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Titel: "Alternative Politik 2000"

 

Details vereinfacht zur Mobilität

Untertitel:

Mobilität und dessen Probleme

Zur Home                                                   Page letzte Aktualisierung am: 13.04.2019

 

Zur Themenübersicht

 

 

Slogan: Neue Ideen sind gefragt, so funktioniert es!

 

 

 

 

Themendarstellung vom Autor RFWe49:

 

 

 

Elektrische Energiespeicher, die Akkumulator-Batterie, oder einfach ausgedrückt, der Akku. noch provisorisch!!!

 

 

Luftchemie, Schadstoffe, Grenzwerte, Energie und Erderwärmung.                            fast fertig

 

 

 

Alle folgende Themen sind möglichst allgemeinverständlich und vereinfacht dargestellt!

Es ist oft eine umfassend interdisziplinäre Ausführung, sozusagen über dem Tellerrand gesehen.

 

 

 

 

 

 

Absatz 1     Der Akkumulator

 

Einführung:

Akkutypen mit hoher Energiedichte Wh/kg

wie sie für mobile Zwecke notwendig sind

 

 

 

 

 

 

1.1. Verschiedene Lithium-Ionen-Akkus:

 

Lithium-Polymer ...  /  Lithium-Titan  /  Lithium-Mangan  /  Lithium-Eisenphosphat

 

Hinweise:

    Beim Laden wird der +Pol zur Anode (e*-Zuführung) und entsprechend der -Pol zur Kathode (e*-Abführung)

    Beim Entladen wird der +Pol zur Kathode (e*-Abführung) und der -Pol zur Anode (e*-Zuführung)

 

Die Physikalische Stromrichtung* ist korrekt: von - nach +. Die technische Stromrichtung ist wegen damaliger Unwissenheit aus historischen Gründen falsch festgelegt worden:

von + nach -    (das Elektron e ist immer negativ)

 

Skizzen usw. in Arbeit

 

 

Lithium-Polymer (Li-Po), der meist verwendete Akku! Er hat ein vorteilhaftes Festelektrolyt, aus einem Polymer.

140Wh/kg, 3,5V bis 4,3V (3,7V/Zelle), +Pol Lithium-Metalloxid und -Pol meist aus Graphit

Überwärmeempfindlich, benötigt eine Schutzschaltung, Mindestwärme notwendig, Tiefentladungs- und überladungs-empfindlich. (Vorgänger erster Lithiumakku: +Pol aus Lithium-Kobalt-Oxid)

 

 

Lithium-Titan (Li-TO), er ist sehr teuer! Er hat ein Flüssigelektrolyt.

nur 90Wh/kg, nur 2,4V/Zelle, -Pol Lithiumtitanspinell,

problemlos eine Schnellladung möglich bei entsprechender Ausführung

 

 

Lithium-Mangan (Li-MN), er ist teuer! Er hat ein Flüssigelektrolyt? Wird oft beim Pedelec verwendet!

nur 110Wh/kg?, nur 2,4V/Zelle?, +Pol Lithiummanganoxid, -Pol aus Kohlenstoff, meist aus Graphit

 

 

Lithium-Eisenphosphat (Li-FP), er ist teuer! Er hat ein Festelektrolyt.

nur 90Wh/kg, 3,2 bis 3,3V/Zelle, +Pol Lithiumeisenphosphat, -Pol aus Kohlenstoff, meist aus Graphit

Schnellladefähig, 8000 Zyklen, Langlagerung nur voll oder leer.

 

 

Einfache Überschlagsrechnungen zu den Ladezyklen:

50 Wochen mal 15 Jahren = 750 Ladezyklen.

300km/Woche mal 50 Wochen = ungefähr 1500km/a mal 15 Jahren = 225'000km/Fahrzeuglebensdauer.

 

 

Bedarf noch einer Überarbeitung

 

 

Gibt es sonst noch andere mobile Energiespeicher-Lösungen für die Mobilität?

 

 

Zunächst die Frage,

was wäre alles bezüglich der mobilen Energiespeicherung für  den reinen E-Strombetrieb unrealistisch?

Derzeit versucht die Industrie und Politik bei Pkws nur deren Verbrennungsmotore durch Elektromotore zu ersetzen. Sie sollen nur mit Akku, oder in der Übergangszeit mit Akku und Verbrennungsmotor kombiniert betrieben werden (letzteres nennt man Hybrid).

Weitere Alternativen: Statt des Akkus sind auch Brennstoffzellen im Gespräch, die an Bord chemische Energie (wie Wasserstoff usw.) in elektrische Energie umwandeln. Es gibt noch weitere Ideen, aber alle sind eher unrealistisch. Selbst die Verbrennungsmotore beizubehalten und mit Wasserstoff zu fahren (flüssig gekühlt, oder gasförmig unter Druck) ist unrealistisch! Natürlich sind diese Negativfeststellungen nur der Stand der Technik von heute. Dieser könnte sich, was aber sehr unwahrscheinlich ist, in vielen Jahren theoretisch noch ändern.  In diesem Dokument folgen zu diesen Negativfeststellungen keine näheren Begründungen. Grob gesagt handelt es sich um sehr teure Alternativen. Selbst durch einer Massenproduktion werden diese Systeme kaum billiger und es ist hier kein Licht am Ende des dunklen Tunnels zu sehen!

 

Ein Beispiel für derzeit, nur mit Akku elektrisch fahren zu wollen,

also, ohne 2-polige Stromschiene, (bipolar power rail, 2-polige Leistungs- / Kraft-Schiene),

oder alternativ, ohne zweipoligen Fahrdraht):

Um eine vernünftige Reichweite (mit Heizung und Klimaanlage) von wenigstens 300km zu erzielen, muss der Akku genügend Kapazität haben, schnell ladbar und generell nicht brandgefährdet und nicht explosiv sein. Hierzu bietet sich derzeit der Lithium-Ionen-Akku (LI-Akku) (als Überbegriff) mit seiner im vergleich zu anderen Akkutypen hohen Energiedichte an. Es werden viele dieser Sekundärzellen (korrekt: zu einer Batterie) zusammengeschaltet. Was bei einem Elektrofahrrad gerade noch handhabbar und bezahlbar ist, ist beim Pkw teuer und erst recht für den Lkw nahezu unbezahlbar, also unwirtschaftlich. Der Pedelec-Li-Akku 400Wh Energie für einen 100W-Motor-Dauerlast (z.B. 250 W-Motorleistung max.) kann über Nacht geladen werden und reicht für über 5h übliche Teillast-Fahrt (ca. 100 km). Nach acht Jahren (nur 700 Vollladungen) muss er derzeit für bis 900€ je nach Qualität erneuert werden (ein Akku für 200€ kann eher nicht die gleiche Qualität haben!) Für einen PKW mit ca. 50kW-Motor-Dauerlast (z.B. 150kW-Motorgesamtleistung max.) wäre das das ein Vielfaches an Größe (ca. 150kWh = 375-fach) sowie Kosten und das für nur 300km/Ladung!

Das Leichtmetall Lithium (Li) ist nur sehr aufwändig der Erde zu entnehmen. Lithium hat an der Erdkruste einen Anteil von etwa 0,006 %. Nur noch 29 Millionen Tonnen sind sehr verteilt vorhanden. (Beispiel: Kupfer noch 720 Millionen Tonnen aber konzentriert vorhanden). Auch der ökologische Rucksack (Eine Ökobilanz von Zerstörung der Umwelt und Aufwand an Chemie, sonstige Rohstoffe, Abwässer usw. und der notwendigen Energie ist wie bei vielen Reinstoffgewinnungen. Der Energie-Erntefaktor und die benötigte graue Energie sind nur zwei Gesichtspunkte von vielen). Wenn nach Verschleiß der Akkus wie beim Eisen /Stahl optimal recycelt wird, verbessert sich sich diese Ökobilanz erheblich!

Wollten wir alle Kraftfahrzeuge der Welt mit großen Li-Akkus versehen, würde trotz Recycling das Lithium bei weitem nicht reichen und wäre dadurch unbezahlbar. Kleine Akkus sind dagegen realistisch!

Der zukünftige Silizium-Luft-Akkumulator (SL-Akku) ist vielleicht einmal eine realistische Lösung, das kann aber noch sehr, sehr lange dauern (20 bis 40 Jahre und mehr für lediglich einen Prototyp).

Auch die Redox-Flow-Batterie, [eher ein Akku mit getrennter Ladeeinrichtung (als Sekundärelement) und Entladeinrichtung (als Primärelement)], ein System bei der die chemische Energie in einer Flüssigkeit steckt, ermöglicht einen schnelle Flüssigkeitsaustausch zur Ladung. Dennoch ist dieses komplizierte System eher etwas für Großanlagen z.B. als Spitzenlastpuffer für das Strom-Verbundnetz.

 

Akkus werden immer besser, ob das reicht um auf die Stromschiene verzichten zu können?

Zu bemerken ist, dass die Akkuentwicklung enorme Fortschritte nachweisen kann. Es kann inzwischen einen sehr hohen Li-Reinheitsgrad erreicht werden!

