Aus NaturWissenschaft und Technik

Die Beherrschung des Feuers gehört zu den höchsten kulturellen Leistungen des Menschen und sie war ein entscheidender Wendepunkt in dessen Evolution. Mit welchen Techniken lässt sich Feuer entfachen? Mit welchen Maßnahmen lässt sich ein Brand verhindern oder kontrollieren? Doch inwieweit beherrschen wir das Feuer tatsächlich? In den letzten Jahren verursachen weltweit häufiger werdende großflächige Waldbrände enorme Schäden und bringen Menschen in Gefahr. Die Klimaveränderungen beeinflussen das Auftreten und den Verlauf von Vegetationsfeuern, diese haben – und hatten schon in der Vergangenheit – umgekehrt Einfluss auf die Klimaentwicklung. In fünf Vorträgen werden aktuelle Forschungsvorhaben zum Thema „Feuer und Flamme“ vorgestellt.

Der Sommer 2018 war ein ausgesprochener Feuer-Sommer für unsere Wälder in Deutschland und Zentraleuropa. Eine ungewohnt hohe Zahl von Vegetationsbränden zwingt zur Diskussion der Ursachen und regt zum Nachdenken an, was künftig getan werden muss. Erste naheliegende Reaktionen befassen sich mit der Frage, wie Einsatzkräfte noch besser und effizienter vorgehen können. Dieser reaktive Ansatz bekämpft aber nur die Symptome, nicht die Ursachen. Selbstverständlich brauchen wir Feuerwehren, die bestmöglich ausgebildet und ausgerüstet sind. Der Blick über unsere Ländergrenzen hinweg bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Nachbesserung. Die European Forest Risk Facility und das weitere Netzwerk sind seit langem in diesem Bereich des länderübergreifenden “Exchange of Experts” tätig. Allerdings nicht nur auf reaktiver Seite, sondern auch und vor allem in den Bereichen Prävention und Erhöhung der Resilienz: Waldumbau für den klimastabilen Wald.

Waldbrände stellen jedes Jahr weltweit Mensch und Natur vor große Herausforderungen. Doch wie erklären wir die immer häufiger werdenden Feuer der letzten Jahr(zehnt)e? Und seit wann und wie beeinflusst der Mensch natürliche Waldbrände? Dazu wurden im Rahmen einer internationalen Studie Sedimentbohrkerne aus Seen und Mooren auf Überreste von Holzkohle hin untersucht. Aus der Anzahl der Holzkohleteilchen in den Bohrkernen kann dann die großflächige Feueraktivität der vergangenen 10.000 Jahre rekonstruiert werden. Zusammen mit archäologischen Befunden zur menschlichen Landnutzung geben die Daten Aufschluss darüber, wie das frühe Auftreten von menschlich induzierten Feuern die Entwicklung der zentraleuropäischen Landschaft beeinflusst hat. Welche Schlussfolgerungen lassen sich daraus für die zukünftige Landschaftsplanung unter veränderten Klimabedingungen ziehen?

Feuer können regional sehr unterschiedliche Effekte auf Vegetation und Klima haben. Global gesehen ist der Haupteinfluss von Feuer auf die Vegetation eine Reduktion von Waldflächen. Feuer beeinflussen aber auch die Kohlenstoffspeicher in der Vegetation und in Böden und wirken sich durch die Emissionen von Treibhausgasen, und Aerosolen auf die Zusammensetzung der Atmosphäre aus. Feuer wurden daher auch als Prozess in Erdsystemmodellen implementiert, welche zur Projektion des zukünftigen Klimas genutzt werden. Der prognostizierte Klimawandel mit wärmeren und häufigeren Extremwetterereignissen lässt eine häufigere und stärkere Feueraktivität erwarten. Diese lässt sich regional beobachten. Global dokumentieren Satellitendaten jedoch eine Abnahme der weltweiten verbrannten Fläche über die letzten Jahrzehnte aufgrund der zunehmenden menschlichen Eingriffe in die Natur.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Die Kunstfertigkeit, Feuer zu entfachen gehört zu den ersten Leistungen der frühen Menschheit. Dabei bezeichnet Feuer das chemische Phänomen der Verbrennung von Stoffen unter Bildung von Flammen mit Licht und Wärme. Vom Feuerstein und Zunder, über das Streichholz bis zum modernen Lichtbogen-Feuerzeug werden bekannte und verblüffende Techniken zur Erzeugung von Flammen vorgestellt und in einfacher Weise die jeweils zu Grunde liegende Chemie erklärt. An Beispielen wie der Vier-Elemente-Lehre der Antike oder der Phlogistontheorie des 18. Jahrhunderts zeigt sich die fundamentale Bedeutung des Feuers für die Mythologie, Philosophie und Naturwissenschaft und dabei auch die Irrungen und Wirrungen auf dem langen Weg das Feuer nicht nur zu nutzen, sondern auch zu verstehen.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Bitte geänderten Veranstaltungsort beachten:
Ort: Hörsaal BiK-F, Georg-Voigt-Straße 14, Frankfurt (Lageplan: hier)

