Professor Volker Quaschning: Wunderspeicher und Wunderverfahren

NDR-Info hat eine siebenminütige Sendung zum Thema Verkehrswende. Gezeigt wird eine Akkufabrik in Schleswig-Holstein und ein Unternehmen, das einen innovativen E-Transporter zeigt, der in sehr kurzer Zeit zu vielen Varianten umgebaut werden kann. Ein Interview mit Professor Quaschning, ebenfalls zu sehen, ist sehr aufschlussreich. Wegen der leider kurzen Verweildauer in der ARD-Mediathek haben wir es hier in Teilen transkribiert (kursiv) und kommentiert (Normalschrift).


(Abbildung: Screenshot ARD-Mediathek)

Frage: Was sollen die Menschen machen, die kein eigenes Haus haben, wo sie einen Lade-Anschluss legen könnten.

Antwort: Momentan passt ja die Zahl der Ladesäulen (Hoppla, am Anfang des Interviews hieß es noch, es müssen sehr schnell sehr viel mehr Elektroautos werden?!). Klar brauchen wir mehr Ladesäulen, aber so richtig dramatisch ist das ja quasi nicht, denn es sind nur große intelligente Steckdosen, die wir aufbauen müssen. Die Verkehrs- und Energiewende wird nicht am Bau von Steckdosen scheitern. (Nein, aber vielleicht am Strom, den die Steckdosen brauchen. Ob Quaschning einmal an einen Wohnblock mit Hunderten Wohnungen gedacht hat?)

Aber dann wird es interessant.

Frage:

Wir schalten drei Atomkraftwerke ab, der Ausbau der Erneuerbaren Energien stockt, gleichzeitig steigt der Bedarf an Strom. Kann das noch ein Problem werden?

Antwort:

Naja, für eine Verkehrswende müssen wir die Anzahl der Autos in Deutschland deutlich reduzieren. Die Hälfte wäre schick. (Man könnte es nach dem Ene, Mene, Muh Prinzip machen, jeder Zweite gibt sein Auto einfach an) Die anderen Hälfte wäre dann rein elektrisch unterwegs (Problem gelöst!, weil diese andere Hälfte dann 100% aller Autos sind, genial!).

Frage:

Beim Abbau von Lithium leidet die Umwelt, auch von schlechten Arbeitsbedingungen ist die Rede. Kann ich mir dann guten Gewissens ein Elektroauto kaufen?

Was dann folgt ist ein Paradebeispiel für Umlasten oder wie es im Englischen heißt: Derailing.
Antwort:

Ja, es gibt viele problematische Rohstoffe, nicht nur beim Elektroauto, auch beim Verbrenner zum Beispiel das Blei für Bleibatterien, darüber wird gar nicht gesprochen. (Nein, warum auch, die Frage war konkret das Lithium und nicht das Blei). Aber ich finde es gut, dass wir beim Lithium hinschauen (bisher aber rein gar nichts gemacht haben). Da ist vor allem der Wasserverbrauch in die Kritik geraten. Da arbeitet man jetzt, weil der Druck so groß ist, an alternativen Verfahren. (Spannend, momentan wird in Südamerika Sole an die Erdoberfläche gepumpt, das Wasser verdunstet und lässt Salz zurück, aus dem dann Lithium gewonnen wird. Wie bitte soll das geändert werden?). Wir haben ein Forschungsprojekt, wo an einer wasserfreien Lithiumgewinnung gearbeitet wird. Das wird vielleicht in einigen Jahren einsatzfähig sein. (Prima, das hört sich nach weit fortgeschritten an, oder etwa doch nicht?! Hier soll wohl erstmal beruhigt werden).

Große Autokonzerne versuchen gerade Verträge abzuschließen, dass wir in Deutschland mit Geothermie und CO2 neutral das Lithium gewinnen. Und wenn die Reise dorthin geht, dann habe ich keine Bedenken, dass wir umweltverträglich auch auf Lithium zurückgreifen können. (Nun, die Gewinnung durch dieses Verfahren steht absolut am Anfang, es ist überhaupt noch nicht sicher, ob das in den gewünschten Mengen funktioniert. Hier wird also das momentane Problem, der Umweltzerstörung mit Wunschvorstellungen für die Zukunft entkräftet. Auf 1.000 Tonne jährlich wird die Kapazität durch Gewinnung aus Thermalwasser im Oberrheingraben von Experten geschätzt. Was Quaschning hier besser nicht sagt, der Abbau in Deutschland wird deutlich teurer sein als die Gewinnung in Ländern wie Chile, Bolivien oder Australien. Die Hersteller müssten solche erhöhten Kosten auf den Verkaufspreis aufschlagen. Aber, vielleicht ist das bei nur noch 50% Fahrzeugbestand im Vergleich zu heute gar nicht das große Problem?)

