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Sein oder Nichtsein? Das ist hier die Strömung!

Was ist der Kraftstoff der Zukunft?

 Vergangenes Jahr wurde mir diese Frage gleich bei mehreren Gelegenheiten gestellt.

Ich frage mich selbst, ob ich derjenige bin, der sie beantworten sollte.

Auf der anderen Seite - wer kennt die richtige Antwort auf diese Frage, die 1.000.000 Dollar wert ist?

The fuel of the future

Also, Wert hin, Wert her, hier ist meine Meinung. Lassen Sie uns einen Blick auf die Kristallkugel werfen, ob wir da die Antwort finden.

Uns lassen Sie uns am besten vom Anfang anfangen. Der Kraftstoff dient als Energiespeicher. Die berühmte Einstein Gleichung E=mc², sagt uns, dass Energie und Materie gleichwertig sind. Wir wissen auch, dass es nur drei Wege gibt, wie man die Energie von der Materie freisetzen kann:

  1. Als Kombination der Materie mit der Antimaterie: Falls unsere Auffassung der Physik und Mathematik richtig ist, enthält der Kosmos die gleiche Menge Materie und Antimaterie (wir wissen nur nicht, wo sie zu finden ist). Für jedes Elektron sollte es also (irgendwo) ein Positron geben, für jedes Proton ein Antiproton usw. und wenn das Elektron auf ein Positron trifft - KRACH! - die Teilchen zerstören einander gegenseitig und die ganze Materie und Antimaterie wird in zwei Phontonen der elektromagnetischen Energie umgewandelt.
  2. Durch das Spalten oder die Fusion der Kerne: Die gesamte Materie setzt sich aus Atomen zusammen.  Alle Atome enthalten den größten Teil ihres Gewichts in ihrem Kern in der Form von Protonen und Neutronen. Das Zusammenhalten aller dieser Teilchen im gemeinsam genutzten und begrenzten Raum erfordert die größte Kraft im Weltall: die Kernkraft! Wenn wir mit dieser Kraft ein wenig spielen und diese Kernbindungen entweder spalten oder die Bildung neuer erzwingen, werden riesige Energiemengen in der Form von Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung freigesetzt.
  3. Durch Verlagerung der Elektronen und Verschiebung ihrer Umlaufbahn: Die elektromagnetische Kraft erhält die Elektronen innerhalb des Atoms auf ihrer Umlaufbahn um den Kern, dass sie nicht beliebig herumfliegen. Nachdem man erreicht, dass die Atome die Positionen ihrer Elektronen verändern, z. B. durch das Erzwingen einer chemischen Reaktion, setzt man Energie in Form von Photonen - kleiner Teilchen - frei, die in das Weltall mit unterschiedlichen Frequenzen hinaustaumeln: Hochfrequenzstrahlung, als Gamma- und Röntgenstrahlen, mittels Mittelfrequenz Taumelung, als UV, sichtbares und infrarotes Licht, und Langwellenfrequenzen als Mikrowellen und Funkwellen.

Also, lassen Sie uns jetzt, nachdem wir verschiedene Arten der Energiefreisetzung aus der Materie definiert haben, analysieren, wie wir, als Menschen, dieses Potential nutzen können.

Wahl 1: Vernichtung der Materie und Antimaterie: In der Sendung Star Trek und in ähnlichen seriösen Scifi-Darstellungen wird diese Methode häufig für die Warp-Motoren benutzt. Diese Technologie bleibt bis auf weiteres nur im Bereich der Phantasie und Subjekt der CERN Experimente. In der modernen Medizin wird jedoch dieses Phänomen bereits im Bereich der Positronen-Emissions-Tomographie für die Darstellung des Körpers mit hoher Auflösung benutzt.

Einsatzmöglichkeiten: die Vernichtung der Materie/Antimaterie ist extrem bei der Freisetzung der Energie wirksam und könnte daher der ideale Kraftstoff der Zukunft sein. Das würde jedoch riesigen technologischen Fortschritt erfordern (mittlerweile wissen wir weder, wie man bedeutende Mengen der Antimaterie generieren, noch wie man diese lokalisieren könnte. Wahrscheinlichkeit der Implementierung im Laufe der nächsten zehn Jahre: 0.0001%

Wahl 2: Atomkraft: Die zweite Methode, die Atomkraft ist ein Verfahren, mit dem viele Länder einen gewissen Anteil ihres Energiebedarfs decken. im Allgemeinen werden die großen Urankerne zum Zweck der Freisetzung ihrer Energie gespalten. Im Bereich der Forschung wird zurzeit die umgekehrte Version der Kernenergie getestet - Fusion der leichten Kerne, um massivere Atome für kommerzielle Nutzung zu bilden. Über deren Nutzung wissen wir nur vom Auto Delorean des Michael Fox im Film „Zurück in die Zukunft“ Bescheid.

