Author: Rainer A. Stawarz

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Der Erntefaktor (EROI) einer energetischen Anlage gehört zu den am meisten missverstanden Kennzahlen in der energetischen Physik. Es kommt noch erschwerend hinzu, dass die immer weiterer verfeinerten Ermittlungsmethoden des EROI insbesondere die „erneuerbaren Energien“ immer schlechter haben aussehen lassen. So entstand ein handfestes wirtschaftliches Interesse an Missdeutungen bzw. Relativierungen dieser Kennzahl. Die vorliegende AG sollte all den Fakenews entgegen treten.

TE LE GR AM

Noch bis vor ein paar Wochen hätte ich über den Erntefaktor einer energetischen Anlage (im folgenden verwenden wir das englische „EROI“) gesagt, dieser sei eine allenthalben wohl verstandene physikalische Größe. Denn weder in den Social-Media-Threads noch in den Schulveranstaltungen, etwa Gastvorträgen etc. hatte ich bis dato Anhaltspunkte für irgendwelche Verständnisschwierigkeiten im Zusammenhang mit dieser Kennzahl festgestellt.

Doch dies hat sich in den letzten Wochen und Monaten grundlegend verändert. Auf einmal prasselten Fakenews auf mich ein, die ich früher nicht für möglich gehalten hätte. Dabei ist grundsätzlich zwischen zweierlei Kategorien zu unterscheiden: Die einen sind diejenigen, denen der Sachverstand in Physik schlichtweg fehlt. Sie haben gar nicht verstanden, welche energetische Umwandlungsprozesse z.B. in einem Kernkraftwerk stattfinden und können somit den EROI aus objektiven Gründen gar nicht erfassen. Und da gibt es aber auch jene, die offensichtlich das Ziel verfolgen, den für die „Erneuerbaren Energien“ ungünstigen EROI zu relativieren. Dabei haben wir zuletzt eine Reihe von z.T. grotesken Auswüchsen dieser eiligst bemühten Parawissenschaft erlebt, von denen wir einige auf den nachfolgenden Screenshots abgebildet haben.

Wir unterscheiden innerhalb der AG nicht zwischen diesen beiden Gruppen – sprechen stattdessen neutral von „Denkfehlern“, mit welchem Hintergrund auch immer.

zu meinem Erstaunen zählte zu dieser Kategorie ein Opponent aus der Schweiz, der Physiklehrer sein bzw. gewesen sein wollte…
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EROI. Die Definition
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Ob WKA oder KKW – alle Energie-„Erzeuger“ (eigentlich „Umwandler“) wandeln in einer Kette von Umwandlungsprozessen Primärenergie in Endenergie um, d.h. in jene Form, in der wir die Energie haben, also „ernten“ wollen. In den beiden nachfolgend verglichenen Fällen ist die Endenergie jeweils die elektrische, während die Primärenergie ein Bit komplizierter ist. Klar, bei einer WKA ist es schlicht die kinetische Windenergie, aber bei einem Kernkraftwerk? Die Antwort ist schlicht: die Masse! Denn ja, am Anfang der Umwandlungskette steht in der Tat die in der Masse gem. E=mc² „versteckte“ Energie.

Demzufolge sprechen manche an dieser Stelle von der einzig realisierten „echten“ Energieerzeugung (aus Masse eben), während es sich ansonsten lediglich um eine Energieumwandlung handelt. Wie dem auch sei: dieses Beispiel verdeutlich doch am besten, wie unsinnig es ist, die Primärenergie zu der Gestehungsenergie dazu zu rechnen ; hierzu gleich mehr unter „Denkfehler“
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Wofür steht dann der EROI? Nun, ganz bestimmt nicht für das Verhältnis End-/Primärenergie, was ja der klassische Wikungsgrad wäre. Nein, der EROI beschreibt schlicht und ergreifend, wie energieintensiv das Kraftwerk oder die Anlage ist. Genauer: wieviel Energie muss in die Anlage hineinfließen, um die gewünschte Energieumwandlung zustande zu bekommen; dies relativ zu der am Ende geernteten Energie, versteht sich:

Soweit so gut – kennen wir eigentlich. steht für die „geerntete“ Energie (somit Endenergie), für die „Gestehungsenergie“. Letztere ist eben jene summarische Energie, die über den gesamten Lebenszyklus der Anlage hinweg – von deren Gestehung mitsamt der Brennstoffe (well-to-wheel), über Maintenance bis hin zur Entsorgung – umzusetzen ist, um… Achtung!!! …um eben den Umwandlungsprozess Primär-zu-Endenergie zustande zu bringen (zu „gestehen“). Die Primärenergie des Prozesses zu dessen Gestehungsenergie dazu zu rechnen, ist eine Art Tautologie und gehört zu den meist verbreiteten EROI-Denkfehlern; s. ff. Continue reading „Wenn da nicht der EROI wär‘, wär‘ ich ein Physikär ;-)“ →

