Der Blitz ist eine Stromquelle und der Blitzstrom verteilt sich bei einem Einschlag im Wasser wie auch am Boden radial. Jedes Lebewesen ist dann einer Spannung ausgesetzt. Steht der Fisch radial zum Einschlagspunkt, ist der Spannungsabfall am Fisch größer als wenn er tangential zum Blitz steht, und er hat dann weniger Überlebenschancen. Die Spannung, die auf den Fisch einwirkt, ist natürlich auch größer, je näher der Fisch sich zum Blitzeinschlagspunkt befindet bzw. je größer die Blitzstromstärke ist.

Beantwortet von Dr. Wolfgang Schulz, Wissenschaftler bei der österreichischen Blitzforschungsstelle ALDIS (Austrian Lightning Detection and Information System).

Gravitationskraft eines Asteroid?

Frage: Wie berechnet man die Gravitationskraft, mit der der Asteroid 2005YU55 einen Menschen von 50 kg anziehen würde? Von: U.

Antwort: Jeder Körper und somit auch der genannte Asteroid 2005YU55 hat eine bestimmte Masse und somit ein Gravitationsfeld (wie wohl dieses aufgrund seiner geringen Größe sehr klein ist). Und die Anziehung, die er auf einen Körper auswirkt, nimmt bekanntlich mit dem Quadrat des Abstandes zwischen Köper und Asteroid ab.

Unter der Annahme, dass der Asteroid aus einer Mixtur von Eis und Gestein besteht und beispielsweise eine Massendichte von 1500 kg/m³ sowie einen mittleren Radius von 200 m besitzt, beträgt seine Masse M etwa 5*10¹⁰ kg. Nehmen wir weiters an, dass seine Entfernung  r  von der Erde zum Zeitpunkt seiner maximalen Annäherung 325 000 km betraegt, so errechnet sich seine Schwerebeschleunigung auf einen (beliebigen) Körper an der Erdoberfläche mit f = G*M / r² = 3*10^-13 ms^-2 und somit etwa das 3*10^-14 fache der Erdbeschleunigung. (G  steht hier für die Gravitationskonstante; G = 6,67*10^-11 m³kg^-1s^-2.) Die Kraft, welche der Asteroid auf einen Körper (an der Erdoberflache) mit der Masse von 50 kg ausübt, beträgt somit zum Zeitpunkt seiner größten Annäherung an die Erde etwa 1,5*10^-11 Newton.

Beantwortet von Prof. Hans Sünkel, Rektor der TU Graz 2003 - 2011 und Forscher am Institut für Theoretische Geodäsie und Satellitengeodäsie der TU Graz.

Intensität einer Blaulichtleuchte?

Frage: Habe folgendes Problem: eine "Blaulichtleuchte" hat laut technische Daten 300 Mikrowatt/cm2 bei 50 cm. Wie kann ich den "Lux-Wert" daraus berechnen. Ich habe bisher leider nichts brauchbares gefunden. Von: Konstantin


Antwort: Die Umrechnung der Intensität soll von der absoluten Einheit W/cm2 in die wahrnehmungsabhängige Einheit Lux (lx) stattfinden. Das Lux ist definiert als Lumen pro Quadratmeter (lm/m2). Das Verhältnis von Lumen zu Watt ist wellenlängenabhängig und für das Detektionsmaximum des Auges definiert. Dieses ist für Licht der Wellenlänge von 555 nm am empfindlichsten; für diesen Wert gilt der Umrechnungsfaktor 1 lm = 1,464 mW. Die Empfindlichkeit des Auges nimmt für größere und kleinere Wellenlängen ab, sodass sie für blaues Licht (Wellenlänge 475 nm) nur noch ein Zehntel beträgt. Dies ist als die spektrale Empfindlichkeit des Auges definiert. Das heißt, dass bei gleicher Beleuchtungsstärke eine grüne Lampe mehr Lux hat als eine blaue. Als Anleitung für die Rechnung kann man schreiben: Rechne die absolute Leistung in W in den wellenlängenabhängigen Lichtstrom der Einheit lm um, ebenso cm2 in m2. Zuletzt musst Du noch den die Wahrnehmung von blauem Licht gegenüber grünem berücksichtigen. Für dein Beispiel kommt dabei eine Beleuchtungsstärke von ca. 0.28 lx heraus.