Einsatzmöglichkeiten: Kleine Reaktoren auf Basis geschmolzener Salze gibt es zwar bereits, sie eignen sich jedoch nicht für die Verwendung in Automobilen und anderen Verkehrsmitteln. Es bleiben einige technische Probleme offen, wie zum Beispiel Abschirmung der Reaktoren zur Vorbeugung der Freisetzung von Hochenergieelementen.  Wahrscheinlichkeit der Implementierung im Laufe der nächsten zehn Jahre: 0.002%. Hier müssen wir aber aufmerksam werden! Bei der Produktion der Kernenergie im großen Ausmaß, sei es durch Spaltung (mit größerer Wahrscheinlichkeit) oder Fusion (Möglichkeit in der Zukunft), werden (auch in der Zukunft) riesige Mengen elektrischer Energie erzeugt, die als zukunftsweisender Kraftstoff für Automobile dienen könnte. Das heißt, dass die Relevanz der Kernenergie als Kraftstoff proportionell mit dem Typ des Motors zusammenhängen wird.

Wahl 3: Elektromagnetische Kraft: Also, lassen Sie uns zur Sache kommen. Das ist eben die dritte Art der Energiefreisetzung, die beinahe exklusiv für den Antrieb der Automobile benutzt wird. Die Menschheit entwickelte zwei elementare Motorarten für die Nutzung dieser Energieform: den Motor mit innerer Verbrennung und den elektrischen Motor. Schauen wir uns jeden einzeln an.

Der Verbrennungsmotor oxidiert Kohlenwasserstoffmoleküle, infolgedessen Kohlendioxid und Wasser entstehen. Diese chemische Reaktion ist äußerst exothermisch, was bedeutet, dass dabei eine große Menge elektromagnetische Energie in Form von Wärme (infrarote Photonen) freigesetzt wird, was eine rapide Vergrößerung des CO2 und H2O Volumens der gebildeten Gase verursacht, was den Motor antreibt. Kohlenwasserstoffkraftstoffe, sein es Diesel oder Benzin, sind das Ergebnis der photosynthetischen Umwandlung der Sonnenstrahlung in chemische Energie. Diese Moleküle enthalten eine unvergleichbare Energiedichte und lassen sich leicht transportieren, was sie zu einem idealen Mittel der Energielagerung und -übertragung macht. Die vorhandene Infrastruktur für die Produktion, Lagerung und den Vertrieb der Kohlenwasserstoffflüssigkeiten ist umfangreich und zuverlässig.

Die Energiedichte der Kohlenwasserstoffflüssigkeiten liefert grundsätzliche Vorteile für den See-, Flug-, sowie Straßengüterverkehr, die schwierig zu ersetzen sein werden, auch in Bezug  auf die bedeutenden Fortschritte der künftigen Speichertechnologien (das Gewicht der gegenwärtigen Batterien wird zumindest zehnfach zu reduzieren sein). Die wichtigste Anforderung an diese Verkehrsarten ist die Möglichkeit, so viel wie möglich Energie auf Bord zu speichern, mit dem kleinstmöglichen Volumen und Gewicht. Also, solange keine Motoren für die Vernichtung der Materie und Antimaterie bzw. Verarbeitung der Kernenergie entwickelt sind, beruht die Zukunft des Güterverkehrs auf Kohlenwasserstoffkraftstoffen.