Sie werden billiger und halten länger. Aber Ihr Gewicht für 300km Reichweite ist immer noch enorm. Weiteres Problem: Sehr schnelle Ladungen schaden den Akkus. Dann noch die Probleme bei sehr niedrigen (-25°C) und sehr hohen Temperaturen (+40°C) sind nur bedingt gelöst.

 

 

 

 

 

Absatz 2    Luftschadstoffe in der Erdatmosphäre

 

Einführung Luftchemie:

Luftzusammensetzung früher und heute, sowie die Funktion der Luft,

Schadstoffe und deren Grenzwerte im Detail aber vereinfacht dargestellt

 

 

 

 

 

 

2.1. Die Luftzusammensetzung unserer Atmosphäre und deren Funktion \ Nutzen

 

Luft ist ein nicht brennbares GAS und erzeugt auf der Erde durch sein Gewicht von 1,2kg/m3 (immer auf 20°C bezogen) bei 0m Höhe etwa 1 bar Druck!

 

Im wesentlichen besteht Luft ohne den Wasserdampf H2O aus den 2 Elementen:

Stickstoff N, Sauerstoff O. Diese bilden mit sich selbst kleine Moleküle (Elementen-Moleküle) N2 und O2.

Die Volumen-%-Anteile sind etwa (man könnet auch die Gewichts-% angeben mit ähnlichen Werten):

78%v N2 und 21%v O2. Dann bleiben noch etwa 1%v für die Spurengase und Erosole!

 

Hinweis zu Stickstoff   14N: Es gibt 16 Isotope wie 15N, die restlichen sind, wenn sie entstehen schnell instabil.

(Ein relativ unproblematisches Gas, außer bei der Verbrennung bei hohen Temperaturen.)

 

Hinweis zu Sauerstoff 16O: Es gibt noch 2 Isotope, 17O und 18O, beide sind nicht radioaktiv.

(In hoher Konzentration ein problematisches Gas. Menschen mit extrem vielen Stunden bei reinem Sauerstoff und besonders unter höheren Druck kommt es zur Sauerstofftoxikose, ansonsten besteht eine hohe Brandgefahr für brennbare Materialen in der Umgebung.)

 

Der Wasserdampfanteil H2O (normalerweise unsichtbar) schwankt zwischen 0 bis 4%v.

4%v ist z.B. die absolute Luftfeuchtigkeit von 100% bei warmer Luft

(daneben gibt es noch die relative Luftfeuchtigkeit, diese bezieht sich mit 100% immer nur auf die maximale Sättigung die von der Lufttemperatur abhängig ist!).

Wegen diesen enormen Schwankungen 0%v bis 4%v rechnet man bei Verteilungsangaben (als Faktor vol, oder %v, oder ppmv Angaben), dieses Wasser immer heraus. Kalte Luft ist früher gesättigt, währenddessen warme Luft viel mehr Wasserdampf enthalten kann, (bis zu  4%v absolut, aber zusätzlich Wasser als den sichtbaren Nebel, letztlich Miniatur-Tröpfchen ergeben natürlich noch viel höhere Werte als 4%v).

 

 

A) Wo kommt das N und das O her:

 

Alle unsere wichtigen 1 bis 92 Elemente und deren (1 bis 92) Isotope (das Elementen-Periodensystem geht allerdings noch über 92 hinaus) von Wasserstoff 1H über Helium 2He bis zum Uran 92U, dazwischen das 7N und 8O, sind vor vielen Milliarden Jahren im Weltall durch Primordiale Nukleosynthese und durch stellaren Nukleosynthese, nämlich aus physikalischer langsamen Kernfusionen (schwache und starke Wechselwirkung) und in den schnellen Supernoven entstanden. Bis hin zum Eisen 26Fe ist der Vorgang Energie abgebend (Massendefekt durch die reduzierte starke Kernkraft) und darüber bis Uran Ur ist der Vorgang Energie verzehrend (Massendefekt durch die erhöhte starke Kernkraft).

Das O oxidierte irgendwo im Weltall, und auf der Erde nach und nach Energie abgebend (Exotherm, Massendefekt durch die veränderten Atomaren Elektrischen Feldern) chemisch u.a. zu dem über aus wichtigen Wasser H2O (letztlich korrekt Wasserstoffoxid) und zu Kohledioxyd CO2 aber CO2 ist heute nur noch ein Spurengas.

CO2 in der Atmosphäre dient als essentieller (nicht verzichtbar), gasförmiger Nährstoff für alle Pflanzen (C3- und C4- und CAM-Typen). Siehe hier unter 4): CO2

 

 

B) Wem und was nutzt dieses Element N:

 

Die Zellen allen Lebens bestehen aus den Proteinen, ein Makromolekülen (oft fälschlich Eiweiß genannt). Diese Proteine wiederum bestehen typisch aus einigen N (z.B.  3N und 6O und 6C und 19H). Der Mensch und das Tier kann mit N2 aus der Luft nichts anfangen. Nur wenige Pflanzen (z.B. Weiß-Klee, Luzerne usw.) können mit Hilfe der Knöllchenbakterien den Luft-Stickstoff so binden, dass die Pflanzen daraus die wichtigen Proteine bilden können (z.B. Futter für Nutztiere und somit Proteine für Tiere und den Menschen, oder wir essen die Pflanzen direkt als vegetarische Kost).

Ansonsten erzeugt z.B. N2 mit O2 ab 800°C  NOX als Emission in die Atmosphäre und stellt damit ein giftiges Spurengasgemisch dar (X steht für insgesamt 9 verschiedener NO...-Untertypen).

Nebenhinweis: Es gibt noch endlos viele N-Verbindungen, diese Molekühle hier alle aufzulisten würde den Rahmen dieses Grundthemas sprengen.

 

 

C) Wem und was nutzt dieses Element O:

 

Die meisten Lebewesen benötigen Sauerstoff für Ihren Stoffwechsel (ein gigantischer Wissensbereich). Produziert wurde dieser aus dem H2O und CO2 einmal hauptsächlich durch die Algen in den Weltmeeren und später durch höherwertigere Pflanzen vor über 2 Milliarden Jahren bis heute, wobei die Pflanzen beim Verwesen wieder den gleichen Sauerstoff benötigen, den sie einmal erzeugt haben! Nur der Sauerstoff blieb übrig der nicht zum Verwesen benötigt wird. Das ist der derzeitige Pflanzenbestand und hauptsächlich dieser durch die vergangene Inkohlung usw., also der Pflanzenresten z.B. die zur heutigen Steinkohle wurde. Weiterhin wurde und wird vermutlich O2 aus H2O in großen Höhen durch UV-Licht produziert, wobei der leichte Wasserstoff H in das Weltall entweicht und der schwere Sauerstoff O2 zurückbleibt.

 

Ansonsten oxidiert kalt (z.B. Rost) und warm (Verbrennung, Feuer) O mit vielen Elementen und Molekühlen. Wenn z.B. Kohlenwasserstoffe CmHn... mit O oxidieren wie z.B.:

mit Methan CH4 (Erdgas), oder Benzin CmHn.... (ein kompliziertes Gemisch verschiedenen Kohlenwasserstoffen z.B C/H-Verhältnis von 1/2, auch mit Ethanol), oder Propan C3H8, oder Holz z.B. die Cellulose: (C6H10O5)n, entsteht Wärme , immer Wasserdampf H2O und CO2, sowie verschiedene Spurengase und Erosole.

 

 

Grundfunktionen der Luft auf der Erde, die Erdatmosphäre

 

 

Filter* für EMW-Züge (Elektromagnetische Wellen-Züge):

Gammastrahlen und UVB (Ultraviolett B) (300nm-Bereich), UVC (190nm-Bereich).

 

Durchlassen (Transparent, die Transmission) für EMW-Züge:

UVA (350nm-Bereich), Licht (600nm-Bereich)

und

kurzwellige Wärme IRA (Infrarot A)  (1µm-Bereich) bis IRB (2,2µm-Bereich).

Erdrückstrahlung: Die langwellige IRC (15µm-Bereich) zum Weltraum und

 in einer richtigen Größe zurückhalten (teilweise auf der Erde absorbieren, Klima).

 

Ein Wärmeaustauschen usw. durch Wind ermöglichen, Feuchtigkeitstransport, Sauerstoff für die meisten Lebewesen (und zur Ozonschichtbildung*).

 

Kohlendioxyd für die Meisten Pflanzen, Stickstoffversorgung über viele Umwege zur Proteinbildung, Aerosolträger.

 

Medium für einen elektrischen Ladungsausgleiche. Blitze bilden einen Lichtbogen.

(Schlagworte: Ionisation Plasmakanal, Pinch-Effekt) in der Luft.

(Hinweis: auch im normalen Vakuum ist ein Überschlag mit extrem hohen Spannungen und besonders gut durch spitze Elektroden über große Entfernungen möglich, sowie im kleinen, in Vakuumröhren mit einer heißen Kathode).

 

Medium für die Vogelfortbewegung, Medium für Schallwellen, Raum (nicht dessen Luft) für Funkwellen.

