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Energie

Wasserstofffabrik Kolibakterium

Meldung vom 31.01.2008 - Darmbakterium soll als Energiequelle dienen

Ein genetisch verändertes Darmbakterium der Art Escherichia coli produziert so viel Wasserstoff, dass es als neue Energiequelle in Frage kommt. Bei dem Verfahren, entwickelt von Thomas Wood von der Texas A&M University bei Houston, muss den Bakterien nur Zucker gefüttert werden. Sie scheiden nach der Fermentation des Stoffes reinen Wasserstoff aus. Das Gas entweicht den Gläsern, in denen die Kolibakterien aufbewahrt werden, und kann einfach aufgefangen werden.

Wasserstoff gilt als sauberer, vielseitiger und vor allem erneuerbarer Energieträger. Ein großes Manko ist bis jetzt aber die teure und aufwendige Gewinnung des Stoffes: Industriell wird Wasserstoff entweder aus Erdgas oder durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt, bei der mit Hilfe von elektrischem Strom die Wasserstoff- und Sauerstoffatome der Wassermoleküle voneinander getrennt werden.

Wood möchte dieses Manko mit seiner neuen Technik beseitigen: Durch gezielte Entfernung einiger Gene im Erbgut der Kolibakterien konnte er die Mikroorganismen dazu bringen, 140-mal mehr Wasserstoff zu produzieren, als sie natürlicherweise während der Verarbeitung ihres Nährstoffs Zucker herstellen würden. Als laufende Ausgaben fallen dabei einzig die Anschaffungskosten für den Zucker an.

Würde man die neue Technik heute in ein Haus einbauen, so bräuchten die Bakterien pro Tag allerdings achtzig Kilogramm Zucker, um das Gebäude mit Energie zu versorgen. Der Wissenschaftler ist aber zuversichtlich, durch weitere Verbesserung des Verfahrens die nötige Menge in Zukunft deutlich senken zu können. Wood sieht die Möglichkeit, die aktuellen Anstrengungen, Energiepflanzen als erneuerbare Energiestoffe zu produzieren, für seine Zwecke zu verwenden: Statt mühsam Pflanzen zu Zucker und Zucker zu Biotreibstoff zu konvertieren, möchte er den Zucker einfach den Kolibakterien füttern und so Wasserstoff herstellen.

Auch für den Transport, der für Wasserstoff nicht ungefährlich ist, da der Stoff leicht entzündlich ist und explosiv sein kann, hat Wood eine Lösung: Zucker und Bakterien werden unabhängig voneinander transportiert und erst vor Ort zur Produktion von Wasserstoff zusammengebracht.


Mitteilung der Texas A&M University in College Station

wissenschaft.de – Livia Rasche


Die Regen-Energie

Meldung vom 23.01.2008 - Forscher produzieren Strom aus fallenden Wassertropfen

Französische Forscher können aus Regenschauern elektrischen Strom erzeugen: Die fallenden Regentropfen treffen auf eine spezielle druckempfindliche Oberfläche, die einen Teil der Bewegungsenergie in Strom umwandelt. Die gewonnene elektrische Energie ist zwar winzig, mit ihr könnten jedoch kleine kabellose Geräte oder Sensoren betrieben werden, hoffen die Forscher um Jean-Jacques Chaillout von der französischen Atomenergiebehörde CEA in Grenoble. So könnte sich beispielsweise der Regensensor im Auto, der die Scheibenwischer einschaltet, selbst mit Strom versorgen. Auch autarke Sensoren zur Umweltbeobachtung könnten ihre Versorgungsenergie im Regen sammeln.

Die Forscher rechneten zunächst aus, wieviel Energie sich aus Regentropfen gewinnen ließe, wenn diese auf ein druckempfindliches, sogenanntes piezoelektrisches Material treffen. Diese Bauteile wandeln einen Druck in eine elektrische Spannung um und werden in vielen technischen Geräten eingesetzt, beispielsweise in elektrischen Zündern für Gasherde. Die Forscher schätzten die Tropfengröße bei Nieselregen und Regenschauern mit Durchmessern von einem bis fünf Millimetern ab und errechneten die Aufschlagenergie. Sie übertrugen diese Berechnung in ein Experiment, bei dem sie mit einer Pipette entsprechend große Tropfen auf eine piezoelektrische Schicht spritzten.