Personenkraftwagen haben jedoch nicht so hohe Barrieren, was es das Verhältnis der Energiedichte / das Gesamtgewicht des Wagens betrifft. Hier ist also der Übergang von Verbrennungsmotoren und Kohlenwasserstoffkraftstoffen auf Elektrizität viel wahrscheinlicher. Die Hauptantriebskraft bei dieser Veränderung ist die Notwendigkeit, die Treibhausgasemissionen und den Anteil der PKW an deren Menge, zu senken. Auf der Ebene der Elektromobile wird dieser Anteil auf null reduziert. Die Erzeugung als solche, kann, obwohl muss nicht, eine Quelle der Treibhausgasemissionen sein. Es ist daher wichtig, strategische Entscheidungen im Hinblick auf die Elektrizitätsquellen (Kohle, Atom, erneuerbare) zu treffen und Systeme der effizienten Speicherung bilden - es darf nicht vergessen werden, dass die Elektronen Elemente auf der Ebene von Molekülen sind und dass sie sich nach besonderen Ordnungen der Quantenphysik verhalten. Deren Speicherung ist also viel anspruchsvoller, als die Lagerung von Molekülen. Die vorhandene Technologie hat den Anschein, dass sie der besten Möglichkeit der Implementierung der Elektrifizierung der Fahrzeuge im Wege steht. Es gibt zwei wichtigste Möglichkeiten: Nutzung von Batterien (hier sind die Haupthindernisse das Gewicht und der Preis der Rohstoffe) oder Wasserstoffbrennstoffzellen (hier sind die Erzeugung und Lagerung des Wasserstoffs aufwendig). Es ist interessant, dass in Fernost Japan auf die Technologie der Wasserstoffbrennstoffzellen setzt, mit der Verpflichtung 400 000 solche Fahrzeuge rechtzeitig für die Olympischen Spiele 2020 in Tokyo zur Verfügung zu stellen. China investiert mittlerweile in die Forschung und Entwicklung der Batterietechnologien, einschließlich der Suche nach Ressourcen der unerlässlichen Rohstoffe. Diesen technologischen Wettbewerb sollten wir sorgfältig verfolgen und vorsichtig die sich daraus ergebenden Lektionen in Betracht ziehen.

Die Tschechische Republik könnte der Standort von bis zu acht neuen Wasserstoff-Tankstellen bis 2023 mit der Erweiterung auf zwölf bis 2025 werden. Das Tschechische Verkehrsministerium verpflichtete sich zur Förderung der Wasserstofftankstellen in der Höhe 1,2 Trillionen CZK, was im Hinblick auf die sinkenden Preise des Wasserstofftankstellenbaus sowie des Vertriebs eine bedeutende Investition ist. Globale Institutionen, wie Hydrogen Council, melden erhebliche Fortschritte im Bereich Bau und Vertrieb des Wasserstoffs und betonen dessen wachsende Wichtigkeit im Energiemix. Indem der meiste Wasserstoff zurzeit aus fossilen Kohlenwasserstoffquellen erzeugt wird, arbeiten Gesellschaften wie Unipetrol intensiv an der Optimierung der Wasserstofferzeugung aus alternativen Quellen, wie z. B. durch Elektrolyse des Wassers.

Wahrscheinlichkeit der Nutzung: Die elektromagnetische Kraft, sei es in Form der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen oder elektrischen Energie, bleibt uns aus vielen Gründen, beginnend mit der Produktion, über die Speicherung, bis zum Vertrieb, noch lange treu. Indem der Gütertransport ganz bestimmt weiterhin durch die Nutzung der Kohlenwasserstoffflüssigkeiten beherrscht wird, könnte bei den PKW eine Veränderung in Sicht sein. Die große Frage ist, wie der Automobilmotor der Zukunft aussehen wird? Wird es ein Verbrennungsmotor oder ein elektrischer Motor sein? Vieles hängt von der Implementierung der technologischen Experimente ab, die zurzeit vorgenommen werden, sowie von der Diskussion im gesellschaftlichen Rahmen. Wahrscheinlichkeit der Implementierung im Laufe der nächsten zehn Jahre:  Flüssige Kohlenwasserstoffflüssigkeiten: 100 % - halten aktuell das Amt der Brennstoffe und es wird sehr schwierig sein, sie zu ersetzen. Elektronen/Elektrifizierung: 30 % Chance der Massenimplementierung im Laufe des kommenden Jahrzehnts. Zuletzt werden wir aber höchstwahrscheinlich die Nutzung der Kohlenwasserstoffe ersetzen müssen, sei es durch Kraftstoffe auf Wasserstoffbasis oder durch das Stromnetz.

Wollen Sie auf die Zukunft der Kraftstoffe wetten?

Michael Londesborough