 

 

Das Feuer haben sich die Menschen schon seit Urzeiten nutzbar gemacht. Ein außer Kontrolle geratenes Feuer – ein Brand – kann jedoch verheerende Schäden anrichten, bei denen Gebäude vollständig abbrennen und Personen zu Schaden kommen können. Das wesentliche Prinzip des baulichen Brandschutzes ist die Vorbeugung der Ausbreitung von Feuer und Rauch, klassischer Weise durch Beschränkung von brennbaren Baustoffen und durch Anforderungen an den Feuerwiderstand von Bauteilen. Das Bauwesen steht jedoch infolge von Mega-Trends wie Energiewende, Nachhaltigkeit, Digitalisierung und dem demografischen Wandel vor einem Umbruch. Brandlasten ändern sich, es werden verstärkt Baustoffe aus nachwachsenden Rohstoffen, Leicht-Bausysteme und Bauteile aus hochfesten Baustoffen eingesetzt. Die Erforschung der Branddynamik von Gebäudebränden sowie die Entwicklung brandsicherer Produkte und Konstruktionen auf Grundlage leistungsfähiger Prognosemodelle ist eine wesentliche Herausforderung im Brandschutzingenieurwesen.

In Kooperation mit

anlässlich der Ausstellung „elektro ± mobil – Geschichte und Gegenwart einer Zukunftstechnologie“

Fast wie ein Naturgesetz steigt in Deutschland Jahr für Jahr die jährliche Gesamtfahrleistung – mit allen ökologischen und ökonomischen Konsequenzen. Wie gelingt der Wandel zu einer nachhaltigen Mobilität, was bringt E-Mobilität? Um das Thema ist eine kontroverse öffentliche Diskussion entbrannt. Begleitend zur Ausstellung „elektro ± mobil – Geschichte und Gegenwart einer Zukunftstechnologie“ im Museum für Kommunikation in Frankfurt gehen wir diesen Fragen in drei Vorträgen nach.

Beachten Sie auch das dreiteilige Seminar zum Thema: hier

Der Verkehr ist der einzige Energiesektor in D, der bisher nichts zur Erreichung der Klimaschutzziele beigetragen hat. Dieselskandal, drohende Fahrverbote und die NO2-Grenzwertfalle verschärfen die Krise des Verbrennungsmotors im Autoverkehr. Für Medien, Politiker und viele Menschen wird in dieser Situation die Orientierung im Dschungel aus Fakes und Fakten immer schwieriger. Viele Taschenspielertricks der Fake-Produzenten lassen sich aber schon mit dem Taschenrechner entlarven. Mit Erläuterungen zur Statistik der Epidemiologen, zu Ökobilanzen und zum tatsächlichen CO2-Ausstoß will der Vortrag zur Versachlichung beitragen. Die Zukunft des Straßenverkehrs liegt in der Elektromobilität, wobei sich Batterie und Brennstoffzelle nicht gegenseitig ausschließen, sondern einander optimal ergänzen.
Zum Abschluss wird der Dokumentarfilm (19 min) über die Energiewende im Verkehrssektor „Wenn möglich bitte wenden“ des Autors gezeigt.

Der Vortrag erläutert unterschiedliche Konzepte der Elektromobilität (Elektrofahrzeuge, Hybridelektrofahrzeuge) zur Nutzung im Individual-, Güter- und öffentlichen Straßenverkehr. Es werden grundlegende Eigenschaften aufgezeigt sowie Vorteile und Hindernisse beleuchtet, die beim Betrieb elektrischer Fahrzeuge auftreten. Dabei wird insbesondere auf die Umweltaspekte (Energieverbrauch, Emissionen, ...) eingegangen, es werden aber auch ökonomische Gesichtspunkte untersucht. Am Bespiel eines elektrisch betriebenen Omnibusses im städtischen Umfeld wird auf die Anforderungen an das Fahrzeug näher eingegangen. Abschließend werden Perspektiven für die Elektromobilität untersucht. Hierbei spielt die künftige Infrastruktur, aber auch die Energiespeicherung (Batterien, Pumpspeicherung, Power-to-Gas-Speicherung etc.) in Zeiten schwankenden Stromangebots aus regenerativen Quellen eine entscheidende Rolle.