 

 

Aufteilung der Luftschichten:

 

                      (größer +20°C)

Exosphäre       über 500 km

Thermosphäre 85 bis 500 km

Mesopause      (85km ca. -90°C

Mesospäre      50 bis 85 km

Straotopause (50km ca. -10°C, ca. 0,17bar ca. 16%    )

Stratosphäre   12 bis 50 km  (bei ca. 40km Überschallflugzeuge und Schützende Ozonschicht O3)

Tropopause     (12km ca. -60°C, ca. 0,2bar, also 20%)
Troposphäre    0 bis 12 km  
 (Düsenflugzeuge 9 bis 13km, Spitze Mount Everest in Tibet fast 9km Höhe)

Meereshöhe     Höhe 0m (ca. +15°C und im Mittel einen Luftdruck von 101,325kPa bzw. 1,013'25bar)

 


Im vergleich zum Erddurchmesser von fast 13'000km sind die 12km (ca. 1/1000) bis zur Tropopause sehr wenig. In der Luftschicht bis zur Troposphäre spielt sich das Leben ab. Besonders der erste km Höhe ist für Schadstoffe besonders maßgeblich! Hier ist auch der Luftaustausch bei Wind sehr gut. Bei Windstille und wenn warme Luft über der kalten Luft liegt (stabile Inversionswetterlage) gibt es kein Luftaustausch und dadurch eine sehr erhöhte Schadstoffanreicherung (Smog)! Etwa innerhalb des Bereichs der Tropopause (12km) gibt es regelmäßig starke anhaltende Winde den Jetstream (lange Windbände um die Erde) mit bis zu 550km/h horizontal und auch mal vertikal. Weitere  Nebeninfos:

Kleinflugzeuge für 2P mit ca. 300kg ohne Druckkabine fliegen in 3km (ca. 10'000Fuß) bis 5km Höhe.  Bei 3km (ca. 10'000Fuß) ist der Luftdruck nur ca. 0,69bar also 68% vom normal, dafür müssen die Motore und Tragflächengröße und Form ausgelegt sein. Das ist der Luftdruck bei denen sich die meisten Menschen z.B. auf den Bergen noch gerade so wohl fühlen. Bei 5km (ca. 16'000 Fuß nur noch 0,533bar also 53%) ist dringend eine Sauerstoffmaske notwendig, da hier die Menschen sehr unterschiedlich reagieren. Bei einem Flugzeug mit Druckkabine wird ein Innendruck von 3km Höhe eingestellt entsprechend 0,69barinnn-0,19außen=Differenz von 0,5bar. Würde man die üblichen 1bar für den Innendruck verwenden, wäre die Kabinenaußenwand in 13km Höhe (außen ja nur 0,19bar, 19%) total überlastet und würde reißen. Alternativ müsste die Kabine doppelt so stabil sein, damit wäre das Flugzeug viel zu schwer.

 

Düsenverkehrsflugzeuge und ihre Schadstoffe in bis 13km Höhe

In 13km Höhe ist der Luftwiderstand dramatisch niedriger. Es können daher sehr vorteilhaft sehr schnell ca. 900km/h geflogen werden, was die Zeit um Energie dafür aufwenden zu müssen, um oben zu beleiben (Downwash) dramatisch verringert. Resümee aus dieser Physik:

Das Fliegen ist nur auf Langstrecken über 500km recht wirtschaftlich da der Start sehr Energieintensiv ist, da hier die Strahltriebwerke einen sehr schlechten wirkungsgrad haben, kann die Energie beim Landeanflug etwa nur noch zur Hälfte wieder zurück gewonnen werden (Sinkflug ohne Vortrieb)! Somit ist über 500km Strecke der Energieverbrauch niedrig und somit auch die Schadstoffe (Schadstoffwirkungen in 13km Höhe sind noch sehr umstritten, währenddessen die Schadstoffwirkung um einer Starbahn wohl bekannt sind).

Weiteres physikalischer Fazit (zu Raum und Fläche):

Um so größer ein Flugzeug, um so weniger ist Energieverbrauch pro Sitzplatz! (Auch die Lärmbelastung der Anwohner reduziert sich). 3L/100kmPerson sind (natürlich nur bei Vollbesetzung) für die Langstrecke möglich.

Das Kernproblem:

Durch die hohe Geschwindigkeit benötigt der Reisende wenig Lebenszeit für eine lange Strecke. Das hat zur Folge, dass oft übermäßig große Entfernungen als Ziele (Destination) in Frage kommen. Das wiederum erzeugt in einem Menschenleben dann trotz der nur 3L/100km, einen sehr hohen Energieverbrauch innerhalb eines Menschenlebens! Hoher Energieverbrauch/Mensch erzeugt durch das Kerosin als Treibstoff auch viel CO2. Zum Glück sind die Viel-Flieger-Menschen noch eine Minderheit, was sich aber leider noch ändern könnte. Lösungen:

a) 0,10€/1L international Kerosinsteuer + Lärmgrößensteuer, eventuell dafür weniger Landegebühren.

b) Reglementierung, große Flugzeuge verwenden zu müssen (die Flugbewegungen sollen sich halbieren).

c) Reglementierung, Destinations unter ca. 500km werden verboten (hoher Energieverbrauch bei Kurzstrecken).
 


 

 

 

2.2. Spurengase und Erosole in der Luft, früher und heute,

        sowie die Ursachen der Konzentrations-Veränderungen

 

Der Einfachheit wegen zählen wir hier Wasserdampf, Argon und die Erosole mit zu den Spurengasen

 

 

 

0) Zunächst einige Informationen zu % und den

     Einheiten, Begriffe, Treibhausgas, usw. ... für die Einsteiger:

 

Angaben

 

Beispiel Angabe eines Mischungsverhältnisses mit Faktor 0,01v = 1%v = 10'000ppmv

 

ppm bedeute parts per million (10-6), das sind keine Partikel, sondern ein Teil (part), also ein Quotient z.B. ein Faktor 1 wird dann mit 1'000'000 multipliziert, so wie für % mit 100 multipliziert wird (100%).

Physiker rechnen aber nur mit Faktor z.B. 0,1 mal 100 = 10%, dies % und ppm usw. Angaben sollen kleine Zahlen wie z.B. 0,0000000001 = exponential 10-10 anschaulicher darstellen, das ist der ganze Grund der Verwendung von %, °%, ppm und co! Zum Rechnen muss sinnvollerweise die exponentiale z.B. 10X Darstellung verwendet werden.

 

Das tiefer gesetzte v steht für Volumen als Bezug und ist wichtig (der v-Bezug wird meist verwendet)!

Es gibt auch noch ppmw bzw. ppmm, dann ist der Bezug des Anteils eines Gemischs die Masse!

 

Achtung PPb bedeutet parts per billion = 10-9

Hier ist zu beachten, das die Englische "billion" in Europa nur die Milliarde bedeutet 109

(Eine Billion ist in Europa aber 1012)

 

 

 

Die 8 SI (Fnz. Système international d’unités) -Basiseinheiten

 

Größen (auch Formelzeichen genannt) mit ihrer Einheit   (Angaben zu Größen-Dimensionen wären nur verwirrend)

 

Masse         m in kg  = 1000g, Hinweis: m ist der Energie E äquivalent!

                                                              1kg entspricht 9 mal 1016 kg m2 s-2 = 9 mal 1016 J

Strecke        S in m   = 1000mm

Zeit               t in s (1s = 1/60 Minute, die Sekunde wird aber dezimal unterteilt z.B.: 1 ms = 10-3s)  

Temperatur T in K (Kelvin, der Zahlenwert einer Differenztemperatur zwischen K und °C ist exakt gleich)

Es ist die tiefste Temperatur, der absoluter 0-Punkt: 0K = -273,15°C demnach entsprechend für 0°C = 273,15K.

Die Differenz zwischen z.B. 0°C und -20°C sind 20K (Differenztemperaturen werden oft in K angegeben).

Hinweis: Physiker rechnen normalerweise immer mit K.

Die Temperatur ist vereinfacht ausgedrückt die mittlere Energie pro Freiheitsgrat der Molekularbewegung.

Stromstärke I   in A     (Elektronenmenge pro einer Sekunde)

Stoffmenge  n  in Mol

Lichtstärke   Iv in cd

 

Aus diesen werden die vielen SI-kohärenten "Abgeleitete SI-Einheiten" mit ihren "Abgeleiteten Größen!

Zunächst allgemeine Hinweise nur zur Vollständigkeit:

Vektor (gerichtet) und Skalar (ungerichtet)

z.B. die Arbeit W = F mal s mit Nm ist ein Vektor mal Vektor richtungsgleich = Vektorenprod. = Skalar

z.B. der Drehmoment M = F mal a mit Nm sind Vektor senkrecht mal Vektor = Vektorenkreuzprod. = Vektor

Diese beiden Einheiten Nm Nm müssen zueinander völlig unterschiedlich behandelt werden, deshalb ist hier zur Unterscheidung das Vektorkreuzprodukt unterstrichen! Z.B. Nm als Skalar (aus der Größe W) ist zu bestimmten verschieden Einheiten umwandelbar*W   Weiterer Hinweis:

Die Arbeit W, oder Wärmenergie Q ist letztlich völlig identisch mit dem Begriff Energie E und somit ist besonders der Begriff Arbeit W dann völlig überflüssig! Das E ist aber schon für das Elektrische Feld E bestimmt (eine Vektorgröße) und wird normalerweise mit einem Pfeil versehen, deshalb hier zur Unterscheidung der Unterstrich, da ansonsten eine Darstellung viel zu kompliziert wird! (Vorschlag des Autors: zukünftig nur das W für Energie zu verwenden und E nur fürs E-Feld)

 

Zu *W:     W oder  E in J in Ws in Nm in kg m2 s-2 oder in größeren Einheiten als Ws wie:

                               Wh/3600 oder kWh/1000 mal 3600 usw.      Auch in äquivalent 1,11250056 mal 10-17 kg

 

Angaben z.B. eine Massenangabe 40µg/m3 = 40 Millionstel Gramm Anteil pro 1 Kubikmeter z.B. Gas. Ist das Volumen ein Gas, dann ist noch der Luftdruck und die Temperatur anzugeben!