Die Versuchsanordnung lieferte ein Mikrowatt elektrische Leistung im simulierten Nieselregen. Dies ist zwar winzig im Vergleich zu Leistungen von Solarzellen vergleichbarer Größe. Der Fortschritt sei jedoch, eine weitere Energiequelle der Umwelt anzapfen zu können, erläutern die Forscher. Im Unterschied zu Solarzellen funktioniere das Verfahren auch bei Dunkelheit, nicht jedoch bei Sonnenschein.

New Scientist, 26. Januar, S. 30

wissenschaft.de – Martin Schäfer


Viel Bioethanol für wenig Einsatz

Meldung vom 08.01.2008 - Forscher favorisieren Rutenhirse als Energiepflanze

Die mehrjährige Rutenhirse eignet sich besonders gut für die Herstellung von Bioethanol, der als Treibstoff für Fahrzeuge verwendet werden kann. Die Bestandteile des in den USA heimischen Süßgrases können so leicht in Zucker umgewandelt und fermentiert werden, dass danach mehr als 540 Prozent mehr Energie zur Verfügung steht, als zur Herstellung des Biotreibstoffs aufgewendet wurde. Das haben Marty Schmer von der Universität Nebraska und seine Kollegen in einer Studie herausgefunden.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich bei ihrer Untersuchung vor allem auf die Frage nach der Energieeffizienz der Rutenhirse. Dazu wählten sie im Jahr 2000 zehn Höfe in Dakota, Nebraska und Minnesota aus, auf denen die krautige Pflanze in Monokulturen angebaut werden sollte. Die Landwirte führten über mehrere Jahre hinweg Buch über die Ausgaben für Saatgut, Dünger, Herbizide und Traktorendiesel und die resultierende Erntemenge.

Befürchtungen, dass die Ausgaben jeden Gewinn weit überschreiten würden, bewahrheiteten sich nicht: Nach einer Anlaufphase von zwei bis drei Jahren mit höheren Kosten und geringer Ernte warfen die Anpflanzungen später kontinuierlich hohe Erträge von 3.500 Litern Ethanol pro Hektar ab. Energetisch besonders günstig schlägt hier zu Buche, dass die holzigen Reste der Pflanze, die nicht für die Zuckerherstellung verwendet werden, die zur Ethanolherstellung nötigen Bioraffinerien allein befeuern können und keine zusätzliche Energieversorgung nötig ist. Es bleibt sogar Strom für den Verkauf auf dem Markt übrig.

Nicht nur im Vergleich zu Benzin, sondern auch zu anderen Lieferanten von Biokraftstoff schneidet das Süßgras gut ab: Da es mehrjährig ist, muss nur selten Saatgut beschafft und ausgebracht werden, nicht wie bei Mais, Raps oder Getreide. Auch fixiert Rutenhirse mehr Kohlendioxid im Boden als diese und hat somit eine weitaus bessere Treibhausgasbilanz. Mit erweitertem Anbau und sorgfältiger Zucht könnte der Ertrag der Rutenhirse leicht um 20 bis 30 Prozent gesteigert werden, glauben die Agrarwissenschaftler. So könnte es in einigen Jahren fast ein Drittel des US-Bedarfs an Treibstoff decken.

Marty Schmer (Institut für Landwirtschaft der Universität Nebraska, Lincoln) et al.: PNAS, Band 105, S. 464

wissenschaft.de – Livia Rasche


Nächster Tankstopp: Hochspannungsleitung

Meldung vom 20.12.2007 - Unbemannte Flugzeuge sollen ihre Energie aus Stromkabeln beziehen

Unbemannte Aufklärungs- und Forschungsflugzeuge könnten sich künftig auf ihren Flügen in Hochspannungsleitungen einklinken, um Energie aufzutanken. Diese Idee wollen Entwickler des Forschungslabors der US-Airforce (AFRL) in Dayton im kommenden Jahr mit einem ersten Prototypen erproben. Experten sind jedoch skeptisch, ob diese unkonventionelle Art der Energiebeschaffung überhaupt technisch zu verwirklichen ist.

Nach den Plänen der Entwickler fliegen die ferngesteuerten Flugzeuge mit Spannweiten von etwa einem Meter die Stromleitung an, klappen ihre Tragflächen ein und bleiben dann wie ein herangewehtes Stück Plastikmüll an dem Kabel hängen. Die im Kabel transportierte Energie könnte dann genutzt werden, um die Batterien des Flugzeugs aufzuladen. Einen Teil der erforderlichen Technologien, beispielsweise zum Einklappen der Tragflächen, haben Wissenschaftler bereits entwickelt. So könnten etwa Kohlefasermaterialien verwendet werden, die in kürzester Zeit ihre Form verändern.