Beantwortet von Dipl.-Phys. Alexander Alexewicz, Assistent für Leistungselektronik an der TU Wien.

Wie viele m² Solarzellen decken den menschlichen Energiebedarf?

Frage: Wie viele m² Solarzellen werden benötigt um den jährlichen Energiebedarf der Menschheit (des Planeten Erde) abzudecken? Eine Antwort in m² wäre super! Zusatzaufgabe: Wieviel Prozent von der Erdoberfläche sind das bzw. wieviele Erdoberflächen werden dazu benötigt? Hinweis: Ich habe das bereits selber ausgerechnet, allerdings kann ich das Ergebnis nicht glauben, daher bitte ich darum ob es jemand nachrechnen kann! Danke!
Weiters bitte ich um folgende Eckdaten (damit ich vergleichen kann):
1.) Angenommener Energieverbrauch aller Menschen des Planeten Erde für ein Jahr – in (Exa)Joule = ? (Ich habe den Energieverbrauch des Planeten Erde im Internet für das Jahr 2009 gefunden und verwendet…).
2.) Wieviele Joule/MegaJoule produziert eine Photovoltaik/Solarzellen-Anlage pro m2 pro Jahr = ? (Habe irgendeine Solaranlage in Deutschland genommen).
3.) Wie groß ist die Erdoberfläche in m2 = ? Von: Wilhelm

Antwort:

1. Der momentane Energiebedarf der Menschelt beträgt etwa 500 EJ pro Jahr. Diese Zahl bezieht sich auf Primärenergie, z.B. Kohle, Rohöl, Erdgas, Wasserkraft,
2. Biomasse und Kernenergie. Nach Umwandlung bleiben etwa 350 EJ pro Jahr übrig in verschiedenen Formen von Sekundärenergie, wie etwa Elektrizität, Treibstoffe, Wärme, etc., davon entfallen ca. 20% auf die Elektrizität.
3. Eine Fläche von 300 x 300 Km würde in sonnigen Gebieten wie der Sahara ausreichen, um den weltweiten Elektrizitätsbedarf zu decken. Die Fläche, um den gesamten Energiebedarf zu decken würde in etwa 900 x 900 Km entsprechen. In mittleren Breitengraden wie beispielsweise Zentraleuropa währe der Flächenbedarf mehr als zwei mal Größer, dort beträgt die Einstrahlung pro Jahr etwa 4GJ pro m2. Wieviel sich davon in Nutzenergie umwandeln lässt, hängt zudem vom Wirkungsgrad der Anlage ab.
4. Die Sonneneinstrahlung, welche auf die Erde trifft ist etwa 10000 mal Größer als der Primärenergiebedarf.  

Beantwortet von Univ.-Prof. Nebojsa Nakicenovic, Professor für Energiewirtschaft an der TU Wien.

Wasserstoffprotonen mit Magnetresonanz anregen?

Frage: Liebe/r Wissenschaftler/in! Kann ein Magnetresonanzgerät, das bei 2,3 mT Feldstärke mit einer Frequenz von 85 KHz arbeitet, Wasserstoffprotonen anregen? Bei dieser Feldstärke und Frequenz ergibt sich doch ein Faktor von 36,96 statt des für Wasserstoff nötigen 42,58. Von: Margot

Antwort:Als direkte Antwort auf die Frage: "Nein - es geht nicht".

Das beschrieben Gerät hat eine ungewöhnlich kleine Feldstärke mit 2.3 mT (eigentlich magnetische Flussdichte, die Einheit der magn. Feldstärke ist Ampere/Meter). Für Wasserstoffprotonen würde sich mit der Formel Resonanzfrequenz = gyromagnetische Konstante * magnetischer Flußdichte ein Wert von ungefähr 100kHz ergeben (2.3 mT * 42.576 Mhz/T = 97.92 kHz).

Geräte mit eine magnetischen Flußdichte von 2.3 T war früher gebräuchlich, sogenannte 100 Mhz Geräte. Es hat auch Systeme mit einer Resonanzfrequenz von 85 Mhz, diese hatten eine Flußdichte von ca. 2 T. In der Spektroskopie werden heute normalerweise Geräte mit viel höheren Flussdichten verwendet, die indirekt über die Resonanzfrequenz der Wasserstoffprotonen (typisch: 400 bis 700 MHz) spezifiziert werden.