Mit große Zeitangaben:  X/d = X/Tag,   X/M = X/Monat   (X steht generell für irgend eine Zahl).

Z.B. 2g/a = 2g pro Anno, also 2g/1 Jahr

 

Druck: 100kPa = 1 bar

 

Länge S in mm = 1/1'000m   µm = 1/1'000'000m   pm = 1/1'000'000'000m   nm = 1/1'000'000'000'000m = 10-12m

 

Ungefähr-Definition von Erosole Partikel aus verschiednen Quellen mit unterschiedlichen Angaben:

Ultrafeinstaub (Nanopartikel)       = 1nm bis ca. 0,1µm     (Delta 102)

Feinstaub                            = ca. 0,1µm bis ca. 10µm      (Delta 102)

Grobstaub                           =  ca. 10µm bis ca. 1mm       (Delta 102) Es gibt natürlich auch 5mm große Partikel!

Hinweis: Staubpartikel aus z.B. Abgasen haben immer verschiedene Größen mit einer unterschiedlichen je Anzahl.

 

Emissionen:    

Z.B. das was direkt am Auspuff herauskommt z.B. bei eines Verbrennungsmotors und gemessen werden kann.

 

Immissionen:  

Das was in der Umwelt ist und z.B. reinkommt in das Messgerät.

 

In alle Fällen müssen die Messbedingungen genau beschrieben, so wie die Mess-Einheiten exakt definiert sein!

 

Emission:        Ausstoß z.B. von Strahlung allgemein, oder speziell EMW einer bestimmten Wellenlänge usw.

Transmission: Durchlässigkeit

Reflektion:      Zurückwerfen

Remission:      diffuse Reflektion

Absorption:     Aufnahme, z.B. durch einen selektiven Absorber

Konvektion:    Strömungstransport durch die Strömung mitgetragen, z.B. eine thermische Konvektion

 

Elementen-Moleküle: zwei gleiche Elemente bilden ein Molekül

Molekül                    ein mehratomiges Teilchen, ist eine chemische Verbindung.

(manche Atome und Moleküle haben verschiedene Energiezustände bezüglich des Elektronenspins usw.)

 

CmHn sind Kohlenwasserstoffe und stellt eine chemische Gruppe von Molekülen dar. Das m und das n steht je für eine noch zu bestimmende Anzahl des jeweiligen Elements dar (Kohlenstoff C und Wasserstoff H).

Z.B. das einfachste Alken:

Ein Gas Ethen C2H4 ein Grundchemikal für alles mögliche, oft aus Erdgas hergestellt. Bei vielen Verbrennungsvorgängen wird es in kleinen Mengen produziert. Einige Pflanzen produzieren dies in kleinen Mengen verteilt über die Luft als Botenstoff (Hormon) z.B. zur Reifung ihrer Früchte.

 

Beispielsweise eine andere Gruppe von Molekülen heißt: Alkohole, da ist immer ein Sauerstoff O dabei!

Z.B. Ethanol (Trinkalkohol) C2H6O bzw. Struktur C2H5OH  , (flüssig erzeugen diese Dämpfe),

oder das giftige Methanol CH4O bzw. Struktur CH3OH , (flüssigen erzeugen diese Dämpfe),

Es wurde früher auch Holzgeist genannt. Z.B. beim Gärprozess entsteht dieser durch die Pektine:

Stängel, Kerne usw. (alles was da nicht drinnen sein sollte)

(Z.B. in 1L Obstler mit 300g/LMischung C2H6O sind CH4O 5g/L enthalten. Diese werden bei 5 Schnäpse/Tag, also 100ml mit 0,5g CH4O noch gut vertragen. CH4O- Dämpfe über den Tag eingeatmet kann tödlich wirken).

 

 

Was ist ein Isotop?

Elemente aber abweichend des meist vorkommenden Element mit weniger oder mehr Protonen (bei gleicher Protonenzahl)!

Die Wasserstoffisotope haben einen eigenen Namen wie z.B. das Deuterium D oder geschrieben 12H.

 

Die davor gestellte obere Zahl ist hier die gesamte Anzahl der Nukleonen (Protonen und Neutronen), die untere Zahl hier immer in grün ist die Protonenzahl und gleichzeitig die Ordnungszahl.

 

Die nachgestellte Zahl ist immer die Anzahl der Atome einer Verbindung z.B. H2O.

Hinweise:

Die Angabe der Nukleonenzahl wird nur verwendet, wenn es sich um eine Isotop handelt.

Auf die Angabe der Protonenzahl bzw. Ordnungszahl wird immer verzichtet, da diese in der Tabelle des Periodensystems zu erfahren ist.

 

 

Wie funktioniert ein Treibhausgas?

Das Prinzip ist sehr stark vereinfacht ausgedrückt, dass die Gasmoleküle in der Luft mit mehr als 2 Atome, die kurzwellige Solarstrahlung zur Erde gut durchlassen (Transmission), aber die langwellige Erd-Rückstrahlung eher absorbiert (in Wärme umwandelt, die Absorption).

 

 

 

Was ist Sonnenlicht?

 

Das Spektrum (Wellenlängenbereich bzw. Frequenzbereich) der Elektromagnetischen Wellen EMW der Sonne, ist vom gesamt möglichen Spektrum aller EMW (1nm bis 10km) nur ein winziger kleiner Teil davon, und liegt zwischen dem UV (250nm) und dem IR (1000nm) hauptsächlich im Sichtbaren Lichtbereich:

blau (500nm), besonders  grün, gelb, rot (750nm).

Im Mittel sind das direkt durch die Sonne entsprechend 5500 Kelvin Farb-Temperatur mischt sich durch einen geringen indirekten Effekte himmelblau (wolkenfrei) mit 9000K+12000K dazu mit dem Ergebnis von 6500K (schon 5300K wird als weißes Licht erkannt, das Auge mit Gehirn passt sich an, um besser das Weiß zu erkennen).

Spektralfarben für unser Auge von weißem Licht, hier Wellenzüge-Energie steigend dargestellt:

rot, orange, gelb, grün, cyan, blau, violett, wie bei einem Regenbogen von oben nach unten.

 

Warum ist der Himmel hell und blau?

Schlagworte: 

tagsüber hellblau durch die Rayleigh-Streuung (Streustrahlung, Diffusstrahlung, Streulicht durch N2 und O2).

Morgens, sowie abends (zur Blaustunde) durch die Chappuis-Absorption (ein Intensivblau durch die Ozonschicht).

 

Hinweis, das menschliche Auge hat folgend Rezeptoren:

Rotbereich, Grünbereich, Blaubereich (Zäpfchen) und weiß, oder nicht weiß (Stäbchen), den ganzen sichtbaren Wellenlängenbereich, also hell und dunkel nur für die abendlichen Grautöne (also nur bei schwachen Licht wirkend).

Das Gehirn kann perfekt die Interferenzwert-Wirkung*I einer Farbmischung nachbilden (a) (das psychologische Sehen) und kann damit das Sonnenlicht als weiß sehen (also hell).

Das Gehirn kann dann damit auch die Zwischenfarben genau zuordnen*I.

Es spielt keine Rolle wie das Licht geschaffen ist, es gibt ja nur 2 Möglichkeiten:

a) *IEs wird für eine Mischfarbe verschiedene Wellenzüge (verschiedner Grundfarben) parallel gesendet, oder

b) es werden für diese diese Mischfarbe Wellezüge von nur einer Wellenlänge  gesendet, mit der exakt gleichen Wirkung (Erkennung dieser einen Zwischenfarbe!

Weiteres Beispiel: Zwei Laser mit je verschiednen Farben je mit konstanter Wellen kohärent, (also keine Wellenzüge, die ja nicht so ohne weiteres Interferenzen bilden können) vermischen wir und es entsteht daraus physikalisch eine Interferenzwelle*I einer bestimmten Farbe. Diese Farbe kann das Auge mit Gehirn genau so zuordnen, als würden beide Wellen nicht vorher gemischt werden, (wenn diese z.B. kurz hintereinander getaktet werden!)

Weitere Beispiele:

Die Additive Farbmischung RGB (Lichtfarben) von z.B. normal dunkle Displays:

Zusammen: rot+grün+blau=weiß. Keine Farbe ist für den Grauanteil, sowie auch für die schärferen Konturen.

Mischungen ergeben: rot+grün=gelb, rot+blau=magenta, grün+blau=cyan.

(rot+wenig grün=orange, (identisch mit rot+gelb) und das bei wenig Intensität wirkt das als braun.

 

Die Subtraktive Farbmischung CMYK (Druckfarben) weißes Papier, Drucker: C cyan, M magenda, Y yellow.