Eigentlich lief das Interview so wie auch andere Projektionen, was die Stromversorgung in der Zukunft angeht. Wunderspeicher und Wunderverfahren, alles ist nur eine Sache der Technik. Wird nicht in Sachen Kernfusion und Kernenergie genau andersherum argumentiert im Sinne, dauert alles viel zu lange? Vermutlich haben die meisten Zuschauer gar nicht bemerkt, dass in der Zukunft jeder Zweite sein Auto abgeben soll. Das steht übrigens im krassen Widerspruch zu Aussagen von VW Chef Herbert Diess, der von einer gleichbleibenden Zahl von Autos ausgeht, weil zukünftig sehr viele Fahrzeuge autonom fahren werden.

Die Sendung ist nur noch bis 05.01.2022 in der ARD-Mediathek zu sehen. Wir empfehlen in diesem Zusammenhang unseren Artikel mit der Besprechung einer ARTE-Dokumentation über den Umweltsünder A-Auto vom 28.11.2020. Da die Dokumentation mittlerweile bei ARTE nicht mehr in der dortigen Mediathek zu sehen ist, verweisen wir auf YouTube, dort ist sie nach wie vor verfügbar. Die 90 Minuten lohnen sich.

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Es ist etwas ruhig geworden um Mojib Latif in letzter Zeit. Nun gibt der Altmeister der Klimaforschung dem Redaktionsnetzwerk Deutschland ein Interview. Möglicherweise wird Latif später wieder sagen wird, er wäre lediglich falsch zitiert worden, so wie seinem Interview mit dem Spiegel, dass er 20 Jahre so stehen ließ, wir berichteten. Stichwort: nie wieder Schnee.

“Eine Flut wie die im Westen und Südwesten Deutschlands vom vergangenen Sommer habe es in Deutschland noch nie gegeben. Studien zeigten, „dass die Wahrscheinlichkeit deutlich erhöht ist heute gegenüber der vorindustriellen Zeit, dass wir solche Extreme erleben.“

Bereits ein flüchtiger Blick bei Wikipedia lässt den Leser der Mojib-Aussagen fragend zurück:

“Am 12./13. Juni 1910 ereignete sich eine historische Überflutung im Ahrtal mit beträchtlichen Schadereignissen in den Orten Altenahr, Dernau, Walporzheim und Neuenahr, aber auch in anderen Jahren erfolgten schwere Flutereignisse (21. Juli 1804, 24. Juni 1888, 16. Januar 1918, 11. Januar 1920).[2] Im Juli 2021 wurden das Ahrtal und die dort gelegenen Orte vom Dauerregen und Hochwasser schwer getroffen; viele Straßen wurden gesperrt.[3] Sieben Brücken im Verlauf der 29 Kilometer langen Ahrtalbahn wurden unbefahrbar; 20 Kilometer Bahnstrecke wurden beschädigt oder zerstört.[4] 139 Menschen starben; 26 gelten als vermisst.[5]”

Vielleicht war es für Latif auch zu schwierig, weitere Quellen wie ein Paper von Thomas Roggenkamp und Jürgen Herget zu finden und zu lesen. Dort werden immerhin die Flutereignisse von 1804 – 1937 verglichen. Und selbst bei Wikipedia hätte Latif nur einmal Ahrtal Hochwasser eingeben müssen und er hätte etwas über eine Liste der Hochwasser seit 1348 lernen können. Ein Vergleich zum Hochwasser aus 2021 ist schwierig, weil die Bebauung des Ahrtals sich im Laufe der Zeit verändert hat und historische Aufzeichnungen mit Sicherheit nicht so detailliert, sind wie bei jüngeren Ereignissen. Dennoch gelten die Hochwasser von 1804 und 1910 als gleich stark wie das Hochwasser von 2021. Latif hätte es also wissen können. Warum das Redaktionsnetzwerk Deutschland nicht gleich Halt Stopp ruft, bleibt ein Rätsel. So lässt sich Desinformation nicht stoppen.

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Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe am 24.11.2021:

Mit einem Antiferromagneten Strom aus Abwärme erzeugen

Forschende am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (MPI CPfS) in Dresden haben zusammen mit Forschenden der Ohio State University und der University of Cincinnati einen überraschend großen thermoelektrischen Effekt in einem Antiferromagneten entdeckt.

Die in Nature Materials publizierte Studie „Giant anomalous Nernst signal in the antiferromagnet YbMnBi₂“ zeigt, dass Antiferromagnete die gleiche Größenordnung des anomalen Nernst-Effekts haben können wie herkömmliche Ferromagnete, jedoch ohne die magnetischen Streufelder, die in Mikrostrukturen umgebende Bauelemente beeinträchtigen können. Das entdeckte neuartige Rezept für die Erzeugung großer Nernst-Spannungen zeigt, dass es wahrscheinlich keine grundsätzliche physikalische Grenze für hohe Effizienzen gibt. Dies eröffnet eine neue Forschungsrichtung für die Entwicklung hocheffizienter thermoelektrischer Geräte auf Basis topologischer Antiferromagnete.

