Samstag, Dezember 15, 2012

Die Erfindung Gott

Alle Jahre wieder

Sieht man in den Kalender, dann sticht der 24. Dezember heraus, Weihnachten. Die Geburt eines Gottes?
Das sollte man genauer betrachten.
Wir Menschen leben auf einem Planeten, den wir in jedem Winkel erforscht und fotografiert haben, das war vor 2012 Jahren noch anders, niemand hatte die Welt bereist. Doch auch in diesen Tagen haben Menschen über ihr Dasein nachgedacht. Woher kommen sie, wohin gehen sie, jenseits der kleinen bekannten Welt.

Kennen wir die Welt

Unser kleiner Planet wurde von Kopernikus aus der Mitte der Welt gerückt, die himmlischen Sphären, aufgespannt von den Planetenbahnen, wurden etwas umsortiert.
Die Sonne ist Teil der Milchstraße, Hubbel hat das im 20. Jahrhundert für uns entdeckt, eine Sonne von 100 Milliarden Sonnen in unserer Milchstraße, und unsere Milchstraße eine Galaxie unter 100 Milliarden Galaxien. Keiner von uns ist je durch die intergalaktischen Räume gereist. Und keiner wird je so weit reisen, unsere Naturgesetze erlauben es nicht.

Unsere Naturgesetze?

Unsere Naturgesetze sind die Gesetze, die wir durch mühsames Beobachten entschlüsselt haben. Noch nicht vollständig, aber eine gewisse Vorstellung was in unserem Universum Gesetz ist haben wir vermutlich schon. Unser Universum hat eine merkwürdige Eigenschaft, es erlaubt Leben und es erlaubt Lebewesen mit Selbstreflektion. Dabei würden kleine Änderungen der Gesetze und der Naturkonstanten schnell zu Universen führen, die kaum die Chance einer selbstorganisierten Informationsverarbeitung erlauben. Und damit wären es auch nicht mehr unsere Gesetze.
Die Tatsache, dass es wohl bereits in unserem Universum selten zu Leben kommt, kann uns vermuten lassen dass es in anderen Universen wesentlich stiller ist, "Stille Nacht".

Anthropozentrischer Gott

Für die Entwicklung der Kultur ist der Kult wichtig. Nur wer nicht nur an die eigene Ernährung und Vermehrung denkt, denkt an anderes. Kult ist ein Speicher für Information, der kulturelle Informationsspeicher hebt die Kultur die Kult betreibt auf eine Stufe höherer Organisationsfähigkeit, damit verbesserter Ernährung und letztendlich Vermehrung.
Diese eigenartige Rückkopplung ist die tieferliegende Ursache, dass ein Gott in unserer Kultur ernst genommen wird, obwohl er offensichtlich selten gesehen wird. Dieser Gott ist ein Abbild unserer Kultur, bis hinein in die Kunst, die Gott dem Menschen ähnlich darstellt, damit auch Ursache der Kultur. 
Aber in unserer Zeit, der Zeit der elektronischen Bilder wird Sein Bild nicht aufgezeichnet, Gott wird Abstrakt, er hat Fähigkeiten, Gefühle aber wir haben kein Bild mehr von Ihm.

Der wissenschaftliche Gott

Wer hat unser Universum erschaffen, offensichtlich ist unser Universum für uns Menschen gemacht, wie das Paradies, wenn auch nicht ganz so nett. 
Eine Argumentationskette geht in diese Richtung, alle Naturkonstanten optimal, also ist das Universum präzise für uns gebaut, erstaunlich genau, Wunder!
Doch diese Kette hat eine sehr schwaches Glied. Der große Kreator muss sich das ausgedacht haben. Damit hat er eine Möglichkeit zur Informationsverarbeitung, die unser Gehirn sicher übertrifft. Wir haben unser Gehirn im Lauf der Evolution erworben und mit Wissen im Lauf unseres Lebens gefüllt. Beides Prämissen, ohne die das nicht funktionieren kann. Jeder weiß, wie mühsam der Wissenserwerb geht, insbesondere benötigt man dafür Sinne für die Welt, wer keine Welt hat kann kein Wissen erwerben, und ohne Wissen ist ein Gehirn nutzlos. 

Allwissende Eltern

Setzt man Gott an den Anfang, dann hat man einen weiteren menschlichen Fehler gemacht, wir haben nie bemerkt, wie wir bewusste, denkende Menschen wurden, daher haben wir das als gegeben vorausgesetzt. Insbesondere haben wir immer unseren klugen, nahezu allwissenden Vater (oder/und Mutter) gesehen. Dieser Irrtum ist allen Menschen zutiefst eingeprägt, unsere Umgebung suggeriert uns, jeder Mensch ist klug, niemand ist ein totaler "Kasper Hauser". Doch der von uns gedachte Gott ist der totale Kasper Hauser, totaler als man sich das je vorzustellen wagt.

Wunder der Welt

Das Universum ist im wahrstem Sinn ein Wunder, ich wundere mich, wie es in die Welt kam, aber ich versuche es zu verstehen. Eine Erklärung muss zumindest im Grundsatz nachvollziehbar sein, die Hypothese Gott ist es für mich nicht.
Und bald erzähle ich meinen Söhnen wieder die schöne Geschichte, die so gut zu uns Menschen passt und meinen Sohn glauben lässt, dass es ein Wunder gibt, bis er sich wundern wird, warum das alles doch nicht so einfach ist, wie man auf den ersten Blick glauben will.

Frohe Weihnachten und ein gutes neues Jahr!  



  

Samstag, Dezember 01, 2012

Die 2. Neolithische Revolution

1. Neolithische Revolution

Die Menschheit durchlebte vor 10.000 Jahren eine grundlegenden Wandel. Zu dieser Zeit begannen die Menschen Vieh zu züchten und Ackerbau zu betreiben.
Dies führte zu einer grundlegenden Umstellung der Ernährung und zu einem massiven kulturellen Wandel. Wer Viehzucht betreibt, muss nicht mehr dem Wild folgen, er kann sesshaft werden. Wer Ackerbau betreibt, benötigt Getreidespeicher. Ackerbau ist viel Arbeit und das Wort "Im Schweiße deines Angesichts sollst du dein Brot essen.." aus der Bibel (Moses, der Sündenfall) könnte als Hinweis auf die Erinnerung an eine "bessere Zeit" im Paradies gedeutet werden.
Vertreibung aus dem Paradies, Giovanni di Paolo (1445)
Blicken wir jetzt in unsere Zeit.

Die 2. Neolithische Revolution

Wir jagen nach Energie, fast wörtlich sucht die Zivilisation nach Lagerstätten von Öl, Gas und Kohle, so wie dereinst die Menschen dem Wild gefolgt sind. Bis an die Eisgrenze, bis in die Wüste und trotzdem sind die Ressourcen endlich.
Wir sind gezwungen, nach dem Peak Oil, selbst Energie anzubauen. Nein ich will hier nicht von Maisfeldern berichten, die unter ökologisch fragwürdigen Umständen, zur Ethanol oder Methangewinnung verwendet werden.
Es geht um das Ernten von Energie ganz allgemein. Die Mammuts der Energieversorgung, sprudelnde Ölquellen, müssen durch Energieernteflächen wie Solarfelder oder Windparks ersetzt werden. Energie kommt nur in geringer Dichte von der Sonne bei uns an, ein Liter Öl pro Quadratmeter und Tag. Nicht wirklich eine sprudelnde Quelle aber ein steter Tropfen.
Erstaunlicherweise sind die Zahlen für Wind sehr ähnlich, aber beide kommen leider eben nicht in Form von Öl, sondern können mit viel Aufwand, der Pflug und der Schweiß lassen grüßen, in Strom umgewandelt werden.
Kaum gewonnen schon verloren, von Mäusen gefressen, von Pilzen zerstört, von Bakterien vergiftet, war das Korn das in der Scheuer landete. Jenem Speicher, der zwingend ist, will man dauerhaft vom Ackerbau leben.
Und genau so ist es mit dem Strom, wir können ihn nicht gut Speichern, wir haben uns damit auch nie wirklich beschäftigt, da wir die nächste Ölquelle erbeutet haben, sozusagen als Steinzeitjäger im energie hungerigem Industriezeitalter.

