Die Entropiebilanz

Die Materiemengenbilanz und die Energiebilanz sind allgemeingültige Instrumente zur Analyse von Energie- und Stoffumwandlungen. Sie erlauben die Berechnung unbekannter Prozessdaten, schöpfen aber die naturgesetzlichen Einschränkungen, denen diese Prozesse unterliegen, noch nicht aus. Bereits bei der ersten Beschreibung der Energie- und Stoffumwandlungen auf der Grundlage alltäglicher Erfahrungen war uns ihre Unsymmetrie aufgefallen. Die Arbeit einer Bohrerwelle wird beim Bohren eines Loches in Wärme umgewandelt. Obwohl dabei keine Energie verloren geht, gelingt es nicht, mit dieser Wärme den Antrieb des Bohrers zu besorgen. Die Energie ist offenbar entwertet worden. Ganz analog sind die Erscheinungen bei der Umwandlung von elektrischer Arbeit in Wärme in einer elektrischen Heizung. Die dabei frei werdende Wärme lässt sich nicht wieder in die ursprünglich aufgewändete elektrische Arbeit zurückverwandeln. Dieses Phänomen der Entwertung bzw. Unsymmetrie bei Energieumwandlungen ist nicht auf die Umwandlung von Arbeit in Wärme beschränkt. Auch bei den Kompression- und Expansionsprozessen in einer Kolbenmaschine reicht die bei der Expansion gewonnene Arbeit nicht zum Umkehren des Prozesses aus. Und auch die kinetische Energie eines in einer Düse beschleunigten Luftstrahles reicht nicht zur Rekompression der Luft auf den ursprünglichen Druck in einem Diffusor aus. Energieumwandlungen laufen somit allgemein unsymmetrisch ab und entwerten Energie. Auch Stoffumwandlungen verlaufen unsymmetrisch. Die reinen Gase Sauerstoff und Stickstoff vermischen sich spontan zu Luft, aber das Gemisch ist nur unter Energiezufuhr und mit technologischem Aufwand in seine Komponenten zu trennen. Aus Wasserstoff und Sauerstoff entsteht spontan durch eine chemische Reaktion Wasser, aber Wasser ist nur unter Energiezufuhr und mit technologischem Aufwand in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Bei der Analyse von Energie- und Stoffumwandlungen müssen wir neben den Erhaltungsgesetzen von Materie und Energie auch ihre Unsymmetrie berücksichtigen. Es ist also erforderlich, die zunächst noch oberflächliche Beobachtung der Unsymmetrie von Energie- und Stoffumwandlungen als Naturgesetz quantitativ zu formulieren und damit ihre technischen Konsequenzen berechenbar zu machen.