In der medizinischen Bildgebung wird üblicherweise die Flussdichte des Magneten zur Charakterisierung verwendet. Im klinischen Bereich werden Flussdichten von 0.35 T bis 3 T verwendet. In der Forschung gibt es auch Ganzkörpergeräte mit 7 und mehr Tesla.

Beantwortet von Univ.-Prof. Rudolf Stollberger, Professor für Medizintechnik an der TU Graz.

Wie misst man Gravitationswellen?

Frage: Wie kann man Gravitationswellen messen? Es gibt das Projekt LISA-Pathfinder bei dem man mit Laserinterferrometrie Gravitationswellen messen will. Wenn jetzt aber die Gravitationswellen selber den Raum krümmen so sollten doch auch die Abstände zwischen den einzelnen Raum-Sonden mit verändert werden. Somit müsste wiederum nichts mit den Lasernabstandsmessern dedektiert werden! Von: Lars


Antwort: Die Frage trifft den Kern der Allgemeinen Relativitätstheorie. Diese beschreibt Gravitation nicht mehr als Kraft zwischen massiven Objekten sondern als geometrische Eigenschaft des Raums und der Zeit (der sogenannten Raumzeit) Anziehung kommt dadurch zustande dass die Objekte unter Einfluss der Gravitation die geradest-möglichen Bahnen in einer gekrümmten Geometrie durchlaufen.

Ein anschauliches Beispiel: Auf der Oberfläche der Kugel sind diese Bahnen zB. Meridiane. Startet man vom Äquator entlang zweier unterschiedlicher Meridiane in Richtung nach in die Nordhalbkugel so schneiden sich die beiden im Nordpol. Dies ist aber keine Folge von "Anziehung" sondern eine Eigenschaft der gekrümmten Geometrie der Kugeloberfläche.

Die Gravitationswelle ist eine lokale Verzerrung der Raumzeit. Im Allgemeinen bewegen sich Objekte unter Einfluss der Gravitation auf geradest-möglichen Bahnen. Im einfachsten Fall des flachen Raumes sind diese Bahnen Geraden, welche zB. parallel zueinander sind. Die Gravitationswelle erzeugt eine Änderung dieser Geometrie die eine Relativbeschleunigung (Beschleunigung zueinander) ergibt. Nach dem Durchlauf der Welle ist der Raum in guter Nährung wieder flach aber die urprünglich parallelen Bahnen bewegen sich nun relativ zueinander und damit ist der Effekt messbar.

Beantwortet  von Dr. Herbert Balasin, Forscher und Dozent am Institut für Theoretische Physik an der TU Wien.

Anmerkung:
Eine ähnliches Problem tritt bei der Farge nach der Messbarkeit der kosmischen Expansion auf. Da ja auch Maßstäbe expandieren sollte dieser Effekt ebenfalls unmessbar sein. Hier lautet die Antwort, dass der Raum nur auf "grossen" Skalen expandiert. D.h. das Modell beschreibt das Universum auf Skalen welche die Körnigkeit die durch Galaxienhaufen auftreten würde nicht wahrnimmt.
Hier ist vielleicht das Beispiel von Wasser nützlich, denn auf Alltagsskalen sieht es ganz gleichmäßig aus. Geht man jedoch zu atomaren Skalen so wird die Körnigkeit, dh. die schnelle Bewegung der Wassermoleküle sichtbar welche das Wasser alles andere als gleichförmig erscheinen lässt.
Was das Universum anlangt so gibt es "gebundene" Strukturen welche an der Expansion nicht teilnehmen (wie zum Beispiel das Sonnensystem). Allerdings expandiert der Raum zwischen den Strukturen und damit lässt sich die Expansion messen.

Fusion zur Energieerzeugung?