Fläche Und Speicher

Die Neolithische Revolution hat zwei Wesensmerkmale, Fläche ist wertvoll, Speicher müssen geschützt werden. Der Wert von Fläche hat zur Grenze geführt, letztendlich zum Staat. Speicher können ausgeraubt werden, der Schutz hat zur Stadt, zu Eigentumsgesetzen und letztendlich auch zum Staat geführt.
Gewinnt man Energie aus Flächen, dann bekommt alles was Fläche hat einen Wert, erstaunlicherweise genügen bereits die Dachflächen um ausreichend Energie zu ernten. Doch diese Flächen sind meist im individuellen Privatbesitz, kein Konzern hat darauf Zugriff. Völlig anders als bei dem Mammut, das vom Häuptling verteilt wurde, ist die Kartoffel, das Korn, im eigenem Feld und wurde nicht verteilt.
Speicher, Bildquelle: Wikipedia
Doch der Speicher erfordert viel Aufwand, ein trockenes Gebäude, je größer um so besser, denn damit sinkt der relative Aufwand für die Bewachung vor Ungeziefer und Dieben. Alle bringen in die Kornkammer, in den Haberkasten, in das Kornhaus, den Fruchtkasten, das Getreide. Nach Abzug des Zehnten wird es wieder zurückgegeben, ein erheblicher Verwaltungsaufwand, aber auch Sicherheit vor Hunger.
Und wie lösen wir heute das Problem des Speichers für unsere Energie, wir haben den Hunger noch nicht gespürt, der Blackout genannt wird, wenn die Stromquelle nicht liefert. Eine Lösung wäre der Fruchtkasten für Strom, der von allen Strombauern den Überschuss aufnimmt und ihn dann wieder verteilt. Jede Kultur hat eine andere Form der Speicherorganisation hervorgebracht, doch es wurde immer organisiert, da andernfalls alle gelitten hätten.

Folgen

Die Verschiebung der Energieproduktion in die Fläche und damit zum Bürger hat einschneidende Auswirkungen auf die Struktur der Stromversorger. Die Energieversorger sind nicht mehr die Eigentümer der Energiequellen. Doch die Versorger könnten sich um die Speicherung sorgen, das haben diese jedoch noch nicht bemerkt. Weil sie noch nicht den tiefgreifenden Wandel in der Energieversorgung wahrgenommen haben oder wahrnehmen wollten. Aber sie, oder andere, die schneller sind, werden die Lösung der Speicherorganisation übernehmen.
Am Ende des Weges wird es die Legenden von einem Paradies geben, aber alle werden feststellen, dass die Menschheit noch an jedem Problem gewachsen ist.

mehr zur Energiespeicherung im eigenem Energiespeicher-Blog.

Sonntag, November 18, 2012

Abfallprodukt Solarenergie

Technische Abfallprodukte

Angeblich ist die Teflonpfanne ein Abfallprodukt der Weltraumfahrt, auch wenn es nicht stimmt, ist das eine schöne Legende.
Solarzellen der ISS (Quelle: Wikipedia)

Solarzellen

Richtig ist, die ersten Solarzellen sind ein Produkt für die Raumfahrt gewesen, da im Weltraum immer die Sonne scheint und nirgends eine Steckdose ist. Zudem spielt Geld dort oben anscheinend keine Rolle. Tatsächlich machen die Kosten der Solarzellen eines Satelliten weniger als ein Prozent der Kosten aus. Nebenbei bemerkt ist aber der Energieaufwand, um eine Solarzelle in eine Umlaufbahn zu befördern oft höher, als die Energie die die Solarzelle dort oben produziert.

Mikroelektronik

Ein weiteres Abfallprodukt der Raumfahrt ist das Smartphone. Diese funktioniert nur aufgrund weit optimierter Mikroelektronik. Zunächst hat nur die Raumfahrt derart kleine Computerchips benötigt. Als dann die ersten PCs auf den Markt kamen, kam es zu einem selbst-verstärkenden Trend der Miniaturisierung, unabhängig von der Weltraumfahrt.
Interessant ist dabei, dass der Anstoß der Miniaturisierung nicht aus der gleichen Quelle kam, als die spätere tatsächliche Anwendung.

Paradox CO2

Ein weiteres Beispiel mit einem verblüffenden Ausgang ist die weitere Entwicklung der Solarzellen. Alle kennen das CO2 Problem, in der Wissenschaft ist es Konsens, dass dieses Treibhausgas zu einer Erderwärmung führt.
Eine Folge dieser Erkenntnis ist, dass in Deutschland ein Programm zur massiven Förderung von Solarenergie aufgelegt wurde. Dieses Programm hat zwei Effekte: 
  1. In Deutschland werden bereits 4% des Stroms mit Solarzellen erzeugt und damit ein klein wenig CO2 eingespart. (Das sind 0,05% des weltweiten CO2 Ausstoß, eigentlich nicht nennenswert*)
  2. Durch die starke Förderung der Photovoltaik ist der Preis um mehr als den Faktor Zehn gesunken, damit wird PV für viele ökonomisch nützlich.
Der zweite Effekt ist sozusagen das Abfallprodukt des EEG Programms, das die Photovoltaik gefördert hat. Damit ist aber eine Industrie entstanden, die aktuell, 2012, 40 GW Solarmodule pro Jahr zu sensationell günstigen Preisen liefern kann. Und die Folge: 
Der Ausstoß von CO2 wird dadurch wesentlich stärker reduziert, möglicherweise ist damit sogar das CO2 Problem bereits gelöst.

Sinn von Förderung?

In all den genannten Fällen wurde viel staatliches Geld für die Entwicklung neuer Technologien eingesetzt. Glücklicherweise war es jedesmal erfolgreich, nicht direkt, sondern indirekt. Dies sollte man bei der Förderung von Innovationen berücksichtigen. Schön wäre, wenn es dazu genauere Zahlen gäbe, da meine Analyse nur qualitativer Natur ist.

Anmerkung:
* In Deutschland wurden 2011: 19000 GWh Solarstrom erzeugt, damit konnten ~0,019 Mrd. Tonnen CO2 Emissionen vermieden werden im Vergleich dazu, weltweit wurden 2010: 37 Mrd Tonnen CO2 von Menschen verursacht. (Das sind also tatsächlich nur 0,05% Reduktion)

Montag, Oktober 15, 2012

Atomzeitalter

Das Atomzeitalter ist am Ende!

In Deutschland denkt man da sofort an das Jahr 2011, in dem der Atomausstieg endgültig beschlossen wurde. Aber völlig falsch, der Atomausstieg begann bereits 50 Jahre früher, 1961!
Häufigkeit des Wortes "Atom" in englischen Büchern.
Google hat bekanntlich alle Bücher gescannt und jetzt kann man in allen Büchern der letzten zweihundert Jahre elektronisch lesen und das Wort Atom zählen. Seit 1920 beginnt das Wort überproportional oft in Büchern aufzutauchen, ab 1940 bekommt es nochmals einen Schub um dann um 1961 dem Maximum zu erklimmen. Danach folgt ein außergewöhnlicher Rückgang, der exponentiell gedämpft, dazu führt, dass das Wort Atom inzwischen wieder ein Niveau erreicht hat, als vor den großen Entdeckungen um 1920!