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Untersucht werden Möglichkeiten der Nachbehandlung bzw. Weiterverwertung von Spaltnukliden, die als Reststoffe einen schnellen Brutreaktor – z.B. den Belojarsker BN800’er oder einen künftigen DFR etc. – verlassen. Es sollten Optionen sowohl einer energetischen Weiterverwertung als auch einer radiotoxischen Entschärfung dieser Stoffe ausgelotet werden. Die Grundidee beim Letzteren besteht darin, die Zerfallsnuklide länger im Reaktor zu belassen und deren Zerfall abzuwarten.

TE LE GR AM

Man kann vortrefflich darüber debattieren, ob eine solche Fragestellung sehr viel an jenem Aufklärungspotential in sich birgt, was das Hauptanliegen der „AG Energetik“ ausmacht. So erfuhr ich im Vorfeld zwar nicht gleich harsche Kritik, aber schon etwas kritische Hinterfragungen, frei nach dem Motto, wen interessiert schon der Rest von dem ursprünglich so problematischen „Atommüll“? Man sollte doch darin nicht mehr „rumwühlen“ und außerdem leistet man dadurch einem Framing der Anti-Atomkraft Bewegung Vorschub, die zu jeder Lösung im Bereich der Kernenergie das passende Problem braucht.

Doch gerade das mit dem Framing sehe ich ganz anders. Vielmehr meine ich selber einen Frame zu setzen und zwar um die Frage nach all den Brütern und schnellen Neutronen überhaupt! Für mich ist Genenation 4 eben nicht mehr die Frage des Ob, sondern evtl. des Wie bzw. Wann. Oder aber „Was taugen Reststoffe von…“. Ganz bewusst frage ich nicht „wohin damit“. Wenn das kein Framing ist…

Soweit so gut. Damit ist aber die Frage immer noch nicht beantwortet, was das alles mit dem Hauptanliegen der „AG Energetik“ zu tun hat, das unverändert darin besteht, eine Aufklärung in Physik zu betreiben, Methoden der Erkenntnisgewinnung zu vermitteln etc. Nun, diese Frage scheint dann doch relativ einfach zu sein. Denn die Erfahrungen gerade mit Quantencomputing haben gezeigt, dass eine noch so abgehobene Physik die wirklich Wissbegierigen zumeist jungen Leute überhaupt nicht abschreckt; eher ist das Gegenteil der Fall. Fragen à la „Was passiert, wenn wir den Brennstoff länger im Reaktor belassen?“ oder „Wie reagieren Spaltnuklide, denen wir eine Neutronendusche verpassen?“ zeugen von einer doch sehr großen Gier nach Informationen und zwar in einer Disziplin, die immer noch zu den unerwünschten da politisch nicht korrekten dazu zu rechnen ist.

Und bei dieser Begründung für die Namensgebung unserer AG wollen wir es auch bewenden lassen. Denn es würde den Rahmen des Blogs klar sprengen, mögliche Anwendungsgebiete für all die Spaltnuklide der Aktinide zu erörtern. Klar, bei einem Blick auf https://en.wikipedia.org/wiki/Fission_products_(by_element) läuft einem das Wasser im Mund zusammen. Denn da gibt es allerhand wertvolle Stoffe – von seltenen Erden über Refraktärmetalle bis hin zu Edelmetallen – häufig bereits in stabiler (also nicht-strahlender) Form. Dennoch lassen wir es mit dem lapidaren Hinweis auf die Fachliteratur gut sein und konzentrieren uns fortan auf die Frage, ob und wenn ja, wie die radioaktiven Spaltnuklide, etwa die problematischen ¹³⁷Cs und ⁹⁰Sr, radiotoxisch entschärft werden können. Mit anderen Worten, wir legen nun los unter der eigentlichen Überschrift:

Wie kann man die Radiotoxizität der Reststoffe loswerden? Die AG Teil 1

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Bereits ein kurzer Blick auf die rechte Hälfte der obigen Tafel lässt einen schon staunen. Denn dass die Spaltung von ²³⁵U eine Fülle von Isotopen hervorbringen würde (die dann womöglich jeweils anders zu behandeln wären) lässt sich nun wahrlich nicht behaupten. Vielmehr sehen wir eine überschaubare Anzahl von Nukliden – gerade mal ein Dutzend – die sich offensichtlich in zweierlei Gruppen aufteilen lassen:

• • • MLFP (medium-lived fission products): ¹⁵⁵Eu, ⁹⁰Sr, ⁸⁵Kr, ^113mCd, ¹³⁷Cs, ¹⁵¹Sm, ^121mSn;
  • • LLFP (long-lived fission products): ⁹⁹Tc, ¹²⁶Sn, ⁷⁹Se, ⁹³Zr, ¹³⁵Cs, ¹⁰⁷Pd, ¹²⁹I .