Frage: Was in Japan mit den AKWs jetzt passiert ist furchtbar. Ich habe gelesen, dass die Kernfusion viele Vorteile gegenüber der Spaltung hat. Stimmt das, und was sind die Vorteile. Wenn das stimmt, warum wird über die Fusion zur Energieerzeugung fast nie gesprochen und Geld zur schnelleren Entwicklung investiert?. Ich weiß, dass es den Iter geben wird. Warum dauert das alles immer länger. Ich weiß, das sind einige Fragen, aber bitte beantworten.
von: Gerhard am 15.03.2011

Antwort: Der Vorteil der Kernfusion ist, dass viel mehr Energie als bei einer Kernspaltung freigesetzt wird. Diese Kurve (link) beschreibt die Bindungsenergie von Atomkernen. Wie man sieht ist die Kurve auf der linken Seite viel steiler als auf der rechten Seite. Es wird daher bei einer Kernfusion ein
Vielfaches an Energie frei. Ein weiterer Vorteil ist das Wegbleiben radioaktiven Abfalls.
Da sich Wasserstoffkerne aber auf Grund der gleichen Ladung sehr stark
abstoßen ist eine sehr hohe kinetische Energie (=hohe Temperatur, Geschwindigkeit) notwendig um sie nahe genug aneinander zu bringen. Man muss die elektrische Abstoßung überwinden um in den Bereich der starken Wechselwirkung (Kernkräfte) vordringen zu können.
Das heißt es muss sehr viel Energie aufgewendet werden um überhaupt eine Kernfusion zu erreichen. Bis jetzt konnten solche Reaktion nur in Anlagen erreicht werden die einen negativen Wirkungsgrad hatten.
Der ITER wäre die erste Anlage, die mehr Energie produziert als sie benötigt. Auf Grund der enorm hohen Kosten für diesen Komplex ist es momentan sehr schwierig die notwendigen finanziellen Mittel aufzutreiben.
Die europäische Atomgemeinschaft EURATOM (das österreichische Volksbegehren zum Austritt fand im März 2011 statt) fördert übrigens mit dem Großteil ihrer Gelder (mehr als 2000 Mio. EUR) die Fusionsforschung rund um ITER.

Beantwortet von Tobias Kulenkampff und Markus Salletmaier, Forscher am Atominstitut der TU Wien.

PS-abhängiger Treibstoffverbrauch?

Frage: Hallo, ich habe eine Frage zum Treibstoffverbrauch von Autos. Ich vergleiche 2 identische Fahrzeuge mit unterschiedlichen Motoren, konkret 2,0l TDI 140PS, 320Nm und 3,0l TDI 240PS, 500Nm . Fahrverhalten bzw. Strecken sind gleich. Dabei ist mir oft aufgefallen, dass das 240PS Auto einen geringeren Dieselverbrauch hat. Kann das auf das höhere Drehmoment zurückzuführen sein. Ich muss nicht "so viel Gas geben" bzw. auch auf eine längere Übersetzung der Gänge. Meine Frage: verbrauche ich in diesem Fall aufgrund der mehr PS und höherem Drehmoment weniger? Danke!

Antwort: Der Kraftstoffverbrauch eines PKW hängt von vielen Faktoren ab, einerseits von Fahrzeugparametern (z.B. Fahrzeugmasse, Luftwiderstand, Reifen etc.), andererseits von der Auslegung des Antriebsstrangs (z.B. Getriebeauswahl, Getriebeabstufung, Motor, Regelungsvarianten) und schließlich auch davon, wie das Fahrzeug betrieben wird (z.B. Fahrstrecke, FahrerInneneigenschaften, Umweltbedingungen).
Angenommen zwei Fahrzeuge weisen identische Fahrzeugparameter auf und werden auch unter gleichen Bedingungen betrieben, dann hängt der Kraftstoffverbrauch nur mehr vom Antriebsstrang ab. Das Getriebe bildet dann die erforderlichen Fahrzeugkräfte auf ein zweidimensionales Drehzahl-Drehmoment-Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine ab. Nehmen wir an, dass auch die Getriebe der beiden betrachteten PKW gleich sind. Nun ist es so, dass der Wirkungsgrad des Motors stark vom Betriebspunkt abhängt. Es ist nicht möglich, hier pauschale Aussagen zu geben, aber bei turboaufgeladenen PKW-Dieselmotoren liegt das Maximum des Wirkungsgrads tendenziell im Drehzahlbereich um 2000U/min knapp unter der Volllast und nimmt mit dem Abstand zu diesem Bestpunkt im Motorkennfeld kontinuierlich ab. Es kann sein, dass für das gegebene Fahrprofil der große Motor oft in der Nähe des Wirkungsgradmaximums läuft, der kleinere Motor hingegen in einem niedrigeren Gang betrieben werden muss um die Leistungsanforderung zu erfüllen, d.h. auch bei schlechterem Wirkungsgrad. Schließlich kann sich insbesondere für Fahrprofile mit hohen Leistungsanforderungen an den kleinen Motor und „mittleren“ Anforderungen an den großen Motor ein besserer Durchschnittsverbrauch für die stärkere Motorisierung ergeben. Offensichtlich ist der Einfluss unterschiedlicher Getriebeabstufung (z.B.: Welche Getriebeabstufung bewirkt für das Fahrprofil eine möglichst hohe Dauer nahe dem Bestpunkt?) und wohlgemerkt auch der technologische Stand des Motors.
Meist ist es in der Praxis jedoch umgekehrt – Bei konstanter Fahrgeschwindigkeit auf der Freilandstraße z.B. benötigt ein Fahrzeug nur etwa 10-15kW Antriebsleistung. Dies bedeutet einen Motorbetriebspunkt mit weit niedrigerer Leistung als jene im Punkt maximalen Wirkungsgrads, jedoch relativ betrachtet liegt der Motor mit 103kW (140PS) Maximalleistung näher an diesem Punkt als jener mit 176kW (240PS).
Weiteres trifft die zuvor getroffene Annahme gleicher Fahrzeugparameter kaum zu (z.B. hat das gleiche Fahrzeug mit zwei verschiedenen Motorisierungen typischerweise eine unterschiedliche Masse), und einen besonderen Unsicherheitsfaktor für den Vergleich stellt das variierende Fahrverhalten der Benutzerin / des Benutzers dar.