Ursache Raumfahrt?

Aber was hat zu diesen starken Rückgang in der Wahrnehmung geführt. Zunächst einmal vermute ich, dass letztendlich die Häufigkeit, mit der Worte in Büchern erscheinen ein Abbild der gesellschaftlichen Themenwahl ist.
"Spaceflight" als Indikator für Weltraumzeitalter.
Mit Beginn der 1960er Jahre gewinnt das Wort "spaceflight" fast schlagartig an Bedeutung. Durch den Wettlauf zum Mond war plötzlich der Weltraum ein zentrales Thema für die Gesellschaft. Das Thema ist angenehmer, der Weltraum liegt weit weg, praktisch niemand hat Zugang, und trotzdem regt er die Phantasie an. Wie viel schlechter steht da das Atom da, durch die Atombombe, die oberirdischen Kernwaffentests und den Fallout, nur negative Inspiration. Auch die "atoms for peace" konnten das nicht retten, zumindest haben sie das Wort nicht nachhaltig verteidigt.

Was wäre ohne Yuri Gagarin geschehen 

1961 erhob sich Yuri Gagarin in einer russischen Weltraumkapsel erstmals in das Weltall, das Zeitalter der Weltraumfahrt was eröffnet, drei Wochen später fliegt der Amerikaner Alan Shepard als erster Amerikaner ins All.
Stellen wir uns vor, die zeitliche Abfolge wäre umgekehrt gewesen, kein Kennedy, der den Flug zum Mond ankündigt, weiter viele Wort zum Atom.
Ich will nicht ausschließen, dass es zu einer grundlegend anderen Entwicklung im Bereich der Kernenergie gekommen wäre. Möglicherweise wären die "atoms for peace" beflügelt worden, insbesondere wenn man bedenkt, dass die oberirdischen Kernwaffentests eingestellt wurden. Die Jugend hätte nicht den Mann auf dem Mond bejubelt sondern neue Spitzenleistungen der Kernenergie?

Der Schmetterling

Wir können das Rad der Geschichte natürlich nicht zurückdrehen, aber die Geschichte war hier an einer einzigen Lötstelle verzweigt. Da im US Weltraumprogramm vor dem Start eines Menschen erst ein Affe ins Weltall fliegen durfte, kam es zu folgender denkwürdigen Verzögerung: Der Affe sollte einen simplen Test mit zwei Schaltern im All ausführen um zu sehen, ob das Gehirn im All richtig arbeitet. Ein simpler Fehler in der Verdrahtung führte zu einem falschen Resultat, der Affe hat immer Stromschlag statt Orangensaft gewählt. Nach der Landung wurde das ausführlich untersucht und es kam zu sechs Wochen Verzögerung für Shepards Flug.
Da die Russen nun mit dem ersten Satellit, dem ersten Lebewesen und dem ersten Menschen im Weltall waren, kam es zu dieser denkwürdigen Rede von Kennedy, in der er den Mondflug ankündigt.
Der Rest ist Geschichte.










Sonntag, September 30, 2012

Netzwerk der Funktionen


Wenn ich mich richtig erinnere, habe ich 1973 meine erste Digitaluhr bekommen, die hatte eine rote LED Anzeige, immer wenn man die Zeit wissen wollte, drückte man einen kleinen Knopf und war zwei Sekunden lang informiert.
1974 Gab es den ersten programmierbaren Taschenrechner, 199 DM und keine Möglichkeit zu speichern, aber immerhin 10 Speicherplätze und 72 Programmzeilen. 1980 erreichte mich dann ein Computer namens Sinclair ZX80, das Display war ein umgebauter schwarzweiß Fernseher. 1995 das erste Handy von Siemens, schwer, NiCa-Batterien, ausziehbare Antenne aber schon mit SMS Funktion. 1996 kam die erste Digitalkamera von Kodak, 320*240 Pixel und 799 Euro.  Mit der Zeit kam noch ein Navi, ein GPS-Tracker von i-gotU, ein Sony-Digitalrecorder, ein Flachbildschirm, ein WLAN-Router, ein Bildtelefon über Laptop (GoogleTalk), eine Videokamera, ein Scanner und ein Langenscheid Übersetzungsstift, eine Taschenlampe und eine UKW-Scanradio, hinzu.

2013 Ein Samsung Galaxy S3

Der Preis des Smartphone ist kleiner als der meiner ersten Digitalkamera, aber es ist eben ein Gerät, das mühelos alle beschriebenen Geräte „in die Tasche“ steckt. Wenn ich den Knopf drücke, sehe ich sofort die UhrzeitJ.

Nein das Wunder dieser Technik liegt in der Vernetzung der Eigenschaften. Die Kombination der Funktionen Kamera, Bildschirm, Datenfunk, GPS, Prozessor, addieren sich nicht einfach, sie multiplizieren sich. Plötzlich kann man für fast jedes erdenkliche Problem eine App schreiben. 

Dieser Effekt ist unter dem Metcalfe´s Law bekannt, der Ethernet-Erfinder hat als erstes erkannt, dass der Nutzen eines Netzwerks mit der Teilnehmerzahl quadratisch wächst. Dabei ging er aber von Menschen aus. Heute sehen wir die Vernetzung von sehr vielen Funktionen mit einem extrem leistungsfähigen Prozessor. Genaugenommen entspricht die Rechenleistung des verbauten Quadcore etwa dem was 1994 auf der Liste der Supercomputer auf Platz 1 stand!

Weiter gedacht

Zukünftig werden sicher einige weitere Funktionen in das Smartphone integriert, aber vermutlich ist es entscheidender, den neuen Funktionsraum erst einmal hinreichend abzutasten. Ich denke, dass noch nicht ein Prozent der möglichen Apps geschrieben sind, und es sind schon einige hunderttausend geschrieben.
Weiterhin wird mit solch einem Gerät, das fast beliebig günstig in Serie hergestellt werden kann, die Möglichkeit eröffnet, fast alle anderen Funktionen die heute mit verschiedensten Spezialcomputern gelöst werden im Kern mit solch einem Gerät abzudecken. Es liegt nur an der Schnittstelle.

 Zuerst geht es natürlich dem Laptop an den Kragen, der eigentlich neben Tastatur und Bildschirm nur solch ein Smartphone benötigt. Ich denke aber auch an so komplexe Geräte wie ein Auto oder LKW, deren Steuerung heute mit einer Unzahl von Spezialrechnern abgedeckt wird, auch die Steuerung einer Windkraftanlage oder einer Solaranlage benötigt nicht mehr Rechen- und Kommunikationsleistung.  
Und all die anderen Geräte im Haus, vom Fernseher über Musikanlage bis hin zum Kühlschrank oder Staubsauger.

Sehen wir also den Übergang zu einer nächsten Stufe der Innovation, die vom Mikroprozessor angestoßen wurde?

Montag, September 03, 2012

Hyperplace U-Bahn

Seit ich mich erinnern kann, wird in München ein U-Bahnnetz ausgebaut. Innerhalb von 50 Jahren sind 100 km Schienen in den Untergrund verlegt worden. Für jeden Münchner wurden acht Zentimeter U-Bahnstrecke gebaut. Eine Investition von vier Milliarden Euro, die sich gelohnt hat.