Beim Thema Elektromobilität geht es oft hoch her. Während die einen unter Verweis auf die klimapolitische Fragwürdigkeit der derzeitigen Stromversorgung (Stichwort Kohlestrom) dem elektrischen Antrieb kritisch gegenüberstehen, unterstreichen andere seine Unabdingbarkeit für eine nachhaltige Mobilität der Zukunft. Und welche Rolle spielen eigentlich Herstellung und Entsorgung der Fahrzeuge für die Umweltbilanz? Dieser Vortrag möchte diese und einige weitere Aspekte in einen größeren Zusammenhang stellen. Kernfragen sind dabei, welche Rolle Elektromobilität für einen nachhaltigen Verkehr spielen kann / muss und welche Rahmenbedingungen für die Erreichung von Nachhaltigkeitszielen durch Elektromobilität gegeben sein müssen.

Ort: Hörsaal BiK-F, Georg-Voigt-Straße 14, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Soll der globale CO2-Ausstoß wirksam vermindert werden, ist ein weitreichender Umbau der Energiesysteme auf erneuerbare Energien dringend notwendig. Dennoch ist in Deutschland die Energiewende ins Stocken geraten. Dabei gibt es hierzulande  enorme Forschungsanstrengungen zur Steigerung der Leistungs- und Einsatzfähigkeit regenerativer Energiesysteme. In insgesamt sechs Vorträgen werden aktuelle Forschungsvorhaben vorgestellt. Und wir gehen den Fragen nach, welche ökologische Risiken und welche gesellschaftliche Veränderungen mit dem Ausbau der Erneuerbaren verbunden sind.

Eine umfassende Transformation des deutschen Energiesystems ist notwendig, um die nationalen Klimaschutzziele – wie auch internationalen Verpflichtungen zum Klimaschutz – einhalten zu können. Im Stromsektor sind in den letzten 20 Jahren bedeutende Fortschritte erzielt worden, dennoch bleibt sowohl in diesem Bereich, als auch in anderen Bereichen des Energiesystems viel zu tun. Der Vortrag geht auf Grundlage verschiedener Energiesystemszenarien der Frage nach, wie ein treibhausgasneutrales Energiesystem aussehen könnte und welche Rolle speziell den erneuerbaren Energien in einem solchen System zukommt. Es wird dargestellt, welche Maßnahmen zur Verfügung stehen, um trotz der schwankenden Verfügbarkeit von Sonne und Wind hohe Anteile erneuerbarer Energien zu realisieren. Gleichzeitig wird diskutiert, welche weiteren Klimaschutzstrategien verfolgt werden müssen, um spätestens bis 2050 ein klimaneutrales Energiesystem realisieren zu können.

Die Energieversorgung in Deutschland, Europa und weltweit steht vor ihrer bisher größten Herausforderung des 21. Jahrhunderts: der Umwandlung der heutigen Struktur hin zu einer de-karbonisierten Versorgung. Bei dieser Transformation wird der Windenergie die Schlüsselrolle zugesprochen. Die dazu notwendigen Innovationen in Bezug auf Technologie, Infrastruktur und Märkte für die Transformation der Stromversorgung mit einer dominierenden Rolle der Windenergie sind nur durch gemeinsame und koordinierte Forschung und Entwicklung zu schaffen. Der Anteil der Erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung stieg im letzten Jahr auf 35 Prozent oder 226,4 TWh an. Auf die Windenergie entfiel mit 111,5 TWh der größte Anteil. Auf der anderen Seite ist in 2018 ein Einbruch des Zubaus zu verzeichnen. Gründe hierfür sind Unsicherheiten bezüglich Raumordnung, Netzanschlusszusagen und Klagen gegen die Genehmigungen. Hier besteht die Gefahr, die vorgenommenen Klimaschutzziele Deutschlands weit zu verfehlen.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Solarenergie effizient in Kraftstoffe umzuwandeln ist eine der wesentlichen Bausteine für eine nachhaltige globale Energiewirtschaft. Anders wird zum Beispiel ein CO2 neutraler interkontinentaler Luftverkehr absehbar nicht möglich sein. Das Prinzip ist dabei die nahezu unendlich verfügbare Solarstrahlung, die aber fluktuiert und eine sehr geringe Energiedichte besitzt, über am besten kontinuierliche chemische Prozesse, in Stoffen mit sehr hoher Energiedichte zu speichern. Am wichtigsten ist dabei die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff und die Spaltung von CO2 in CO und Sauerstoff. Aus diesen Grundstoffen lassen sich Kraftstoffe wie Kerosin aufbauen. Die Markteinführung muss innerhalb der nächsten 10 bis 15 Jahren zu ökonomisch akzeptablen Konditionen ermöglicht werden um substanziell zur Erreichung der COP 21 Ziele beitragen zu können.