Zusammen ergibt nahezu schwarz, eher ein Dunkelbraun.

K steht für Farbe Schwarz ist für den Grauanteil, sowie auch für die schärferen Konturen.

Mischungen ergeben: C+M=blau / M+Y=Rot / C+Y=grün.

C+M+Y=orange bis braun je nach Mischungsverhältnis. (ebenso blau+rot=braun, rot+grün=braun)

 

Warum ist die Natur vorwiegend grün?

Das Blattgrün (Chlorophylle) betreibt mit Sonnenlichtenergie, CO2 und H2O die Bio-Photosynthese für ihre Pflanzen-Baustoffe (Wachstum) und für den Energiestoffwechsel. Sie benötigen eher das blau und das rote Licht, deshalb reflektieren die Blätter nur das Grün!

 

Elektromagnetische Wellen EMW, Strahlung, normalerweise eine Transversalwelle (quergerichtet polarisiert):

sie benötigen als Medium die Raumzeit, also den ganzen Raum den wir kennen. Im absoluten Vakuum ist die Übertragungsgeschwindigkeit am höchsten

(c=29'972'458m/s = ca. 300'000km/s, eine Naturkonstante, in Luft nur unbeutend langsamer).

Im z.B. Interplanetaren Weltraum (nahe 100% Vakuum, 10-18mbar, auf der Erde unmöglich herstellbar) 

und besonders bei verschiedene Stoffen leiten die EMW mehr oder weniger langsamer

(mit Grenzschicht-Übergangs-Frequenzverschiebungen und Winkelabweichungen, Brechungsindex)

und haben je nach Stoff und Frequenz f in Hz = 1/s unterschiedliche Absorptionseigenschaften.

(Nebenhinweis: Außer EMW gibt es im Mikrokosmos noch die Materiewellen MTW und im Universum die Raumzeitwellen RZW, Gravitationswellen. Die Differenz innerhalb einer Raumzeit ergibt die Gravitation).

Die  EMW gibt es in einem extrem großen Wellenlängenbereich (umgekehrt proportional ist deren Frequenz f. Die Wellenlänge Lambda = Ausbreitungsgeschwindigkeit c in m/s /  f in Hz). Funktechnisch gibt es die Radiowellen von langwellig (1'000 bis 10'000m)  bis hin zu den Mikrowellen (min. 1mm=300GHz: Radar, 10cm=3GHz Handy, usw.).

Nebenhinweis:

Im Gegensatz zu den Radiowellen und Laserwellen ("Light Amplification by Stimulated  Emission of Radiation") sind die (nur künstlich erzeugbaren) Laser und Radiowellen kohärent=zusammenhängend und die Lichtwellen immer nur sehr kurze sowie genau definierte Wellenzüge (Photonen, ein Energiequantum z.B. durch einen Elektronensprung).

Um so kürzer die Wellenlänge (korrekt:

um so höher die Frequenz), um so energiereicher sind diese Photonen-Quanten.

Die Röntgenstrahlen mit  10nm bis nur 1pm.

Z.B. ein Wellenzug mit 5pm aus einem Atom-Zerfall rührend, werden auch Gammaquant genannt und sind extrem Energiereich.

Alle EMW, ob Wellenzug (Photon, ein Quantum), oder kohärent haben eine Lage, oder eine Rotation (Polarität). Bezüglich der Photonenerzeugung z.B. durch einen Elektronensprung (es gibt verschiedene Erzeugungswege), hängt die Polarisation von deren Elektronen-Eigenspin ab. Z.B. die Elektronen sind paarweise im Umlaufspin gegensinnig im Eigen-Spin verschränkt (Quantenverschränkung mit allen ihrer Besonderheiten). EMW sind immer ausschließlich als Welle bzw. als Photon in Bewegung (auch bei der Wellendurchdringung, stehenden Wellen durch Interferenzen) und haben ihrer Energie entsprechend eine Masse. Da die EMW niemals ruhen, sagt man: sie haben keine Ruhemasse und sie kann sich deshalb als Masse mit c bewegen, was bei übliche Massen unmöglich ist.

 

EMW-Züge können sich aber in andere Energieformen umwandeln (konvertieren) und umgekehrt (reversibel). 

EMW-Züge  unterliegen der Zeitdilatation mit den entsprechenden Effekten.

Die EMW-Züge  von der Sonne entstehen aus Vorgängen ähnlich wie sie beispielesweise bei einer Glühbirne mit ihrem nur bis 3000K heißen Glühwendeldraht erzeugt werden.

Stark Vereinfacht: Es sind bei der Glühbirne die thermische Energie (Wärmenergie), die zu  Elektronensprünge im Glühwendel führen ("Elektronischer Übergang in einen angeregten Zustand"). Wenn die Elektronen zurückspringen entstehen die EMW-Züge IR- und die Elektronen in Oberflächenähe erzeugen mit nur 5% der Energie die  Lichtemission.

Der Vorgang ist beim Auftreffen der EMW-Züge  auf einem kälteren und absorbierenden  Medium dort reversibel:

die Lichtabsorption (bzw. der Photonenenergie) erzeugen Elektronensprünge und beim Zurückfallen der Elektronen erzeugen  dann  diese wieder Wärmeenergie.

Die Relaxation vereinfacht:

a) Energiewandlung: Immer wenn das Elektron auf ein höheres Niveau gegenüber den Kernprotonen angehoben wird, nimmt es Energie auf (Emission: von innen thermisch, oder Absorption: von außen durch ein Photon).

b) Energiewandlung: Wenn das Elektron meist nach sehr kurzer Zeit wieder zurückspringt wird die Energie ebenfalls gewandelt! (Absorption: nach innen thermisch, oder Emission: nach außen durch ein Photon). Zwischen den Vorgängen gibt es ein übergeordneten Gleichgewichtszustand. Z.B. stehen 2 unterschiedlich warme und isolierte sogenannte schwarze Körper gegenüber, verschiebt sich das Gleichgewicht durch die Strahlung beider Körper so lange bis der andere Körper gleich warm ist. Der Vorgang a) und b) wirkt an jedem Körper permanent und die Umgebung bestimmt die Verschiebung des Gleichgewichts.

 

Die Sonne sehr vereinfacht dargestellt:

Im inneren der Sonne wird unter extremen Gravitationsdruck und hoher Wärme, besonders durch die schwache Wechselwirkung eine gedrosselte HH-Fusion zu He über mehrere Schritte ermöglicht. Dies erzeugt permanent eine gigantische thermische Energie. Über dem Sonnenoberflächenbereich wird diese Energie zu Photonenenergie gewandelt und in den Weltraum gestrahlt (kein Strahlungsgleichgewicht, da der Weltraum kalt ist), wobei ein kleiner Teil davon, die zur Sonne relativ kalte Erde trifft und diese wärmt. Der Wandlungsprozess von Thermischer zu Photonenenergie (zu den EMW-Züge) ist auf der Sonne allerdings viel komplizierter als bei der Glühbirne. Schließlich ist die Sonne ein sehr große Plasmakugel, vorwiegend aus H und He bei hoher Dichte. Hier werden die Elektronen permanent in verschiedenen Richtungen (positiv und negativ) beschleunigt, was bedeute dass die Elektronen Energie abgeben (wandeln) indem sie EMW-Züge aussenden.

 

Die Sonne ist der Haupt-Energielieferant für die Erde!

 

 

 

Radioaktivität durch radioaktive Stoffe

Alphastrahlung:   Teilchenstrahlung mit  Helium-4-Kerne (Ionen, ohne den negativen Elektronen, positiv geladen).

Betastrahlung:     Teilchenstrahlung mit Elektronen, (selten z.B. Zerfall eines freien Neutron) mit Positronen.

Gammastrahlung: Elektromagnetische Wellen, Wellenlängen unter 5pm (zum Vergleich: Röntgenstrahl unter 10nm)

Neutronenstrahlung: Teilchenstrahlung mit Neutronen immer rein kinetische Energie.

                                H20 ist ein guter Moderator für Neutronen, Bremser und Einfang)

 

Was ist eine Ionisierung?

Ab UV und über Gammastrahlen, sowie darüber bis zum kleinsten energiereichsten Wellenzug von 1pm sind ionisierende Strahler (verändern die Elektronenbahnen von Atome und Moleküle)!

Auch die Elektronen von Betastrahler und durch Positronen, sowie Neutronen ionisieren ab einer Mindestenergie!

 

Was ist ein Plasma?

Ist nach fest, flüssig, gasförmig der 4. Aggregatzustand. Beim Plasma, ein besonderer Gaszustand, haben sich die Elektronen von ihren Atomkernen entfernt. Das Plasma ist dann selbst bei Nichtleitermaterial dann elektrisch leitfähig. Bei einer vollständigen Ionisation sind alle Elektronen frei (eher selten der Fall, manchmal sind es nur 0,1%). Plasmen sind heiß, oder können kalt sein. Ein Plasma unter Extremdruck (z.B. in der Sonne) hat eher die Eigenschaft einer Flüssigkeit . Plasmen können auf verschiedener Art und Weise erzeugt werden.