Weltweites Wachstum

Doch nicht nur in München wurde eine U-Bahn gebaut, das Prinzip U-Bahn, 1863 in London noch mit kohlebefeuerten Dampflokomotiven gestartet, ist eine unglaubliche Erfolgsgeschichte, die einer näheren Betrachtung bedarf.
Seit der Einführung von elektrischen U-Bahnen ist der Einsatz in jeder sehr großen Stadt sinnvoll. Aber U-Bahnen sind teuer und eine enorm große Investition für eine Stadt. Damit sind U-Bahnen aber auch ein guter Indikator für Wohlstand und Wirtschaftswachstum. Das bemerkt man schon bei der Betrachtung, in welchen Jahren eine U-Bahn eröffnet wurde. Zwischen 1896 und dem Ersten Weltkrieg (WKI) ist fast jedes Jahr eine U-Bahn eröffnet worden. Jedoch zwischen 1913 und 1919 keine einzige. Danach hat der U-Bahnbau wieder Fahrt aufgenommen, wurde aber von der Weltwirtschaftskrise gedämpft. Zwischen 1936 und 1950 wurde keine einzige neue U-Bahn eröffnet! 
Inzwischen gibt es ein enormes Wachstum, allein im Jahr 2002 sind in fünf Städten neue U-Bahnen eröffnet worden, das letzte Jahr ohne einer U-Bahneröffnung war 1992.
Der weltweite jährliche Zubau an U-Bahnstrecken wächst seit 60 Jahren kontinuierlich an. Zur Vergrößerung anklicken.

Wachstumskurve

Ich habe versucht, das Wachstum der U-Bahnen grafisch aufzubereiten. Dabei flossen die sehr guten Daten von Wikipedia ein, die alle U-Bahnen aufgelistet haben. Der genaue jährliche Zubau an Gleisen ist zwar nicht bekannt, aber in erster Näherung nehme ich einfach an, dass jede Stadt seit Eröffnung der U-Bahn kontinuierlich neue Gleise verlegt. Das mag zu einigen Fehlern führen, liefert aber über viele Städte gemittelt ein brauchbares Resultat.
Seit 60 Jahren wächst also der Ausbau der U-Bahnnetze um 4% pro Jahr. Das erscheint zunächst als kleine Zahl, aber die Stetigkeit des Wachstums ist das Entscheidende. Inzwischen werden pro Jahr 350 km neue Strecken gebaut, soviel wie weltweit 1921 an U-Bahnstrecken vorhanden war, auch zur Freude der Tunnelbauunternehmen. (Heute gibt es weltweit 9000 km U-Bahnstrecke)

Bedeutung von U-Bahnen

U-Bahnen sind eine Art von Hypermobilität. Man steigt an einem Ort in die Tiefe und wird, ohne Erfahrung der Reisestrecke, zehn Minuten später am Ziel ausgespuckt. Etwas ähnlich zum Fliegen in Düsenjets, nur schneller und praktischer.
Dieser Transport macht Millionenstädte erst produktiv, ohne U-Bahn wären die entscheidenden Vorteile einer Stadt, viele Arbeitgeber, viele Ideen, viele Geschäfte, nicht nutzbar. Jeder U-Bahnmeter erhöht also die Produktivität auf der Welt und ist vielleicht ein besserer Maßstab als die Zahl der Internetanschlüsse oder Autos auf der Erde. Und es ist auch offensichtlich, dass die Städte mit den meisten U-Bahn-Kilometern auch oft die reichsten Großstädte der Welt sind, man denke an Shanghai (425km), London (402km) NewYork (337km).
U-Bahnen sind also nicht nur eine großartige Innovation, sie schaffen auch Neues, da sich in Städten mit U-Bahnen die Menschen schneller austauschen können. Diese Städte werden zu Hyperplaces.

Mittwoch, August 29, 2012

Der Regenbogen

Jeder hat sich schon einmal an einem Regenbogen erfreut!
Aber erstaunlich wenig haben sich Gedanken gemacht, was sie eigentlich dabei sehen.
Obwohl schon die Alten Griechen bemerkten, dass zum Regenbogen Regen und Sonne gehören, hat erst Rene Descartes den Regenbogen als optische Erscheinung richtig erklärt. Anhand des folgenden, wundervollen Regenbogenfotos von Ottohall will ich einige Aspekte erläutern.
Regenbogen bei Tübingen, links der Sekundärbogen mit Rot endend, dann eine dunkle Zone, danach der Hauptbogen mit Rot beginnend und nach dem blauen Bogen eine hellere innere Zone.
Die Situation vereinfacht dargestellt:
Von der Sonne kommen parallele Lichtstrahlen, die von den Regentropfen auf unterschiedlichen Wegen über Reflexion und Brechung zum Beobachter gelangen. (Bildquelle: Wikipedia)


Für die Erklärung beginne ich in der Mitte des Regenbogens (Im Bild rechts). Licht von der Sonne trifft auf den Wassertropfen und wird in der Mitte der Tropfenrückseite reflektiert und gelangt direkt zum Beobachte. Etwas weiter vom Mittelpunkt tritt das Licht etwas links von der Mitte in den Tropfen, wird von der Hinterseite reflektiert und zum Beobachter zurückgeworfen.

Farben

Im Bereich der Farben, beim Primären Regenbogen, kommt das Licht in streifendem Einfall auf den Tropfen, wird deutlich abgelenkt und zum Beobachter geworfen. Dabei hängt dieser Grenzwinkel etwas von der Farbe ab, so dass es zum Aufbau eines Spektrums kommt. Mathematisch ist das eine Nullstelle in der Ableitung, aber so genau will ich das nicht erläutern.
Jetzt kommt eine Zone, wo es keinen Strahlengang im Tropfen gibt, der beim Beobachter endet, daher die dunkle Zone. Noch weiter Außen gibt es einen weiteren Regenbogen, den man bei guten Lichtverhältnissen sieht, dabei tritt das Licht rechts streifend in den Tropfen und nach Reflexion an den Beobachter zurückgeworfen. Noch weiter Außen und auch Innerhalb des Hauptbogens kann es noch weiter Bögen geben, die auf komplexe Beugungsprozesse beruhen.
Letztendlich ist der Regenbogen ein sehr kompliziertes Naturphänomen, das zur Erklärung die gesamten Kenntnisse der modernen Optik benötigt. Und zugleich ist er ein wundervolles Symbol für Sonne, Wind Regen die unsere Energie und Lebensmittelversorgung zentral bestimmen.

Montag, August 13, 2012

Der 4. Kern

Der vierte Kern

Betrachtet man unser Universum, dann findet man sehr viele Strukturen auf jeder Ebene. Das bekannte Universum erscheint unerwartet stark stark strukturiert. Eigentlich würde man ja ein sehr einfaches Universum erwarten, etwas Raum und einen Elementarteilchentyp. Aber wir sind natürlich in einem Universum, das Komplexität erlaubt und daher will ich vier Ebenen der Komplexität betrachten.
Die Kerne erster Ordnung unseres Universums

Die Elemente

Obwohl es nur sehr wenige Elementarteilchen gibt, nennenswert sind die Elektronen, Protonen und Neutronen[1], gibt es eine Struktur, die auf diesen Teilchen aufbaut, und das sind die Atomkerne. Zufällig sind die Kräfte der elektrischen Abstoßung und der nuklearen Anziehung gerade so groß, dass einige tausend verschiedene Atomkerne existieren, dabei gibt es 92 unterschiedliche Kernladungen, das was man normalerweise als die 92 Elemente bezeichnet. (Mehr zu solchen grundlegenden Fragen)
Jedes Atom hat einen Kern und eine Hülle mit merkwürdigen Eigenschaften, die es erlaubt, dass mehrere Atome zusammen Moleküle oder Kristalle bilden, keineswegs selbstverständlich, aber so ist eben unser Universum aufgebaut. 
  • Jedes Atom hat einen Kern, der mit seiner Ladung vorgibt, wie das Atom sich in seiner Umgebung verhält.