Um Elektronen in eine Bewegung senkrecht zum Wärmestrom zu zwingen, ist ein äußeres Magnetfeld erforderlich – dies wird als der Nernst-Effekt bezeichnet. In einem permanent magnetisierten Material (einem Ferromagneten) existiert ein anomaler Nernst-Effekt (ANE), mit dem aus Wärme Strom erzeugt werden kann. Diesen anomalen Nernst-Effekt beobachtet man normalerweise in allen Ferromagneten, er skaliert mit dem magnetischen Moment im Material.

In einem Antiferromagneten ist das Gesamtmoment Null, da zwei sich kompensierende Magnete im Material vorliegen. Ein solches Material sollte daher auch keinen ANE aufweisen.

Mittlerweile hat die Festkörperforschung gelernt, dass man das neue Konzept der Topologie anwenden kann, um große Nernst-Effekte zu erreichen. Es ist bekannt, dass die als Berry-Phase bekannte Größe mit dem ANE zusammenhängt und diesen stark erhöhen kann. Allerdings sind Antiferromagnete, die keine Nettomagnetisierung aufweisen, noch weitgehend unerforscht, auch weil man keinen ANE vermutete.

Überraschenderweise fand das Forschungsteam einen großen anomalen Nernst-Effekt in dem Antiferromagneten YbMnBi₂. Dieser ANE ist größer als in nahezu allen Ferromagneten. Ursache ist hier die Topologie, die hohe Spin-Bahn-Kopplung und die komplexe, nicht vollständig kompensierte magnetische Struktur. Die verkantete Spinstruktur in YbMnBi₂ bricht die Zeitumkehrsymmetrie und sorgt für eine Berry-Krümmung ungleich Null. Gleichzeitig trägt die große Spin-Bahn-Kopplung des schweren Elements Bismut dazu bei, einen großen extrinsischen Beitrag zu erzeugen.

Auf der Grundlage dieses Konzepts würde eine bestimmte Klasse von Antiferromagneten mit einer nicht-kollinearen Spinstruktur und mit großer Spin-Bahn-Kopplung einen großen anomalen Nernst-Effekt aufweisen. YbMnBi₂ erfüllt diese Bedingung und weist tatsächlich eine große anomale Nernst-Spannung von 6 µV/K auf, einen Rekordwert bei Antiferromagneten, der genauso hoch ist wie die Werte, die für die besten Ferromagneten beobachtet wurden.

Für praktische Anwendungen könnte man einen einfachen Energiekonverter entwickeln: ein transversales thermoelektrisches Gerät, bei dem die Spannung senkrecht zum Wärmefluss erzeugt wird. Im Gegensatz zu kommerziell verfügbaren thermoelektrischen Generatoren, die auf dem Seebeck-Effekt basieren und aus kleinen Blöcken von n- und p-Halbleitermaterialien aufgebaut sind (Abbildung a), wäre ein solches Gerät viel einfacher aufgebaut. Es besteht nur aus einem einzigen Block (Abbildung b).

Im Gegensatz zu Ferromagneten, die oft unter einer geringen Ladungsträgermobilität leiden, können Antiferromagnete auch höhere Mobilitäten aufweisen und zeigen daher eine bessere elektrische Leitfähigkeit. Zusammen mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit wird in YbMnBi₂ eine anomale thermoelektrische Gütezahl (zT) erreicht, die um eine Größenordnung höher ist als die aller bekannten Ferromagneten.

„Obwohl der anomale Nernst-Effekt überraschend groß und der zT-Wert viel höher als bei Ferromagneten ist, muss die thermoelektrische Gesamtleistung für praktische Anwendungen noch verbessert werden“, sagt Yu Pan, Gruppenleiterin in der Abteilung Festkörperchemie am MPI CPfS in Dresden. „Dennoch zeigt diese Studie das große Potenzial von Antiferromagneten für thermoelektrische Anwendungen, da sie eine viel bessere Leistung als Ferromagnete aufweisen. Wir glauben, dass unsere Arbeit einen Anfang für die Entdeckung weiterer interessanter thermoelektrischer Materialien in der Zukunft darstellt.“

Paper: DOI https://doi.org/10.1038/s41563-021-01149-2

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Julius-Maximilians-Universität Würzburg am 24.11.2021:

Sonnenkompass „on demand“

Monarchfalter orientieren sich auf ihren Langstreckenflügen mit einem Sonnenkompass. Was jetzt für Überraschung sorgt: Der Kompass entsteht erst beim Fliegen.