Dazwischen sowie unterhalb MLFP’s wie auch oberhalb der LLFP’s gibt es schlicht nichts und das verspricht schon mal die Sache zu vereinfachen. Denn auch wenn unser DFR nicht dafür gedacht ist, ausgerechnet das ²³⁵U zu spalten, sind obige Isotope Bestandteil von dem sog. „Atommüll“, also kommen sie zunächst als Brennstoff in den DFR rein, sofern sie von der PPU nicht von vorne herein abgetrennt werden. Dass letzteres nicht sinnvoll ist – dazu gleich mehr.

Ein zweites und viel interessanteres Merkmal, das die Zerfallsnuklide ebenfalls voneinader unterscheidet, ist der sog. (Neutronen-) Resonanzquerschnitt , wobei für uns der Einfangsquerschnitt von besonderem Interesse ist. Was gleichermaßen wie bei der Halbwertszeit sofort auffällt, ist, dass es ebenfalls zweierlei Gruppen gibt, in die sich die Zerfallsprodukte einteilen lassen. Es handelt sich auf der einen Seite um Nuklide mit einem im Bereich von ein paar Barn, bis sogar darunter und auf der anderen Seite um solche mit im Bereich einiger kbarn (Kilobarn); letztere haben wir zuvor grün markiert.

(Neutronen-) Resonanzquerschnitte (auch „Wirkungsquerschnitte“) kann man sich vortrefflich als Zielscheiben vorstellen. Trifft ein Neutron genau ins „Schwarze“, ist die Wahrscheinlichkeit eine Resonanz (also eine wie auch immer geartete Wechselwirkung, Eindringen in den Target-Kern etc.) zu erzielen, nahe 1. Je mehr wir uns von dem Mittelpunkt entfernen, umso geringer wird die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung, bis sie außerhalb der Zielscheibe praktisch ausgeschlossen ist. Die Fläche dieser imaginären Zielscheibe ist gerade der Resonanzquerschnitt und wird in Barn angegeben: 1 barn = 10^-28 m².
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Einfangsquerschnitte von einigen Kilobarn, wie wir sie bei den „grünen“ Isotopen ausgemacht haben, bedeuten jedoch nichts anderes, als dass der Neutroneneinfang praktisch sofort erfolgt, also unmittelbar nach Entstehung des jeweiligen Nuklids bzw. nach dessen Beimischung als Brennstoff aus dem sog. „Atommüll“.

Beispiel Europium. ¹⁵⁵Eu, mit seinen 3.95 kbarn (!), fängt sich im Nu ein Neutron ein. Das daraus resultierende ¹⁵⁶Eu ist mit einem unter 1 barn vor weiteren Neutronen einigermaßen sicher – u.U. Zeit genug um es abzutrennen (dem Flüssigsalz-Kreislauf zu entziehen) und in aller Ruhe den β^– Zerfall abzuwarten (die Halbwertszeit von ¹⁵⁶Eu beträgt 15 Tage). Das hochwertige und stabile Gadolinium kann bereits nach einigen Wochen „geerntet“ werden:

(steht für stabil, also nicht strahlend... Continue reading „Was taugen Reststoffe schneller Brutreaktoren?“ →

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Untersucht wird das dynamische Verhalten von Erntefaktoren (EROI) „Erneuerbarer“ Energien, insbesondere Wind- und Solarkraft, hinsichtlich installierter Leistung. . Das Fazit der AG ist wirklich niederschmetternd für die Windkraft- und Solarindustrie – ja, man kann mit Fug und Recht von einem Super-GAU sprechen. Denn wie zuvor vermutet, hat sich der Negativtrend bei den χu-Koeffizienten auch in den Jahren 2019-2021 fortgesetzt. Folglich wird bereits der ungepufferte EROI mit zunehmendem Ausbau der „EE“ immer schlechter und zwar allem technischen und technologischen Fortschritt zum Trotz! Berücksichtigt man ferner noch die Pufferung (was eine anderweitige AG in ihrer Fortsetzung untersuchen wird), dürfte der Nachweis für eine „EE-Sättigung“ endgültig erbracht sein! Ein weiterer Zubau von Wind- oder Solar würde dann nahezu vollständig verpuffen und das viel apostrophierte Ziel „100% EE“ als physikalisch unerreichbar ausweisen.