Die Zellen

Geht man eine Komplexitätsebene nach oben, findet man in der Natur Zellen. Zellen sind die kleinsten, selbstständigen Einheiten des Lebens. Erstaunlicherweise bestehen Sie ebenfalls aus einem Kern, in dem das Erbgut liegt, und einer Hülle. Die Hülle kann mit der Umwelt reagieren und es gibt sogar Zellverbände und "Zellkristalle" die man gemeinhin als Vielzeller oder höhere Lebewesen beschreibt.
Das Erbgut, die DNA, im Kern ist in jeder Zelle eines bestimmten Art nahezu identisch. Und ohne besondere Übertreibung kann man die Zellen als die Atome der Lebewesen bezeichnen. 
  • Der Zellkern ist damit ein Kern zweiter Ordnung, da er aus Atomen mit Kernen erster Ordnung besteht.

Der Mensch

Alle höheren Lebewesen, und insbesondere der Mensch, haben ein zentrales Nervensystem. Das zentrale Nervensystem, Gehirn, ist für die Handlungen des Organismus verantwortlich. Es steuert seine Aktivitäten in der Umwelt. Zwei Menschen können sich zu einem "Menschenmolekül" zusammenlagern, auch Ehe oder Partnerschaft genannt. Viele Menschen können einen "Menschenkristall" bilden, der dann als Staat, Nation oder ähnlich bezeichnet wird.
  • Das Gehirn ist ein Kern der dritten Ebene, da alle Mitglieder einer Art im wesentlichen gleiche Gehirne haben.

Die Menschheit

Die Menschheit bildet gerade einen Kern aus, den wir heute Internet nennen. Dieses System, das den Organismus Menschheit auszeichnet ist noch nicht ganz fertig, so wie wohl in der Ursuppe die Zellkerne noch nicht so eindeutig zu identifizieren waren oder bei niedrigen Tieren kein klar abgetrenntes Gehirn existiert.
  • Aber der Trend ist erkennbar, die vierte Ebene der Kernbildung hat begonnen. 
  • Unklar ist, ob wir damit die letzte Ebene der Komplexität erreicht haben.
Bei Innovationen ist aber nie das Ende erreicht.

Nicht nur die Kerne erreichen neue Ebenen, auch die bearbeiteten Dimensionen, wie ich in einem weiteren Post dargestellt habe

Da ich bisher noch nirgends eine vergleichbare Betrachtung gefunden habe, würde ich mich über Hinweise zu diesem Problem freuen!

[1]Hinweis: Protonen und Neutronen sind keine echten Elementarteilchen sondern aus Quarks aufgebaut, das ist hier aber nicht relevant.

Donnerstag, August 09, 2012

Mars macht mobil

Marsmobil Curiosity ist sinnvoll

Vor wenigen Tagen ist ein wissenschaftliches Labor auf Rädern auf dem Mars gelandet. Eine beachtliche Leistung der NASA, die dafür nur einen Bruchteil der Kosten als bei der Apollo-Mission 1969 hatte. Genaugenommen hat die Mondlandung bei heutigen Preisen 150 Mrd. $ gekostet, Curiosity nur 2 Mrd $.



Aber nicht der Preis allein ist entscheidend, es wird immer Menschen geben, die sagen, was haben wir von einem Marsflug, wenn wir jeden Monat den gleichen Geldbetrag auch nach Griechenland senden können.

Der entscheidende Punkt ist, jedes Projekt, das junge Wissenschaftler begeistert und zu Höchstleistungen animiert, ist ein gutes Projekt. Das liegt einerseits daran, dass die hoch motivierten Menschen lernen, auch schwere Probleme kann man lösen, wenn man sich darauf konzentriert. Weiterhin lernen die Menschen, dass man mit Zusammenarbeit gewaltiges leisten kann.

Die Ernte besteht dann aus einer Erweiterung unseres Weltbildes, wie sieht es auf anderen Planeten aus, insbesondere warum ist es nur bei uns so schön. Zudem könnte die spannende Frage nach Leben außerhalb unserer Biosphäre wieder eine weitere Antwort, welcher Art auch immer, bekommen.

Längerfristig sind, neben den technischen Abfallprodukten, die hochqualifizierten Menschen das wichtigste. Ich kenne einige Physiker, die viele Jahre intensiv über schwarze Löcher, Röntgensatelliten und viele andere astronomischen Probleme gearbeitet haben und danach außerordentlich erfolgreiche Unternehmer und Programmierer wurden. 

Die Ausbeute von Monumental-Projekten wie Pyramiden (Mathematik), Kathedralen (Universitäten), Mondflug (Mikroelektronik) und Teilchenbeschleunigern (Internet) liegt also nicht direkt im Projektergebnis sondern im Abfallprodukt, das ich jeweils in Klammer angegeben habe. Zudem in gut funktionierenden Gesellschaften die gemeinsame, nicht militärische Ziele verfolgen und hochqualifizierte Menschen bilden.

Ich wünsche mir daher viele weitere Projekte die dem Frieden dienen.

Wer genau wissen will, wo Curiosity in den nächsten 800 Tagen hinfährt findet im Vortrag von Ryan Anderson eine Menge mehr Informationen.

Sonntag, August 05, 2012

PV - die beste Geldanlage?

Photovoltaik, die beste Geldanlage?

In Zeiten der Währungskrise suchen die Menschen nach einer Anlageform die das ersparte Geld sicher in die Zukunft transferiert. Früher war es relativ einfach, wer nicht all zuviel Geld hatte und sicher sein wollte, dass er es in zehn oder zwanzig Jahren noch etwas davon hat, der hat sogenannte "Bundesschatzbriefe" gekauft. Da war die Verzinsung nicht berauschend, aber nach vielen Jahren war das Geld noch da.

Zwei wichtige Forderungen für Geldanlagen: Sicherheit und Ertrag

Sicherheit bedeutet, dass man am Ende des Anlagezeitraums auf jeden Fall das Geld, oder genaugenommen den Wert noch vorhanden ist. Noch allgemeiner: Wenn ich heute 100 Stunden Arbeite und eine sichere Anlage wähle, dann erwarte ich, dass ich am Ende des Anlagezeitraums mir etwas kaufen kann für das ich dann 100 (oder mehr) Stunden arbeiten müsste!

Es gibt keine wirklich sichere Anlage, da alles verloren gehen kann, zuletzt natürlich auch das eigene Leben. Geld ist immer nur so sicher, wie das Vertrauen in denjenigen, der das Geld druckt. Hier hat in den letzten Jahren ein gewaltiger Erosionsprozess eingesetzt. Offenbar ist völlig offen, wie viel Euros in den nächsten Jahre gedruckt werden, sollten es wesentlich mehr sein, als die Werte, die er repräsentiert, dann verliert der Euro seinen Wert, oder in anderen Worten für die hundert Stunden, die wir gearbeitet haben, bekommen wir in Zukunft nur noch einen Wert, der 50 Stunden oder weniger entspricht.

Objekte kaufen

Eine Alternative ist es, Objekte zu kaufen, da diese nicht der Inflation unterliegen können. Sehr verbreitet sind Immobilien. Immobilien haben aber die natürliche Eigenschaft, einerseits dem Zerfall zu unterliegen, eine Heizung geht kaputt, das Dach muss neu gemacht werden, andererseits wird offensichtlich der Anspruch der Mieter immer höher, Wärmeisolation, große Räume, Klimatisierung und viele andere Wünsche lassen Altbauten oft alt aussehen. 
Zudem sind Immobilien sehr teuer, so dass man nicht eben mal 5000 Euro in Immobilien anlegen kann.
Daher weichen andere auf Objekte aus, die offensichtlich schon seit langer Zeit einen gewissen Wert haben, an erster Stelle sei hier Gold genannt. Tatsächlich hat Gold im großen und ganzen über Jahrhunderte seinen Wert erhalten, nur gibt es ein Problem, Gold ist unproduktiv und wirft weder "Miete" noch Zinsen ab. Zudem   bekommt man für 100 Stunden Arbeit nur die Goldmenge, für die man vor zehn Jahren 20 Stunden arbeiten musste. Es ist also nicht auszuschließen, dass man in zehn Jahren erhebliche Wertverluste hinnehmen muss. Und damit ist keine echte Werthaltigkeit geschaffen.