Monarchfalter sind berühmt für ihre jährliche Langstreckenwanderung, die sie über mehrere Tausend Kilometer vom Norden der USA bis zu ihrem Winterquartier nach Zentralmexiko führt. Auf ihrer Wanderung orientieren sich die auffällig orange-schwarz-weiß gezeichneten Schmetterlinge an der Sonne.

Doch wie werden die Sonneninformationen im Gehirn der Falter verarbeitet? Es sind bereits Nervenzellen bekannt, die Informationen über den Stand der Sonne verarbeiten. „Allerdings wusste man bisher nicht, wie das während des Flugs passiert“, sagt Jerome Beetz vom Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).

Bislang ging die Forschung davon aus, dass der Sonnenkompass immer funktioniert – egal ob die Insekten sitzen, laufen oder fliegen. Ein Team um die Würzburger Forscher Jerome Beetz und Basil el Jundi zeigt nun im Fachjournal Current Biology, dass dies nicht der Fall ist und sich der Kompass erst beim Fliegen ausbildet: „Erstaunlicherweise ändern die Nervenzellen während des Fluges ihre Verarbeitungsstrategie, sodass das Nervennetzwerk ähnlich wie ein Kompass die Wanderrichtung der Falter relativ zur Sonne anzeigt. Das passiert nur dann, wenn die Tiere ihre Flugrichtung selbst steuern können.“

Schmetterlinge im Flugsimulator

Wie diese Wissenslücke geschlossen wurde? Das Team um Beetz und el Jundi hat erstmals die Nervenaktivität bei fliegenden Monarchfaltern gemessen und verglichen, welchen Einfluss das Orientierungsverhalten der Tiere auf die Verarbeitung der Sonneninformation hat. Solche Messungen waren bislang nur an fixierten Schmetterlingen durchgeführt worden.

Die JMU-Forscher setzten auf einen technischen Kniff: „Wir haben die Schmetterlinge im Zentrum eines Flugsimulators an einem frei drehbaren Draht befestigt, der es den Schmetterlingen ermöglicht, aktiv eine Flugrichtung einzuschlagen. Die Sonne wurde dabei mittels eines grünen Lichtpunkts simuliert. Zeitgleich haben wir die Aktivität der Nervenzellen im Gehirn mit ultrafeinen Mikroelektroden beobachtet.“

Die Experimente beweisen: Die aktive Bewegung der Falter ist nötig, damit ihr Gehirn die Sonneninformation in einem internen Kompass auf der Wanderung verarbeiten kann.

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, neuronale Messungen an sich bewegenden Tieren vorzunehmen, um herauszufinden, wie das Gehirn komplexe Orientierungsaufgaben löst“, sagt Beetz, der Erstautor der Publikation in Current Biology ist. Beteiligt waren weitere Forschende vom Biozentrum sowie von den Universitäten Lund (Schweden), Bielefeld und Texas. Gefördert wurde die Arbeit von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Reiskorngroßes Gehirn mit erstaunlichen Fähigkeiten

Für seine Forschungsobjekte hegt Beetz große Bewunderung: „Unsere Publikation zeigt auf einzigartige Weise, dass selbst ein Gehirn von der Größe eines Reiskorns ein hoch komplexes Organ ist, das es den Insekten ermöglicht, solch erstaunliche Fähigkeiten zu besitzen. Mit seiner Hilfe schaffen es die Monarchfalter, die enorme Wanderung mit einem effizienten inneren Kompass zu bewerkstelligen. Eine solche Leistung ohne moderne Navigationsgeräte ist für uns Menschen schwer nachvollziehbar und ein Grund für meine Faszination für diese Schmetterlinge.“

Als nächstes wollen Jerome Beetz und Basil el Jundi untersuchen, wie der Sonnenkompass der Falter funktioniert, wenn sie statt eines Lichtpunkts den natürlichen Himmel sehen können. Dazu müssen die Messungen der Nervenaktivität an Flugsimulatoren im Freien durchgeführt werden.

Paper: Flight-induced compass representation in the monarch butterfly heading network. M. Jerome Beetz, Christian Kraus, Myriam Franzke, David Dreyer, Martin F. Strube-Bloss, Wolfgang Rössler, Eric J. Warrant, Christine Merlin, Basil el Jundi. Current Biology, 24. November 2021, https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.11.009

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Pressetext:

Bakterien und Raffination ersetzen Erdöl

Daraus hergestellte Kunststoffe sind laut neuesten Forschungsergebnissen konkurrenzfähig

Weiterlesen bei Pressetext

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New York Times:

Race to the Future

A Power Struggle Over Cobalt Rattles the Clean Energy Revolution

The quest for Congo’s cobalt, which is vital for electric vehicles and the worldwide push against climate change, is caught in an international cycle of exploitation, greed and gamesmanship.

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Youtube:

Nord Stream: The Longest Sub-Sea Pipeline in the World