Der voranschreitende Ausbau der Windenergie stellt für den Vogelschutz in mehrfacher Hinsicht ein zunehmendes Problem dar. Durch die Errichtung großflächiger Windparks können Rastgebiete für Zugvögel verloren gehen. „Windkraftsensible“ Vogelarten - wie der Rotmilan - können an Windenergieanlagen als Schlagopfer auftreten. In einer bundesweiten zentralen Datenbank wurden bislang knapp 4000 kollidierte Vögel erfasst. Bei seltenen Arten können diese Verluste an Windenergieanlagen eine Gefährdung lokaler Populationen darstellen. Vorkommen und Verbreitung von „windkraftsensiblen“ Vogel- und Fledermausarten müssen daher bei der Planung und Errichtung von Windrädern Berücksichtigung erfahren. Der Vortrag geht auf die aktuelle Situation in Hessen ein. Wie lassen sich Artenschutz und die Nutzung der Windenergie vereinbaren?

Die Energiewende benötigt Strom – sehr viel Strom. Die meisten Szenarien sehen Photo-voltaik und Windkraft zusammen als tragende Säulen eines nachhaltigen Energiesystems für Deutschland. Von 200 – 500 GW an PV-Erzeugungskapazität bis 2050 ist die Rede, und einem Strombedarf, der sich auf ca. 1000 TWh verdoppelt. Können wir uns das überhaupt leisten, war PV nicht vor kurzem noch eine teure Nischentechnologie? Haben wir Platz für all die Module, ohne wertvolle Ackerflächen zu belegen? Neue Entwicklungen versprechen eine Fortsetzung der atemberaubenden Kostensenkung und Effizienzsteigerungen der letzten Jahre. Was aber passiert, wenn die Sonne nicht scheint, gehen die Lichter aus? Allein mit dem Zubau von Photovoltaik ist ja es nicht getan, das gesamte Energiesystem muss Wandler, Speicher, Netze und viel Flexibilität aufbauen.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Wasserpumpspeicherkaftwerke (PSKW) können riesige Mengen an Energie speichern. Herkömmliche PSKW bestehen aus zwei Speicherreservoiren auf unterschiedlicher topographischer Höhe. Damit sind sie an geographische Bedingungen geknüpft, die sich in Deutschland nur an wenigen Stellen in den Alpen und in den Mittelgebirgen ergeben, jedoch für weitere neue PSKW kaum mehr verfügbar sind. Ein auf den ersten Blick dem „gesunden Menschenverstand“ widersprechender Vorschlag ist ein Meeres-Druckspeicherkraftwerk (DSKW) in der Tiefsee der Meere oder auch tiefer Seen auf dem Land: Dazu versenkt man auf dem Meeresboden einen großen und schweren Hohlkörper, in dessen Außenwand eine Wasserturbine eingebaut ist. Strömt das Wasser unter dem hohen Druck in den Hohlraum, erzeugt die Turbine Strom. Umgekehrt wird der zeitlich stark schwankende Strom aus regenerativen Energien (z.B. Wind und Sonne) zur Turbine/Pumpe am Hohlkörper geleitet und mit ihr das im Hohlkörper befindliche Wasser gegen den hohen Außendruck wieder ins umgebende Meer gepumpt. Die regenerative Energie wird damit indirekt als Unterdruck im Hohlkörper gespeichert. Das Prinzip dieser Energiespeicherung wird im Zusammenhang zu einem Konzept nachhaltiger Energieversorgung diskutiert.

In vermutlich jedem Zentrum einer größeren Galaxie befindet sich mindestens ein extrem massereiches Schwarzes Loch. Die Massen dieser bemerkenswerten Schwerkraftfallen variieren zwischen etwa einer Million und zehn Milliarden Sonnenmassen. Die Schwarzen Löcher können »schlummern«, wie im Zentrum unserer Milchstraße; oder sie können durch Verschlingen von Materie zu hellen, aktiven Galaxienkernen wie den Quasaren werden. Offenbar gibt es eine enge Beziehung zwischen der Masse eines Schwarzen Loches und der Gesamtmasse der umgebenden Galaxie. Das ist erstaunlich, weil die umliegende Galaxie den Einfluss des Schwarzen Loches nicht unmittelbar spüren kann. Daher nimmt man an, dass diese Beziehung aus der gemeinsamen Entwicklung der beiden Objekte herrührt. Aber wann und wie kommt es im Laufe der Entwicklung einer Galaxie zur Ausbildung des zentralen, massereichen Schwarzen Loches?

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.