Photovoltaik kaufen

Eine Photovoltaikanlage erzeugt Strom aus Sonnenenergie. Strom ist die wertvollste Energieform, die es gibt, da man aus Strom jede andere Energieform erzeugen kann. Aktuell kostet eine Solaranlage inklusive Installation pro kW peak, das bedeutet, eine Anlage, die in einer Stunde maximal eine kWh Strom erzeugen kann, etwa 1700 Euro. In Deutschland erzeugt diese Anlage im Lauf eines Jahre etwa 1000 kWh Strom. Da wir von unserer Stromrechnung wissen, dass eine kWh etwa 0,20 Euro kostet, kann man leicht ausrechnen, dass die Anlage im Lauf von 9 Jahren mindestens ihren Einkaufspreis als Strom erzeugt hat. Ähnliche Rechnungen gibt es auch für viele Immobilien oder andere Investitionen. Ungewöhnlich sind aber folgende Eigenschaften einer Photovoltaikanlage:
  • nahezu keine Wartungskosten
  • Strom ist immer wertvoll
  • Sehr langlebig
Im Gegensatz zu vielen anderen Maschinen muss man an einer Solarzelle keine Wartung vornehmen. Gerade Wartungskosten können eine Investition längerfristig sehr teuer machen, wie der Autor erfahren hat, der einen Anteil an einem Windkraftwerk besitzt. Plötzlich ist das Getriebe kaputt oder das Bioöl von Bakterien zerfressen. Insbesondere bedeutet Wartung immer den Einsatz von Arbeitskraft und Arbeitskraft wird immer teurer!

Strom brauch jeder, selbst wenn in Zukunft der Strompreis sinken sollte, weis man zumindest mit einer Solaranlage, dass man keine Kosten für den eigenen Strom hat. Es ist ähnlich zur Situation, wenn man eine kleine Ölquelle im Garten hat, mit der man das eigene Auto betanken kann. Der Benzinpreis interessiert dann nicht mehr, oder genaugenommen ein bestimmter Anteil der Lebenshaltungskosten ist verschwunden.

Wie lange Solarzellen funktionieren ist nicht ganz exakt bekannt, aber wir haben bei uns an der Hochschule Zellen, die 28 Jahre in der Sonne Strom produziert haben untersucht, die Leistung der monokristallinen Zellen war nur um weniger als zehn Prozent abgefallen.

Es macht also durchaus Sinn, einen Teil seines Vermögens in Photovoltaik anzulegen, unabhängig von aktuellen Förderprogrammen, weil Energie auch in zehn Jahren wertvoll sein wird. Sollte Energie bis dahin sehr billig werden, dann können wir uns alle auf die Zukunft freuen, den dort wo Energie billig ist, ist der Wohlstand groß!


Freitag, Juli 27, 2012

Papierbelege digitalisieren

Da geht man zur Post und kauft sich ein paar Briefmarken für einen Geschäftsbrief und zahlt das per EC-Karte. Danach bekommt man zwei Belege mit vielen langen Nummern. Diese Belege landen dann im Karton "Steuererklärung" manche kleben sie schön auf A4 Papier und legen sie in einen Ordner. Dann wird die Belegsammlung an das Finanzamt gesendet und nach einiger Zeit bekommt man die Belege wieder. Dann hebt man sie auf, bis man sie irgendwann vernichtet.
Milliarden von Papierbelegen werden zwischen Firmen, Kunden und Finanzamt ausgetauscht 

In einer Zeit, in der all diese Daten bereits elektronisch vorlagen, frägt man sich, was ist genau faul an dem System. Das Problem ist einerseits, dass Belege Dokumente sind, andererseits, dass keiner alle seine privaten Belege gerne einfach so in das Internet hängt. Will man das Problem lösen, müssen die bisherigen Lösungen gleichwertig digital abgebildet werden.

Digitale Lösung

Die Belege müssen digital signiert sein müssen, damit sie rechtlich nutzbar sind. Zudem muss der Nutzer die Hoheit über seine Belege behalten. Ein möglicher Lösungsweg ist dabei der Folgende:
Digitaler Austausch kann alles vereinfachen

kaufe ich ein einem Geschäft ein, sendet das Geschäft den Beleg digital verschlüsselt und signiert an myServer, der auf meiner Geldkarte angegeben ist. Wenn ich meine Steuererklärung mache, klicke ich all die Belege an, die mit meinem Einkommen zu tun haben. Mit der Elektronischen Steuererklärung (ELSTER) sende ich dann die gesamten Unterlagen digital zum Finanzamt. Das Finanzamt kann digital auf myServer nochmals die Zertifikate prüfen, falls gewünscht. Ein Rücksenden von "Belegen" ist nicht nötig, da die Daten ja auf myServer liegen. Betreiber von myServer könnte etwa ein Steuerberater oder eine Bank oder jedes andere Unternehmen, das ein ausreichenden Vertrauen geniest, sein.

Übergangsphase

Wie viele scheinbar schlaue Lösungen ist diese nur realistisch, wenn es einen Weg des Übergangs gibt, der keinen überfordert. Zunächst wäre es nur notwendig einen rechtlichen Rahmen für das Konzept vorzugeben, ohne die technische Umsetzung festzulegen. Verschiedene Betreiber vom "myServer" Konzepten  können dann besonders kundenfreundliche Lösungen ersinnen. Nach und nach werden immer mehr Belege den elektronischen Weg gehen. Die Vorteile sind auf allen Seiten rasch spürbar. Auf Geschäftsseite müssen immer weniger Belege ausgedruckt werden, weil immer mehr Kunden ihre myServer Adresse bei der Zahlung angeben.
Der Kunde, der myServer nutzt, hat weniger Papier zu verwalten und kann viel schneller seine Steuererklärung anfertigen. Der Abgleich der Steuererklärung beim Finanzamt kann weitgehend elektronisch erfolgen.

Was mich wundert, ist, warum diese Innovation noch nicht realisiert ist, oder habe ich etwas übersehen?

Zum Weiterlesen: Blockchain und Bitcoin


Samstag, Mai 26, 2012

Der Sonnenmensch

Bis vor kurzem war ich der Meinung, dass die meisten Menschen relativ unabhängig von der Sonne leben. Es ist zwar richtig, dass alle in den Stunden nach Sonnenaufgang aufstehen, aber schon abends ist die Korrelation nicht sehr hoch. Ist ein Mensch erst mal wach, dann geht er seinen verschiedenen Tätigkeiten nach, Licht einschalten, Computer nutzen, Zug fahren oder kochen, alles Tätigkeiten die Strom verbrauchen.

Man könnte in erster Näherung daher vermuten, dass der Stromverbrauch irgendwann zwischen 7 und 9 Uhr einsetzt, in etwa gleichmäßig über den Tag verläuft und irgendwann zwischen 22 und 24 Uhr wieder stark abfällt. Danach sollten nur noch einige Fabriken laufen, die Straßenlampen leuchten und die Standby-Funktion Strom verbrauchen.
Stromverbrauch und Solarstromproduktion am 26.5.2012. Die gelbe Kurve gibt die Solarstromproduktion wieder,
grün ist Windenergie und grau sind konventionelle Kraftwerke (Atom, Kohle, Wasserkraft) eingezeichnet.