 

 

 

 

 

 

Zunächst die zwei eher harmlosen Spurengase:

 

 

1) Der Wasserdampf H2O , ein 3-Atomiges Gas-Molekül, ist unsichtbar und ein starkes Sekundär-Treibhausgas er lässt die Erde nicht auskühlen! Der Wasserdampf ist die Voraussetzung für die Wolkenbildung (Wolke ist letztlich Nebel und bestehen aus viele sichtbare Nebeltröpfchen, wird oft fälschlich als Dampf bezeichnet!!!). Der Wasserdampf bildet mit Hilfe von Kondensationskeimen (Erosole) die Wolken  für den wichtigen Regen. Die Wolken schirmen tagsüber die Sonnen von der Erde ab und nachts halten sie die Erde warm. Ansonsten ist der Wasserdampf in der Luft aus weiteren Gründen wichtig, die hier nicht alle aufgeführt werden sollen.

 

 

2) Argon Ar ein Edelgas 0,9%v ist völlig harmlos,

bis auf deren volumenmäßigen sehr wenigen radioaktiven Isotopen von Ar.

 

 

 

Folgend die eher problematischen Erosole und Spurengase 3a bis 4:

 

 

3a) Die Aerosole (Moleküle eher im Verbund) allgemein, also feste (Aerosolpartikel: Ultrafeinstaub bis Feinstaub bis Grobstaub) oder flüssige Schwebeteilchen  in der Größe von einem Nanometer 1nm bis 0,1µm  (ein Atom hat im Mittel 0,1nm) bis 10µm bis 1mm sind hauptsächlich in Bodennähe (in 10km Höhe sind davon nur ein Bruchteil vorhanden). Es gibt feste Partikel (die sich teilweise wie ein Gas verhalten) und flüssige (z.B. Nebel). Erosole können auch als wichtige Wolkenkondensationskeime wirken.

 

Sie können aus völlig harmlosen Partikel bestehen wie z.B. Meersalzwassertröpfchen bis zu hochgiftige Partikel z.B. von einem Waldbrand durch einen Blitzschlag, oder von technische Einrichtungen. Man unterscheidet solche natürlichen Ursprungs und solche von Menschen gemacht (Anthropogen). Giftig können beide sein! Die größeren Partikel wie z.B. Pollen, Hausstaub, grober Ruß, werden beispielsweise in der Lunge eines Menschen vorwiegend nachts automatisch teilweise herausbefördert (Mukoziliäre Clearance). Nur in Ballungszentren der Erde sind diese in große Menge gut sichtbar.

 

Wenn in ländlicher Umgebung, in einem Ballungszentrum ein weißer Tisch an einem Sommertag im Freien steht und es fällt nach 3 Sonnentagen der erste (eher saure) Regen auf diesen Tisch, ist dieser Tisch anschließend schwarz verdreckt. Diese Schmiere ist nur mit viel Aufwand wieder zu entfernen. Wo kommt dieser klebende Schmutz trotz Grenzwerteverordnung her? Bemerkung:

In Nichtballungszentren auf dem Land bleibt der Tisch erstaunlich absolut sauber weiß!!!

Zurück zum verschmierten weißen Tisch:

Keine Schwerindustrie, kein Kohlekraftwerk, keinen Durchgangsverkehr, Trotz Umfahrungsstraße ist aber durch ungünstige Straßenführung etwas Quellverkehr vorhanden. In der Nähe etwa 20km ist die nächste Großstadt, ein Großflughafen und eine dicht befahrene 8-Streifige Autobahn in Westlage.

Es bleiben hier nicht viel Übeltäter übrig, das kann jeder leicht erkennen! Entweder die Grenzwerte werden betrügerisch nicht eingehalten, oder sie reichen nicht aus, oder es gibt zu viele Ausnahmeregelungen, oder alles zusammen ist irgendwie fehlerhaft!!!!

 

 

3b) Die Kleinen unsichtbaren Partikel der Ultrafeinstaub sind Lungendurchlassfähig und gelangen in den Blutkreislauf, dann zu den Zellen, sogar in das Gehirn. Im Körper vorhandene Nanopartikel werden in der Mehrzahl durch das Biologische Retikulohistiozytäre System (RHS) aufgenommen und entsorgt (Urin??). Dieses System stellt ein Netzwerk von Zellen dar, die im ganzen Körper in den Organen verteilt sind. Die Zellen des RHS haben die Aufgabe, tote Zellen, Bakterien, Viren und eingedrungene Kleinpartikel zu inaktivieren und zu eliminieren. Zu diesen Eindringlingen gehören auch die Nanopartikel. Aber da die Qualität (vereinfacht: giftig oder nicht giftig) der Nanopartikel sehr unterschiedlich ist, kann es durchaus sein, dass bestimmte Qualitäten schon in kleiner Anzahl problematisch sind.

 

Also, auch die Anzahl (Quantität) kann bei hoher Giftigkeit (Qualität) eine sehr große Rolle spielen!

Hier ist noch Forschungsbedarf!

 

Bezüglich Quantität macht folgendes Beispiel anschaulich:

Nur 1g Nanopartikel (oder auch Ultrafeinstaub genannt) ergeben etwa 10'000'000'000'000'000'000 (+-3 Nullen) Partikel. Das ist eine Zahl mit 20 Nullen (10'000'000Billionen)! Also, wenn jemanden meint dass 1g/a wenig sei, aber beispielsweise hier eine bestimmte Partikelqualität problematisch ist, weil der Körper diese nicht komplett entsorgen kann, ist das doch etwas beunruhigend!

 

 

4) Das Spurengas CO2 ein 3-Atomiges Gasmolekül,

(schwerer als Luft! Nur bei großen Konzentration ein Absetzen am Boden)

Aktueller Kohlendioxidanteil CO2 mit 0,0407%v = 407ppmv

im Jahr 1850 waren es nur 280ppmv und 200 Jahre davor waren es relativ konstant noch weniger, nämlich nur 200ppmv. Durch die Vermehrung der Menschen und die Industriellen Revolution wurde viel CO2 besonders durch die Kohleverbrennung produziert, wobei ein Großteil CO2 die Weltmeere aufgenommen haben (Versauerung des Wassers), wobei in der Atmosphäre das Rest-CO2 sehr langlebig ist!

CO2 ist für alle Lebewesen relativ ungefährlich, wobei größer 1000ppmv schon Müdigkeit hervorrufen kann. Beim Ausatmen hat ein Mensch einen CO2 Ausstoßanteil von 30'000ppmv Erst ab 100.000ppmv beim einatmen wird der Mensch bewusstlos. CO2 ist bedingt eher nicht giftig, aber bei dieser hohen Konzentration kann die Lunge kein Sauerstoff mehr aufnehmen und der Mensch erstickt trotz der verzweifelten letzten Atemzüge!

 

Nutzen, wer benötigt CO2:

Für die C3-Pflanzen ist mehr C02 in der Luft ein Segen und erhöht erheblich das Wachstum.

(Hinweis: C4-Pflanzen, wie viele Gräser, oder CAM-Pflanzen wie Orchideen, können ohne Probleme auch mit noch weniger CO2 auskommen).

 

Probleme mit CO2:

Aber, CO2 ist ein sehr problematisches Umweltgas! Es wirkt als Primärtreibhausgas und hält mit ca. 300ppmv indirekt die Erdtemperatur im Mittel auf wohlige +14° bis +15°C! Es ist ein sehr Kompliziertes Messverfahren:

Luft, Boden und extrem maßgeblich, die Weltmeeren-Oberflächen-Temperaturen und die Temperaturen in den Tiefen usw. werden gemessen. Die Wasserflächen-Oberschicht in flacheren Gebieten bis ca. 5m Tiefe bewirken mit Ihrer Temperatur den wichtigen Verdunstungsgrad. Bei der Tiefsee sind die Schichten bis 500m tief. Im allgemeinen sind die Weltmeere ein extrem effektiver Wärmepuffer, der durch seine Temperaturverzögerung sehr ausgleichend wirkt auch über lange Zeiten.

CO2 Steuert das Verstärkergas, den Wasserdampf H2O und dies ist das Sekundärtreibhausgas!

Hinweis:

Ohne von Menschen indirekt produzierten CO2 neigt die Erde zur Kaltzeit (Pole voller Eis und darüber hinaus). Eine kleine CO2 Erhöhung könnte vermutlich die Erde gut vertragen, aber eine große Erhöhung eben nicht! Ideal wäre, die Pole bleiben voll mit Eis und alle 200'000 Gletscher bleiben erhalten, aber nicht mehr! Was zuviel und zuwenig CO2 ist, müssen wir den Forschern überlassen, nach dem Motto für alle beteiligten:

Schuster bleib bei Deinen Leisten! Größenwahn bringt uns hier nicht weiter! Es ist unmöglich dass man gerade so eben zum Fachmann für solche komplizierten Vorgänge werden kann! Diese Umwelt-Forscher bestehen aus einem weltweitem, großen Spezialistenteam, die permanent miteinander kommunizieren. Zu ihrer wissenschaftlichen Aufgabe gehören Voraussagen zu veröffentlichen und natürlich das Festlegen von Grenzwerten. Selbst geniale Intellektuelle Akademiker mit gutem physikalischen Hintergrund können das nicht auf die Schnelle leisten! Wir sind also davon abhängig, dass es die Forscher richtig beurteilen! Ein Trost für diese Abhängigkeit ist, die Wahrscheinlichkeit, dass die Forscher irren ist wesentlich geringer als wenn fachfremde Intellektuelle dies beurteilen müssten! Dennoch muss alles von der Politik dafür getan werden, die Qualität der Wissenschaften (Veröffentlichungen usw.) zu erhöhen nach dem Motto: Qualität geht vor Quantität und weit weg von den kommerziell abhängigen Veröffentlichungen (Gutachten usw.), sowie Beratungen und deren Lobbyarbeit. Vertrauenswürdigkeit (Seriosität) ist absolute Voraussetzung.  Außerdem ist eine Beteiligung von geeigneten, qualifizierten Bürgern bei den Entscheidungsfindungen ist über die moderne Internettechnik möglich und überfällig!