Beantwortet von Dr. Daniel Alberer, Institute for Design and Control of Mechatronical Systems an der JKU Linz.

Pellets vs. fossile Brennstoffe?

Frage: Hackschnitzel oder Pellets sind gut für unser Klima, weil sie angeblich CO2 neutral sind bei der Verbrennung. Ich weiß, der Baum hat das CO2 in seinem Leben aufgenommen, beim Verbrennen wird es wieder frei. Eines verstehe ich nicht: fossile Brennstoffe (Erdöl, etc.) besteht auch aus organischen Stoffen (z.B.: alte Bäume, etc.) Warum ist das nicht auch CO2 neutral?? Das kann mir niemand erklären.

Antwort: Es stimmt, dass Erdöl auch aus diesen Stoffen besteht, dieses CO2 aber vor langer Zeit im Erdinneren gespeichert wurde und so erst Leben auf der Erde entstehen konnte. Werden diese fossilen Brennstoffe nach oben geholt und verbrannt, so wird somit zusätzliches CO2 freigesetzt. Im Gegensatz wandeln Bäume an der Erdoberfläche das CO2 in Sauerstoff um und dies ist im Vergleich somit immer ein Kreislauf.

Beantwortet von DI Wilfried Freytag, Spezialberater für Milchviehbetriebe, Landwirtschaftskammer Steiermark, Absolvent der BOKU Wien.

Sichtbares Infrarotlicht?

Frage: Ich habe einen Muskelkater und sitze jetzt vor einer Infrarotlampe. In der Schule haben wir gelernt, dass man Infrarot nicht sehen kann (Wellenlänge über 720nm). Warum kann ich das Licht der IR-Lampe doch sehr hell sehen (und es wärmt trotzdem)?

Antwort: Eine Infrarotlampe (auch Wärmelampe genannt) ist eigentlich eine ganz normale Glühlampe. Das Farbspektrum einer Glühlampe erstreckt sich über den sichtbaren Bereich (380-780 nm) und geht sogar darüber hinaus, in den sogenannten Infrarotbereich (ab 780 nm). Tatsächlich hat die Lampe ihre stärkste Lichtleistung in diesem Bereich (ca. 1000 nm), nur ist dieser für das menschliche Auge nicht sichtbar. Obwohl nicht sichtbar, dringt die Infrarotstrahlung besser in die Haut ein (ca. 4-5 mm) und führt dort zu einer Erwärmung, was zu wir als angenehm und entspannend empfinden. Da aber die "normale" Glühlampe stark blendet, wird das sichtbare Licht mit einem roten Farbfilter entfernt (das bedeutet es kommt aus der Lampe nicht raus).
In der Herstellung wird  dieser vorwiegend an der Innenseite der Lampe angebracht und das ausgesandte Licht hat nur noch einen kleinen Rest an einer angenehmen roten Farbe. Die Infrarotstrahlung wird aber ungehindert durchgelassen.