Der Mensch ist ein Sonnenwesen

Die Realität sieht völlig anders aus! Langsam, ab 7 Uhr beginnt der Stromverbrauch über den Wert der Nachtstunden anzusteigen, erreicht um 12 Uhr sein Maximum und fällt dann bis 19 Uhr wieder ab. Der Verlauf des Verbrauchs ist dabei nahezu perfekt an die Produktion von Solarstrom angepasst. Dabei ist zu bedenken, dass die Solarzellen keineswegs einfach die Helligkeit des Tageslicht ausnutzen, sondern den über den Sinus des Einstrahlungswinkels erzeugten Solarlichtstrom auf die nach Süden ausgerichteten Photovoltaikanlagen der Dächer. Eine komplizierte Funktion, die erhebliche mathematische Berechnungen erfordert, will man sie genau durchführen. 
Der Sonnenmensch, wie wir alle welche sind, weis aber anscheinen intuitiv auf wenige Prozent genau, wie viel Strom er im Lauf eines Tages verbrauchen darf. Meist, ohne auch nur eine Ahnung zu haben, wie viel ein Haarföhn (2kW) eine Herdplatte oder ein Staubsauger benötigt. 

Ein Rätsel

Ehrlich gesagt ist mir dieser Zusammenhang im wesentlichen Rätselhaft. Er ist aber vielleicht auch ein Hinweis, wie schwer der Stromverbrauch in einem Land zu beeinflussen ist, da ich glaube, dahinter verbergen sich wichtige psychologische Konstanten. Auf jeden Fall sollte diese Frage von der Psychologie grundsätzlich aufgeklärt werden, ich habe dazu noch nie etwas gefunden. Obwohl es natürlich für eine Gesellschaft, die in Zukunft noch viel mehr von Solarenergie abhängig sein will schon sehr nützlich wäre, diesen Zusammenhang zu verstehen. Weiterhin ist natürlich klar, dass aktuell Stromspeichern kein Thema ist, aber das wird sich ändern:-)

Ich freue mich auf sachdienliche Hinweise und Kommentare!

Montag, April 30, 2012

Die Wirkung des EEG

Die Solarförderung

Seit dem Jahr 2000 wird in Deutschland die Einspeisung von erneuerbaren Energien, insbesondere von Photovoltaikanlagen, mit festen Preisen gestützt. Der daraus folgende Boom bei der Installation und die Diskussion um die Absenkung ist bekannt. Doch wie wirkt sich die Veränderung der Einspeisevergütung wirklich aus?

Rücklauf der Investition

In einer kleinen Tabelle die Werte: Zunächst das Jahr, die Bezahlung pro kWh Strom, die Kosten einer Solaranlage pro kWh Spitzenleistung und die Anzahl in tausend Stunden (kh) bis die Kosten einmal zurückgelaufen sind.

Jahr   EEG PV [€/kWh] Preis PV [€/kW] Dauer Rücklauf [kh]
2006   0,528                    5000                    9,5
2007   0,492                    4800                    9,8
2008   0,467                    4300                    9,2
2009   0,430                    3450                    8,0
2010   0,391                    2740                    7,0
2011   0,287                    2300                    8,0
2012   0,195                    1900                    9,7

Wie man sieht, wurden im Jahr 2006; 52 Cent für eine kWh gezahlt. Da eine Anlage dereinst noch 5.000 Euro pro kWh gekostet hat, muss diese Anlage 9.500 Stunden die volle Leistung bringen, bis die Investition einmal zurückgelaufen ist. Das sind, je nach Lage, etwa 10 Jahre. Danach verdient die Anlage Geld, oder in anderen Worten, liefert "kostenlos" Strom. Dabei sind keine Zinsen berücksichtigt.
Im Jahr 2010 lag dieser Wert bei 7.000 Stunden, bisher das optimale Jahr für eine Investition. Inzwischen liegt der Wert mit 9.700 Stunden wieder deutlich ungünstiger für den Investor.

Zubau abhängig vom Rücklauf

Es gibt einen gewissen Zusammenhang zwischen PV Zubau und Rentabilität
Je länger es dauert, bis die Investition in eine PV-Anlage zurückgelaufen ist, um so geringer der prozentuale Zubau gegenüber den Bestand. Erstaunlicherweise liegt der Zubau aber fast unabhängig von der Förderquote bei über 40%. Die spannende Frage ist, ob durch die neuen Förderkürzungen diese Wachstumsquote dauerhaft stark unterschritten wird.

Soll man schätzen, wie viel Solaranlagen in 2012 installiert werden, dann würde ich sagen: 40% Wachstum, das sind 9 GW! (Nachtrag: es waren tatsächlich 7,5 GW,  ein Schätzfehler von 17%)
Wie sich das Wachstum der Erneuerbaren in den nächsten Jahren entwickeln wird, findet man unter "Wann kommt der Speicherbedarf".

Montag, April 09, 2012

Das Ende des Fluglärm

Eine der schwierigsten politischen Probleme in Gegenden mit Flughäfen ist der Fluglärm. Einerseits ist ein Flughafen eine sehr praktische Sache, andererseits erscheint der Fluglärm unvermeidlich.

Kann man den Fluglärm vollständig vermeiden?

Ja, und zwar am einfachsten, indem man die Schallquelle, die Flugzeugturbine, am Boden nicht in Betrieb nimmt. Damit hat man das Problem, das Flugzeug in eine Höhe zu befördern, in der es keinen störenden Lärm verursacht. Bekanntlich nimmt der Lärm mit 1/r² ab und ab einigen tausend Metern ist der Fluglärm unbedeutend. 
Start eines Flugzeugs durch anheben mit einem Quadrocopter

Wie bekommt man ein Passagierflugzeug in eine Höhe, in der dieser Turbinenlärm nicht mehr stört? Am einfachsten ist ein Seil, das ähnlich wie bei einem Baukran, das Flugzeug in 1000 m Höhe anhebt. Jetzt benötigt man noch einen Kran, der am anderem Ende des Seils ist. Diese Aufgabe kann ein großer Quadrocopter übernehmen. Dieser Quadrocopter muss einen geeigneten Auftrieb erzeugen, sollte praktisch keinen Lärm machen und zudem ökologisch unbedenklich sein. All diese Forderungen können erfüllt werden. Ein hinreichend großer Quadrocopter, jeder Rotor in der Dimension eines heutigen Windkraftwerks, wird elektrisch angetrieben. Der Strom kommt aus erneuerbaren Quellen und wird über ein frei hängendes Kabel zugeführt.

Start mit Seilwinde
Unterhalb des Quadrocopters hängt ein Seil. Das Seil wird an die Tragflächen des zu startenden Flugzeugs gehängt und der Quadrocopter steigt um 1000 m auf. Jetzt starten die Triebwerke des Flugzeugs und beschleunigen das Flugzeug auf Startgeschwindigkeit. Dann wird einfach das Seil gelöst und das Flugzeug fliegt selbsttragend weiter und erreicht nach einiger Zeit seine Reisehöhe.

Landung
Eine Landung wäre prinzipiell nach dem gleichen Prinzip möglich, allerdings erscheint das einfangen des Seils schwierig. Daher sollte die Landung weiterhin konventionell erfolgen. Zudem ist bei der Landung nur ein sehr geringer Turbinenschub nötig, der Lärm ist daher nicht so störend.

Aussicht auf Verwirklichung

Zunächst erscheint das Verfahren sehr exotisch, und unrealistisch. Doch sollte man die einzelnen Aspekte genauer betrachten. Zunächst ist der Betrieb einer Startbahn eine sehr teure Angelegenheit, geht man davon aus, dass eine Startbahn pro Jahr mindestens 100 Millionen verschlingt, ohne Fluglärmkosten, so ist bereits klar, dass erhebliche Mittel einsetzbar sind, wenn man einen geeigneten Ersatz findet. 
Als nächstes ist der Aufwand für den Quadrocopter abzuschätzen. Ein einfacher Quadrocopter, der problemlos ein Kilogramm Last tragen kann, kostet 1000 Euro. Um ein Flugzeug wie den A380 mit einem Startgewicht von 421 Tonnen anzuheben, wäre bei linearer Vergrößerung eine Investition von 400 Millionen Euro notwendig.