 

Was u.a. nicht passieren darf:

Sollte weltweit durch die CO2 verursachte Erderwärmung der Permafrost auftauen, entweicht eine gigantische Mengen Methan (CH4). Vor diesen Horror haben alle maßgeblichen Wissenschaftler angst, denn CH4 ist ein mittellanglebiges auch ein Primär-Treibhausgas erster Güte! Vor sehr langer Zeit gab es sehr lange Zeiträume mit solchen Treibhausgasen, wo es auf der Erde sehr warm war, mit einer völlig anderen Vegetation usw.

 

Wer, was produziert mit was CO2:

Zunächst eine wichtige Unterteilung:

A) neutrales CO2 z.B. aus  Biomasse die sich im CO2-Kreislauf-Gleichgewicht befinden, wie alle Nährpflanzen für die Tiere und den Menschen der Welt, und stellt kein CO2-Problem dar!

B) Das nicht neutrales CO2 was außerhalb dieses Kreislaufes unter "A)" produziert wird wie z.B. aus der Kohleverbrennung stammt, oder aus anderen Fossilen Brennstoffen stammt, stellt ein erhebliches Problem dar. Z.B. bei Erdgas und Erdölprodukte besteht der größte Teil ihrer Energie nicht aus dem C sondern aus dem H, was die CO2-Bilanz gegenüber der Kohle wesentlich verbessert!

 

Das Klimaziel, eine maximale Steigerung für die nächsten Jahre (eine Differenzangabe) von nur +2°K, kann vermutlich leider nicht erreicht werden, (+2K ist identisch mit +2°C sagen)!

 

Zunächst Hinweise:

Den Temperatur-Absolutwert mit den vergangenen +14°C bis +15°C ist nur eine sehr ungenaue Angabe! Ein Absolutwert genau zu messen ist unmöglich, aber die Differenz kann auf das +-0,1K bestimmt werden! Auch die Folgen sind relativ genau als wahrscheinliche Aussagen vorhersagbar.

Vereinfacht ausgedrückt:

Das Klima war in den letzten 8000 Jahren im langzeitlich (eine Mittlung über die ganze Zeit) relativ (nur einige Ausreißer) stabil und neigt vermutlich leicht zum Kalten hin zu kippen.

Also, vermutlich bei zukünftig theoretisch -1K kann es im Mittel in Richtung zu sehr kalt kippen,

bei +1K kann es im Mittel angenehm stabil bleiben,

bei jetzt real +2K kann es im Mittel auf viel zu warm kippen.

Der stabile Bereich ist leider nur ein schmaler Grad!

Große Vulkanausbrüche hatten früher kurze massive Abkühlungen zur Folge. Ansonsten ist das Klima in kurzen (1 bis 100 Jahre) bis mittelfristigen (100 bis 1000 Jahre) Zeitabschnitten noch nie stabil gewesen! Zu kompliziert sind die Gegen- und Mitkopplungs-Effekte, als dass dies je verstanden werden kann. Hier scheint der Zufall eine große Roll zu spielen! Meeresströmungen, Vorzugswindrichtungen, Vegetationsänderungen (derzeit massive Eingreif durch den Menschen) sind die Akteure. Die minimal unterschiedliche mittlere Sonnenstrahlung die die Erdatmosphäre erreicht, können mittel- und langfristig vielleicht auch eine Rolle spielen!?

 

Warum kann das weltweite Klimaziel nicht erreichte werden, in Kurzfassung:

 

A) Wöchentlich werden in den Schwellenländern neue Kohlekraftwerke errichtet.

B) Der Verkehr aller Art nimmt weltweit ständig zu. Eine vorbildliche Verkehrswende mit Auswahl gibt es nicht!

C) Die angestrebte derzeitige Energiewende ist unausgegoren, viel zu teuer. Kein Vorbild für die Schwellenländer.

D) An der weltweiten Vegetation wird immer noch Raubbau betrieben (was auch die Artenvielfalt reduziert).

E) Die Menschen werden in den Entwicklungsländern unaufhaltsam immer mehr!

F) Vermutlich kann unser Planet bei unseren jetzigen Verhalten etwa nur 3 Milliarden Menschen vertragen!?

G) Der westliche Lebensstil ist noch zu unangepasst und taugt noch nicht als Vorbild.

 

Zu C): 100% regenerative Energie als Allheilmittel wäre schon wegen der nötigen Energiespeicher extrem teuer! Als längere Übergangslösung ist die Verbraucher nahe KWK in Verbindung mit regenerativer Energie eine vernünftige (funktionierend und bezahlbar) Lösung! jede KWK-Anlage sollte mit verschiedenen Treibstoffen betrieben werden können (Flexibilität), auch CO2-neutralen durch geeignete Pflanzen.

Unbedingt wichtig für das langfristige Überleben unserer Hochkultur ist folgendes:

Eine DD-Reaktions-Ideal-Kernfusion wird einmal irgendwann weltweit unsere Energieprobleme durch saubere, nahezu unerschöpfliche und preisgünstige Energie lösen! Die Energie wird in relativ kleinen Anlagen vorwiegend in Form von beherrschbaren Gammaquanten frei und der Abfall ist der (teure) Wertstoff Helium. Der Derzeitige politische Wege diesbezüglich ist ein kaum wieder gut zu machender Irrtum! Es wäre schon vor vielen Jahren folgendes notwendig gewesen:

a) Das Aussuchen von Querdenkender-, kreativer Köpfe, um eine realistische, alternative Kernfusion zur Energiegewinnung zu ermöglichen, wäre der 1. Schritt gewesen!

b) Der 2. Schritt ist die Finanzierung einer Anwendungsorientierte Grundlagenforschung zu diesem Thema.

c) Der 3. Schritt ist eine Realisierung eines Versuchsreaktors usw.

Die derzeitige Minimalforschung zu einer anderen, die (scheinbar einfacheren) TD-Reaktions-Kernfusion durch das magnetische Einschlussverfahren eines extrem dünnen Plasma bei Extremtemperaturen ist ein schwerer Irrtum bezüglich des Verfahrens mit Extremtemperaturen und der TD-Reaktion bei einem extrem dünnem Plasma. Wir brauchen elegantere Fusionsverfahren die auch einmal kleine, saubere Reaktoren ermöglichen (Der Brennstoff D ist nahezu unerschöpflich in den Weltmeeren vorhanden.

 

Da es zukünftig noch vieler und guter, politischen Sachentscheidungen bedarf (die Westliche Welt hat noch viele Baustellen ohne Lösungswege), ist dringend die Zivilgesellschaft, nur mit deren guten Köpfen an diesen Entscheidungen zu beteiligen! Das wäre eine nötige Demokratiewende Richtung mehr Demokratie wagen!

Siehe am Ende:

Eventuelle Maßnahmen gegen die mittlere Temperaturerhöhung bzw. einer zu hohen Erderwärmung

 

 

 

 

 

 

Es folgen die meisten, sehr harmlosen Spurengase von 5 bis 13

(sortiert oben nach unten Anteil weniger)

 

 

 

5) Element Neon Ne ein Edelgas mit 0,001818%v

Neon und seine 19 Isotopen, davon sind einige schwach radioaktiv und sind völlig unproblematisch. Auf der Erde ist das meiste im Weltraum entwischen, deshalb ist es hier so selten. Im Weltall ist es in großen Mengen vorhanden.                      

 

 

 

6) Element Helium 4He ein Edelgas (2 Protonen, 2 Neutronen und 2 Elektronen und Einatomig) das kleinste und leichteste Edelgas mit 0,000524%v , (wesentlich leichter als Luft).

Dieses Helium-4 entsteht aus dem radioaktiven Zerfall von Uran U und Radium Rn gebildet.

Im Erdgasvorkommen mit mehr als 0,2%v He wird dieses herausgefiltert. Im Weltall ist He extrem Häufig.

Z.B. die Sonne besteht aus etwa 25% He und stellt das Abfallprodukt ihrer Energieerzeugende Wasserstofffusion [über die schwache Wechselwirkung (wirkt drosselnd, deshalb keine Explosion der Sonne) und über die starke Wechselwirkung] dar.

Wichtige Bemerkung:

Der Vorgang der schwachen Wechselwirkung ist sehrwahrscheinlich niemals auf der Erde für diese Art von Fusionskette erreichbar.

Isotop: 3He (2 Protonen, nur 1 Neutron und 2 Elektronen) ist extrem selten.