Beantwortet von Dr. Elvis Mujagic, Universitätsassistent am Institut für Festkörperelektronik an der TU Wien.

Wird es in den nächsten Jahren noch normale Handys geben?

Frage: Smartphones kommen immer mehr in Mode. Durch die zusätzlichen Funktionen werden die Handynetze immer stärker aus (über)lastet. Welche technischen Möglichkeiten gibt es hier. Wird alles wieder teurer werden. Wird es in 5 (10) Jahren noch normale Handys (telefonieren, SMS) geben (können)?

Antwort: Sowohl die Netzbetreiber als auch Handy-Hersteller achten sehr genau darauf welche Services (also z.B.: SMS, Sprachtelefonie, Datendienste,…) bei den Kunden gefragt sind. Es wird also SMS und Telefonie auch in den nächsten Jahren (Jahrzehnten?) wie gewohnt geben. Wie du in deiner Frage schon festgestellt hast, kommt es durch Smartphones zur höheren Belastung der Netze – vor allem durch Datentransfers. Die Netzbetreiber müssen also in die Netzinfrastruktur investieren um diesem Bedarf gerecht zu werden. Dies geschieht entweder durch Aufrüsten der bestehender Netze (Stichwort: HSPA, HSPA+,…) oder Einführung der neuen Mobilfunkgeneration, genannt LTE (Long Term Evolution).
Glücklicherweise wurde speziell die neue Mobilfunkgeneration für Datenverkehr optimiert und erlaubt es daher die Kosten für die Endkunden - trotz steigender Datentransfers - niedrig zu halten.

Beantwortet von DI Manfred Bürger, Absolvent des Instituts für Nachrichtentechnik und Hochfrequenztechnik an der TU Wien.

CO2 und Atomkraftwerke?

Frage: Kyoto, Kopenhagen Cancun: CO2 soll eingespart werden. Wir brauchen immer mehr Energie. Die EU und andere Staaten sehen hier die Vorteile der Atomkraftwerke. Was ist Ihre Meinung dazu?
von: Maria D. am 02.01.2011

Antwort: Atomkraft ist CO2 neutral in der Verwendung. Nachhaltig und somit ist es nicht die richtige Wahl zur Energieversorgung der Zukunft, da erstens der Abbau und die Aufbereitung von Uran immer aufwendiger werden (wodurch indirekt CO2 anfällt) und die Lagerung der Abfallprodukte ein riesiges Problem darstellt. Weiters muss bedacht werden, dass die Kosten von Atomstrom nur deshalb so gering sind, weil die Entsorgungskosten für den radioaktiven Müll nicht berücksichtigt werden, da sie nicht bekannt sind (es gibt ja noch keine Endlösung zur Lagerung).

Beantwortet von DI Nanna Nora Sagbauer, Projektassistentin am Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft an der TU Wien.

Brennstoffzellen für Windkraftanlagen?

Frage: Hallo, warum werden Brennstoffzellen in den Windkraftanlagen nicht verwendet?

Antwort: Aus wirtschaftlicher Sicht macht es heutzutage für einen Betreiber einer Windenergieanlage keinen Sinn, über Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen, da er für seine Erzeugung einen geförderten Einspeisetarif bekommt. Wird jedoch in Zukunft der Anteil der Windenergie (z.B. Offshore in der Nordsee) stark ansteigen, dann wird der Bedarf an Speichern gleichfalls größer. Dann kommt auch der Erzeugung von Wasserstoff in Brennstoffzellen, der nachträglichen Speicherung und wieder Umwandlung in Strom größere Bedeutung zu. Aktuelles Forschungsthema: Erzeugung von Erdgas aus Wasserstoff, da es weniger flüchtig und Übertragungsnetz schon vorhanden ist.
Noch ein Link bezüglich Windkraft: http://www.igwindkraft.at/redsystem/mmedia/2010.06.02/1275492987.pdf

Beantwortet von Dipl.-Ing. Markus Litzlbauer, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft an der TU Wien.

Elektroautos als Klimaretter?