Ob das Tanken von Energie sich an den unterschiedlichen Typen von Stromleitungen auch tatsächlich umsetzen lässt, ist jedoch fraglich: Bei den kleineren lokalen Stromleitungen bestehe die Gefahr, dass das Fluggerät eine zweite Leitung berührt und es dadurch zu einem Kurzschluss kommt, warnt etwa der Energietechnikingenieur Zac Richardson gegenüber dem Onlinedienst des Magazins "New Scientist". Die Folge wäre, dass der Strom abgeschaltet wird und das Flugzeug doch keine Energie tanken kann. Doch auch bei größeren Überlandleitungen könne es zu Störungen der Stromversorgung und zu Schäden am Flugzeug kommen. Das erste Entwicklungsziel ist jedoch erst einmal, die Flugzeuge so zu steuern, dass sie überhaupt unbeschadet ein solches Kabel anfliegen können.

New Scientist, Onlinedienst

wissenschaft.de – Ulrich Dewald


Energie vom Superstaudamm

Meldung vom 07.12.2007 - Mit einem Staudamm zur Abtrennung des Roten Meers vom Indischen Ozean könnte das mit Abstand größte Wasserkraftwerk der Welt entstehen. Das haben Wissenschaftler eines internationalen Forscherteams in einer Studie hochgerechnet, in denen sie das Potenzial und die Risiken eines solchen Mammutprojekts zusammengetragen haben. Demnach hätte das Kraftwerk eine Leistung von 50 Gigawatt und wäre damit fast dreimal so stark wie das Kraftwerk des Drei-Schluchten-Staudamms in China. Der Pegel des Roten Meers müsste dazu jedoch durch Verdunstung um rund sechshundert Meter fallen – mit extremen ökologischen Folgen.

Für das Projekt müsste zwischen dem Jemen und der afrikanischen Küste ein etwa 100 Kilometer langer und mehr als 150 Meter hoher Damm gebaut werden, der das Rote Meer vom Indischen Ozean abriegelt. Den Zufluss vom Mittelmeer durch den Suezkanal auf der Nordseite müsste ein zweiter Damm von 25 Kilometern Länge und hundert Metern Höhe blockieren. Der Wasserspiegel des Roten Meeres zwischen den beiden Dämmen würde daraufhin pro Jahr um gut zwei Meter fallen, da die Region sehr regenarm ist und das verdunstete Wasser daher kaum ersetzt wird.

Erreicht der Pegel ein Niveau von etwa 600 Metern unter dem heutigen Meeresspiegel, hätte das Kraftwerkssystem seine optimale Arbeitshöhe erreicht, ergaben die Berechnungen. Durch am Suezkanal und am südlichen Damm installierte Turbinen könnte dann immer genau so viel Wasser nachfließen, wie in dem eingedämmten Meer jeweils verdunstet. Auf diese Weise könnte mehr als doppelt so viel Strom erzeugt werden wie in allen Kernkraftwerken in Deutschland zusammengenommen.

Allerdings würde es rund dreihundert Jahre dauern, bis das Wasser dieses Niveau erreicht hat – eine Zeit, in der nur wenig Strom erzeugt werden kann. Der Abfall des Meeresspiegels hätte zudem weitreichende Folgen für die Natur und die Menschen, merken die Forscher an: Die Unterwasserwelt des Roten Meers würde in großen Teilen zerstört, die Häfen aller Städte würden trockenfallen und dem Schiffsverkehr wäre die Abkürzung durch den Suezkanal versperrt. Auf der anderen Seite stünden jedoch die gewaltigen Mengen ohne Treibhausgase erzeugter Energie. Eine klare Empfehlung für oder gegen das Projekt wollen die Forscher daher nicht geben: Wenn die betroffenen Staaten sich für ein solches Projekt entscheiden würden, müssten sie sich auch der negativen Folgen bewusst sein.

Roelof Schuiling (Universität in Utrecht) et al.: International Journal of Global Environmental Issues, Bd. 7, S. 341

wissenschaft.de – Ulrich Dewald


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by Dr. Radut