 

 

 

7) Molekül Methan CH4 ein 5-Atomiges Gas mit 0,000180%v ein Brenngas (Hauptbestandteil von Erdgas).

Ist auch ein Primärtreibhausgas, ansonsten in diesen Mengen in der Atemluft unbedenklich.

 

 

 

8) Element Krypton Kr ein Edelgas mit 0,000114%v, hat 32 Isotope und davon sind welche schwach radioaktiv.

Es ist ein unproblematisches Gas.

 

 

 

9) Elementen-Molekül (Durch Elektronenpaar-Bindung),

erstes im Periodensystem, ein Gas, (wesentlich leichter als Luft).

der Wasserstoff 1H2 (1 Proton und 1 Elektron), das kleinste und leichteste Element mit 0,000055%v

Die Isotope:  Deuterium 2H2 andere Schreibweise D2    (1 Proton, 1 Neutron und 1 Elektron)

und das radioaktiv Tritium 3H2 andere Schreibweise T2     (1 Proton, 2 Neutronen und 1 Elektron)

 

Hinweis zu D2:

Dies kommt in den Weltmeeren und in dem wenigen Süßwasser auf der Erde im normalen Wasser H2O vor als:

Deuteriertes Wasser bzw. halbschweres Wasser bzw. Hydrodeuteriumoxid DHO  

und nur in sehr geringen Mengen als Schweres Wasser bzw. Deuteriumoxid D2O

zusammen mit insgesamt 0,0115%v

 

Bezüglich des D gibt es Orthodeuterium (o-D2) (Gesamtpin 0) und Paradeuterium (p-D2) Gesamtspin 1.

Insgesamt im ganzen Wasser der Erde von ca. 1,4 mal 1018 Tonnen sind 5 mal 1013 Tonnen D vorwiegend als DHO Moleküle vorhanden!

D ist unproblematisch und der Fusionsbrennstoff der Zukunft!

 

Hinweis zu T2: Es ist radioaktiv (Betastrahler: Elektronen) und ist in der Natur normalerweise nur sehr selten. Es entsteht in kleinsten Mengen durch kosmische Strahlung und leider in größeren Mengen als Nebenprodukt im Atomkraftwerk (verschiedene Verfahren) bei der Kernspaltung (z.B. Uranisotop 235U) zur Energiegewinnung (die Fission, Atom-Fissions-Reaktor), (eigentlich ein Kernzerplatzen).

Es bildet sich dort, überschweres Wasser: Tritiumoxid T2O , es verdampft leicht und ist ein radioaktiver Betastrahler. Betastrahlen sind zwar leicht absorbierbar, aber wenn überschweres Wasser in einem Körper eines Lebewesens gelangt, wirkt diese Strahlung auf sehr kurzen Entfernungen dann hochgefährlich!

 

 

 

10) Element Xenon Xe ein Edelgas mit nur 0,000010%vol = 0,1ppmvs

nur auf der Erde das seltenste nicht radioaktive Element (kommt vorwiegend in der Atmosphäre vor), hat 37 Isotope davon sind nur 2 minimal radioaktiv. Es ist ein unproblematisches Gas.

 

 

 

11) Element  Radon Rn ein Edelgas, mit (weit unter 0,1ppmv) nur 6 mal 10-11ppmm, extrem wenig!

Radon mit seinen 34 Isotope sind alle radioaktive Alphastrahler. Das Gas tritt dort aus der Erde, wo auch geringe Mengen Uran U und Thorium Th im Untergrund vorhanden sind. Radon Rn und dessen Isotope entsteht permanent aus der Zerfallsreihe von U und Th (226Rn und 232Th) und strömt aus dem Untergrund nach oben, ganz besonders bei erspalten, oder im Bergbau. Es befindet sich auch etwas im Grundwasser. (Als Oberflächenwasser entweicht das Radon schnell in die Atmosphäre).

Jetzt zerfällt das aufgestiegen Radon:

Zerfallsprodukt ist das Element Polonium Po ein Metall mit seinen vielen Isotope (Zerfallsreihe). Alles Polonium ist radioaktiv). Diese Metallatome (atomares Aerosol) reichert sich beispielsweise in der Lunge an und erzeugt Lungenkrebs! Schlagwort: "Radonbelastung"

Hinweis zur Gesundheitsvorsorge:

Radon und somit Polonium kommt vorwiegend in bestimmten Gegenden auf der Erde aus dem Boden und aus Kanalrohre. Kelleräume sollten immer gut belüftet sein. Sind die Kellerräume nicht bewohnt, kann aber das Gas Radon und das Poloniumatome (Metall) über den Flur nach oben dringen. Häuser ohne Keller sollten nach unten gut Gas dicht sein! Das eingeatmete Radon verlässt den Körper relativ schnell, währenddessen Polonium eine biologische Halbwertszeit von 50 Tagen hat und einiges Polonium sich im Atemtrakt fest anreichert.

 

 

 

 

12) Elementen-Molekül ein 3-Atomiges starkes Reizgas, das Ozon O3

ist in der Erdschützenden Ozonschicht in der Stratosphäre bei 10 bis 50km Höhe mit 4 bis 8 ppmv

enorm hoch und es ist dort oben 90% des Ozonvorkommen auf der Erde.

(wird auch in "Dobson unit" DU) gemessen (ca. 300 bis 500 DU). Innerhalb der konzentrierte Ozonschicht ist es ca. -50°C kalt, darüber warm und darunter noch kälter. (Bei 8km ist es am kältesten mit nur -60°C und danach zur Erdoberfläche wird es es wieder warm).

In dieser Höhe (Stratosphäre 12 bis 50km) zerfällt teilweise entstandenes O3 permanent wieder zu O2, aber O3 wird  permanent durch die energiereicheren UVC-Strahlen durch eine Photolyse nachgebildet, so dass sich eine relativ stabile ca. 50km hohe Ozonschicht bildet. Dies bewirkt durch Absorption 90% des UVB und durch das O2 eine Absorption des UVC eine für das Leben auf der Erde einen sehr wichtigen UVB/UVC-Filter für diese gefährlichen UV-Strahlen (Die UVB-Reststrahlung bräunen zum Schutz die Haut).

UVA gehen ungehindert durch die Ozonschicht und den O2 durch, werden nur durch Wolken um 50% absorbiert. Die bei Wolken restlichen langwelligen und relativ energiearmen UVA-Strahlen dringen auch durch unsere Oberhaut und lassen diese altern und die Oberhaut verdickt sich. Bei wolkenfreien Himmel ist das besonders schädlich. Sie gelangen durch normale Fensterscheiben und z.B. Bilder an der Wand verblassen, aber zum Vorteil ist, dass Beispielsweise der Schimmelbefall in Nasszellen sich dramatisch reduziert usw.!

Zurück zur der vorteilhaften Ozonschicht:

Diese O3-Schicht reduziert außerdem den Wärmeeintrag auf die Erde! Hinweis:

Ohne die Ozonschicht würde sich dann das Ozon in allen tieferen Luftschichten bilde, mit dann tödlichen Folgen für die Natur (Mensch natürlich inbegriffen).

Die Menschen tun gut daran, dies O3 Schicht z.B. durch ein Verbot von einem FCKW-Eintrag (auch Freone genannt, Fluorlor-Chlor-Kohlen-Wasserstoff eine Verbindung mit Fluor F und Chlor Cl) in die Atmosphäre nicht zu gefährden!

Jedes Frühjahr gibt es in dem Bereich von 25km Höhe über der Antarktis eine erhebliche Ausdünnung, das Ozonloch. Auch natürliche, sehr seltene Wettephänomene wie vertikale Jetstreams können eine kleine Ozonmenge eine Etage tiefer zur Troposphäre bringen, wo das Ozon eigentlich nichts zu suchen hat.

 

In der unteren Luftschicht (Troposphäre) hat Ozon O3 speziell in Bodennähe bis ca. 1000m eine besondere negative Wirkung! Es gehört zu den Reizgasen: Z.B. wie: Chlorgas, Ammoniak, Stickoxide. Sie können die Lungenbläschen (Alveolen) schädigen (konzentrations- und zeitabhängig). O3 ist radikal und greift beispielsweise alle Kohlenwasserstoffe an indem sie dessen H oxidieren. nachlesen

 

 

 

 

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13) Molekül Stückoxid NO2 ein 3-Atomiges Reizgas mit nur 10ppbv

 

z.B. auch als CO Hormon (Bodenstoff)

 

 

 

 

14) Welche Atome, Moleküle und Lebewesen sind sonst noch in der Luft:

 

1'000 bis 10'000 Pilzsporen pro Kubikmeter Luft. Zählt zu den Feinstaub mit 3 bis 200µm Größe.

Einige von diesen sind so robust, dass sie auch im Weltraum überleben können.

Die kleineren mit bis 10µm können auch Allergien auslösen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IN ARBEIT!!!

 

 

2.3. Grenzwerte für Schadstoffe müssen festgelegt werden,

       und eine saubere Atemluft sollte ein Grundrecht sein!

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Wie sind einige dieser Grenzwerte schnell und langfristig zu erreichen?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5. Gibt es realistische Möglichkeiten,

        um eine weitere Erderwärmung zu vermeiden?

 

 

 

 

 

 

ENDE

 

 

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