Frage: Elektroautos werden derzeit immer mehr von den Politikern als die Superklimaretter angesehen. Woher soll die Energie kommen, PV und Windkraft wird wohl zuwenig sein. Der Transport der Energie ist auch ein Thema (keine neuen HV-Leitungen): Wie soll's also funktionieren??
von: Hans Peter am 02.01.2011

Antwort: Auf Grund des hohen Wirkungsgrades des elektrischen Antriebes und der Tatsache, dass BEV (battery electric vehicles = rein elektrische Fahrzeuge) beim Fahren keine CO2-Emissionen verursachen, sind Elektrofahrzeuge zum Erreichen der Klimaziele von großer Relevanz und können von der Politik medienwirksam sehr gut eingesetzt werden. Wichtig in diesem Zusammenhang ist jedoch, woher der Strom kommt. Würde man Kohlekraftwerke zur Deckung des Energiebedarfs nutzen, wären die positiven Effekte des Elektrofahrzeuges wieder zu Nichte gemacht. Deshalb ist es von großer Bedeutung regenerative Energieressourcen (wie Windenergie, Photovoltaik, Wasserkraft, etc.) dafür einzusetzen. Energetisch betrachtet benötigen 200.000 BEV nur rund 1% des derzeitigen österreichischen Endenergieverbrauchs (Im Vergleich: Die österreichischen WEA erzeugen aktuell etwa 3% des Strombedarfs). Das Potential die Mobilität elektrisch und regenerativ zur Verfügung zu stellen ist somit auf alle Fälle vorhanden. Bezüglich des Transports der elektrischen Energie: Betrachtet man nur die Elektromobilität, kann mit einer Steuerung der Ladevorgänge (z.B. Verschiebung in die Nachtsenke) das Stromnetz geschont  und somit ein Ausbau weitgehend verhindert werden. In diesem Zusammenhang spielt auch das Thema „Vehicle to Grid“ eine Rolle, bei dem die Batterie des BEV in Spitzenlastzeiten zum Teil entladen wird um das Stromnetz zu (unter)stützen.

Beantwortet von DI Markus Litzlbauer, Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe an der TU Wien.

Werden Elektronen aus Quarks gebildet?

Frage: Ich habe schon oft von Quarks gelesen. Die Protonen und Neutronen werden mit den Quarks gebildet. Warum nicht die Elektronen? In der Schule kann mir keiner wirklich erklären, wie ich mir diese Quarks vorstellen kann. Auch mein Physiklehrer nicht so richtig. Teilchen sind sie nicht; Energie? Wie kann ich sie mir besser vorstellen?
von: Karl am 16.01.2011

Antwort: Neutronen und Protonen sind die Bestandteile der Atomkerne und werden auch als Nukleonen bezeichnet. Auf Grund ihrer hohen Masse gehören sie zur Teilchenfamilie der Baryonen (griechisch: barys, schwer). Das Elektron wird auf Grund seiner geringen Masse der Teilchenfamilie der Leptonen zugeordnet (griechisch: leptos, dünn, klein). Das Elektron ist 1836-mal leichter als das Proton.

Durch die Streuung von hochenergetischen Elektronen an Protonen und Neutronen konnte gezeigt werden, dass diese eine innere Struktur besitzen. So konnte etwa eine räumlich ausgedehnte Ladungsverteilung nachgewiesen werden. Elektronen zeigen in Experimenten hingegen keine innere Struktur.

Die Theorie der Quarks wurde in den 1960er Jahren entwickelt. Nach dieser Theorie bestehen Baryonen (Protonen, Neutronen, ...) aus drei Quarks. Das Elektron besteht nicht aus Quarks, sondern ist selbst ein Elementarteilchen. Durch Streu-Experimente wurden in Protonen und Neutronen drei Streuzentren nachgewiesen, und so der innere Aufbau durch drei Quarks experimentell bestätigt.

Quarks verhalten sich ähnlich wie Elektronen als Punktladungen, jedoch tragen sie entweder -1/3 oder +2/3 der Ladung des Elektrons. Zwischen Quarks wirkt eine Anziehungskraft, die mit dem Abstand zunimmt (beachte, dass jede andere bekannte Anziehungskraft mit der Entfernung abnimmt). Wegen dieses Abstandsgesetzes ist es nicht möglich, Quarks als freie Teilchen zu beobachten.

Beantwortet von Prof. Hans Kosina, Professor am Institut für Mikroelektronik an der TU Wien.

"Ask a scientist" nun im Blog-Format und feedable

Hurra

"Ask a Scientist" ist nun im Blogformat programmiert und damit von jeder Suchmaschine aus zu finden.

Genial!

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