Leistung des Quadrokopters
Damit der Lift gut funktioniert, benötigt man natürlich einen ausreichend leistungsfähigen Quadrocopter, der in fünf Minuten das Flugzeug (A380) auf 1000 m (Für Piloten: 3000 feet) anheben kann. Dies entspricht einer Leistung von 3,6 MW. Zum Vergleich, ein handelsübliches Windkraftwerk hat eine Leistung von 5 MW. Berücksichtigt man jetzt, dass auch der Quadrocopter fliegen muss, nicht alle Wirkungsgrade optimal sind und dass man noch diverse Seile und Kabel anheben muss, verwendet man am besten einen Quadrokopter, der aus vier Windkraftwerken besteht. Damit hat man eine Leistung von 20 MW zur Verfügung.
Zu beachten ist, dass die Quadrokopter direkt an das Stromnetz über ein Stromkabel angeschlossen sind, das frei seitlich herabhängt. Damit entfällt die sehr teure Batterie.
Der Quadrocopter in 3 km Höhe hebt ein Flugzeug in 1000 m Höhe, am Ende des Seils ist ein Ball, damit das Seil nach dem Ausklinken nicht schwingt. Der Quadrocopter ist über eine Stromleitung mit einem Masten verbunden.

Startkosten
Der Preis eines Windgenerators, den man natürlich auch als Windmaschine betreiben kann, liegt bei 3 Millionen Euro, damit kostet der Antrieb 12 Millionen Euro. 
Die Stromkosten eines solchen Starts liegen bei  30 Euro für das Anheben des A380, plus vielleicht nochmal 100 Euro für Stromkosten für den sonstigen Betrieb, wenn es Wartezeiten gibt oder ähnliches.
Interessanterweise spart natürlich das Anheben des Flugzeugs viel Kerosin, das normalerweise gerade in der Startphase verbraucht wird, bei einem A380 sind das viel Tonnen.

Gefahren
Wie jede Technologie in der Luftfahrt, muss natürlich das Risiko durch die neue Technologie überschaubar sein. Zunächst könnte ein Seil reißen, das kann man aber beherrschen, wie der Betrieb zahlloser Bergbahnen zeigt.
Sollte aus irgendeinem Grund das Ausklinken des Flugzeugs nicht gelingen, kann das gesamte System wieder abgesenkt werden, nicht sehr kritisch. Jedenfalls vergleichbar mit Vorfällen, bei denen das Fahrwerk nicht ausgefahren wird. Wobei hier die Technik wesentlich einfacher ist.

Zusammenfassend
Das neue Verfahren zum Anheben von Flugzeugen um den Lärm einzudämmen erscheint sehr vielversprechend. Aktuell sehe ich keine wirklichen Probleme bei der Verwirklichung, freue mich aber auf Kommentare.




Freitag, März 09, 2012

Genom mit USB Stick entschlüsseln

Vor kurzem erhielt ich von der Firma MyHeritage ( http://www.myheritage.de/all-dna-tests ) eine Mail, dass ich  jetzt meine Verwandschaft einfach per Gentest bestimmen könnte. Es geht nicht nur um die alte Frage, wer ist mein Vater oder bin ich der Vater meiner Söhne sondern gleich um die letzen sechs Generationen. Das ganze für relativ kleine Münze, einige hundert Dollar, nicht die drei Milliarden, die noch das erste Human Genom Projekt gekostet hat.
Bildquelle: FAZ
Schneller als Moore
Die Entwicklung der Gentechnik ist aber mit einem preiswerten Test noch nicht am Ende. Die Preise für Gentestgeräte sinken schneller, als das das Mooresche Gesetz beschreibt. Die Entwicklung ist atemberaubend schnell, wie man der obigen Grafik aus der FAZ entnimmt. Damit geht die Entwicklung zum individuellen Gentestlabor, und das ist nicht anderes als ein USB-Stick.
Auf diesem USB-Stick gibt man einen Tropfen Blut, oder was eben das eingene Genom enthält, und liest die Daten in den Laptop ein. Fast so wie ein Memorystick die digitale Daten einliest.
Hat Ray Kurzweil recht
Ray Kurzweil beschreibt in seinem Buch, "The Singularity is Near" aus dem Jahr 2005, dass die exponentielle Entwicklung der Technologie in eine überexponentielle Entwicklung übergeht. Das bedeutet, nicht nur eine kontinuierliche Verdopplung der Leistung, sondern auch eine Verkürzung der Zeitspanne, in der diese Verdopplung auftritt. Insbesondere bei der Gentechnik ist Kurzweil sehr optimistisch und die aktuelle Entwicklung gibt ihm recht. Er sieht als eine wesentliche Konsequenz, dass damit die Medizin revolutioniert wird. Insbesondere kann die Lebensspanne beliebig verlängert werden.
Dafür genügt sicherlich nicht ein USB-Stick, der das Erbgut lesen kann, aber man darf eine extrem verbilligte Messtechnik nicht unterschätzen. eine ähnliche Entwicklung gab es im Internet, mit der Folge, dass heute jeder im Prinzip an alle Informationen kommt. Letztendlich ist das eine Folge massiver Verbilligung bei Glasfasern und Computerchips.
In der Biologie sind wir jetzt vielleicht dort, wo die Elektronik vor 20 Jahren war. Und da konnte man sich viel nicht vorstellen was heute mit einem iPad möglich ist!

Freitag, Januar 20, 2012

Milliarden Planeten

Glaubt man der neusten Untersuchung zu Planeten in unserer Galaxie, dann gibt es viel mehr Planeten als gedacht. (Planets around stars are the rule)
Messier 31, Andromeda Spiral Galaxy, Bildquelle: Boris Stromar 
Warum ist so eine Meldung von größerem Interesse? Das liegt an der Drake Gleichung, die besagt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass man eine weitere Zivilisation in unserer Galaxie findet, von folgenden Faktoren abhängt:
N = R_* \cdot f_p \cdot n_e \cdot f_l \cdot f_i \cdot f_c \cdot L \!\,
gibt die mögliche Anzahl der außerirdischen Zivilisationen in der Galaxis an, die technisch in der Lage und gewillt wären, zu kommunizieren. Frank White: ''The Seti Factor – How the Search for Extraterrestrial Intelligence Is Changing Our View of the Universe and Ourselves.'' Walker & Company, New York 1990, ISBN 978-0-8027-1105-2. S.77: N= "Number of Extraterrestrial Civilizations Able and Willing to Communicate". (Übernommen aus Wikipedia)
Dabei ist
R* die Sternentstehungsrate, die bisher schon gut bekannt war,
fp die Anzahl der Sterne mit Planeten, die bisher kleiner eingeschätzt wurde,
ne Anzahl Planeten in der Ökosphere,
fl  Planeten mit Leben,
fi  Planeten mit intelligenten Laben
fc Kommunikationsfreudige Zivilisationen
L Lebensdauer einer Zivilisation

Da wir bisher keine Signale von einer anderen Zivilisation empfangen haben, bedeutet dies, dass N<1 ist. Wenn  ein Faktor in der Gleichung größer wird, hier speziell fp die Anzahl der Sterne mit Planeten, dann bedeutet das, dass die anderen Faktoren kleiner werden.
Und da gibt es den Faktor L, Lebensdauer einer Zivilisation, wenn dieser Faktor kleiner wird, dann ist auch die Chance auf eine dauerhafte Zivilisation geschrumpft!
Keine gute Nachricht für die Menschheit, die sehr sorglos mit dem Raumschiff Erde umgeht.