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Motivation. Hintergründe

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Am 15. September 2015 schloss die AG „Energieeffizienz von Windkraftanlagen“ mit der für so manche (aber eben nur für manche ) überraschenden Erkenntnis, nämlich, dass der energetische Gewinn aus Windkraftanlagen mit der installierten Leistung derselben nicht Schritt hält. Der im Laufe dieser AG geprägte Terminus hierfür, der meinen Namen mitführte, gelangte seinerzeit – aus welchen Gründen und auf welchen Umwegen auch immer – zu Google und so reagiert die Suchmaschine bis heute auf den „Effekt“, den ich hier nicht noch einmal explizit nennen möchte. Zu schreiben, es hieße nicht „St…-Effekt“ sondern „Betzscher Effekt“, erhöht ja bekanntlich nicht nur die Rankings vom letzteren…

In der Tat sprach ich persönlich eher vom „Betzschen Effekt“ und untermauerte in der AG den beobachteten Effekt mit dem Betzschen Gesetz, das die Energieausbeute aus einer WKA von der 3’er Potenz der Windgeschwindigkeit abhängig macht.

Allerdings hatte ich von Anfang an Zweifel daran eingeräumt, ob es mit dem Betzschen Effekt alleine wirklich getan sei. Das obige Diagramm jedenfalls scheint da kaum einen Unterschied zur Sonne zu suggerieren, bei der es diese „Betzsche“ 3’er Potenz bekanntlich gar nicht gibt.

So kündigte ich an, baldmöglichst zu untersuchen, ob nicht mehr dahinter steckt. Nun ist es mit dem „baldmöglichst“ so eine Sache gewesen… Continue reading „Sättigung bei den „Erneuerbaren“ Energien. Der χ- (Chi-) Effekt“ →

Nach der Erstveröffentlichung des „Algorithmus zur quantenmechanischen Datenübertragung“ – seinerzeit noch unter der Bezeichnung „EPR“ – am 2. März 2017, erfuhr ich aus dem Netz ein Feedback, was ich eingedenk der „Trockenheit“ der Materie so nicht erwartet hätte. Überrascht hat mich vor allem das häufig geäußerte „faszinierend!“ – auch und gerade von denjenigen, die ansonsten in einer unnachahmlichen Freimütigkeit zugaben, nicht allzu viel davon verstanden zu haben.

Ich persönlich kann mir diese doch recht überraschende Reaktion nur dadurch erklären, dass die Aussicht auf eine Datenübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit bzw. über einen abhörsicheren „Kanal“ eben jene Faszination hervorruft, die die Hemmschwellen zur Quantenmechanik bzw. gar Quanteninformatik etwas absinken lässt. So wird im Allgemeinen gespannt zugehört, man lässt sich alles noch mal und noch mal erklären, man schreckt nicht vor jeder banalen mathematischen Gleichung in einem Beitrag zurück (ein Effekt, den ansonsten jeder Buchverlag zu Genüge kennt Continue reading „QDD – ein Algorithmus zur quantenmechanischen Datenübertragung“ →

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Die vorliegende AG hat durch diverse Extrapolationen einen energetischen Mehrverbrauch eines FCV, also eines „Brennstoffzellers“ gegenüber einem BEV um den Faktor ≈ 2 ermittelt. Dieser Faktor wird durch die realen Erfahrungswerte z.B. mit dem Toyota Mirai Gen. 2, sogar noch übertroffen. Denn dieses FCV braucht nach übereinstimmenden Berichten der Fachwelt knapp 1 kg flüssigen Wasserstoffs auf 100 km, macht satte 12 Liter von diesem edlen Brennstoff! Im Elektrolyseverfahren bedeutet es aber satte 50 kWh Strom für ein Kilo bzw. 100 km, was gegenüber einem vergleichbaren BEV gar das 3-fache an Energie ???? bedeutet.

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Im Teil 1 der AG über alternative Fahrzeug-Antriebe, der AG „Elektromobilität energetisch betrachtet“, haben wir das eAuto ausführlich untersucht und einen Vergleich mit dem klassischen Antrieb angestrengt. In dem vorliegenden Teil 2 wollen wir unsere Überlegungen auf Wasserstoffantriebe ausdehnen.

Wasserstoff übt eine nahezu magische Faszination aus – längst nicht nur auf Menschen, die dem Gedanken der „grünen“ Ökologie zugewandt sind. Auch von erklärten Gegnern der sozusagen „Energiewende“ bis hin zu Skeptikern der Elektromobilität höre ich des Öfteren „mit Wasserstoff… das ist dann was völlig anderes, da macht es ja Sinn…“ Continue reading „Wasserstoffantrieb energetisch betrachtet…“ →