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2022 | Book

Das Feuer ist kein Ungeheuer

Thermodynamik der Wärme und Arbeit für jedermann

Author: Prof. Dr. Cornel Stan

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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About this book

Brennen bleibt im Rennen! Das Feuer prägt seit Jahrtausenden die Existenz des Menschen: Feuer für die Nahrungszubereitung, wie für die Herstellung von Ziegeln, Zement und Stahl. Feuer für die Maschinen, die für den Menschen arbeiten oder ihn zu Land, zu Wasser und in der Luft bewegen. Feuer für seine Wärme daheim und auf der Arbeit. In diesem Buch wird gezeigt, wie der Mensch mit Hilfe des Feuers Materialien, Maschinen und Kraftwerke schuf und welche Brennstoffe, mit ihren Vor- und Nachteilen, er dafür bislang nutzte. Um das Klima zu retten, wollen „Klimaretter“ jeder Couleur, ob dafür qualifiziert oder nicht, das Feuer ganz eliminieren und es mit Elektrizität aus Photovoltaik und Windkraft ersetzen. Das Buch enthält Fakten und Nachweise, warum solche Spender zur Deckung des Weltenergiebedarfs gar nicht reichen können. Nicht die Verbrennung oder die Verbrenner sind an der Umweltgefährdung schuld, sondern die Treibstoffe die sie bislang bekamen. Stellen wir dem Feuer umweltfreundliche Brennstoffe zur Verfügung und lassen es sich in sehr sparsam arbeitenden Maschinen und Anlagen richtig entfalten! Das Buch beschreibt klimaneutrale Treibstoffe, aber auch, systematisch und für jedermann verständlich, thermodynamische Gesetze und Methoden für die Konzipierung wirkungsvoller Maschinen und Antriebe. Es wird wärmstens empfohlen, diese Lektüre vor dem Kamin oder am Lagerfeuer vorzunehmen.

Table of Contents

Frontmatter

Feuer in der modernen Welt: Nutzung und Folgen

Frontmatter
Kapitel 1. Das Feuer
Zusammenfassung
Die Sonne, die unserer Erde Licht und Wärme hin strahlt, glitt früher nicht irgendwie über die Köpfe der Menschen von Beijing nach Washington. Damals gab es weder Beijing noch Washington. In den Vorstellun-gen unserer Vorfahren spazierte die Sonne über den Himmel in einem Wagen, der von vier Hengsten gezo-gen wurde. Der Lenker war der Sonnengott Helios selbst. Morgens öffnete ihm Eos den Weg, abends folgte ihm Selene.
Cornel Stan
Kapitel 2. Feuer für Wärme
Zusammenfassung
Am Anfang war es das Lagerfeuer, was nach wie vor, bei unseren High-Tech-verwöhnten Mitbürgern immer noch sehr beliebt ist. Mit der Zeit hatten die Menschen Behausungen, mit offenem Feuer in geschlossenen Grotten. Das blieb so auch später, in gebauten Räumen. Über Brände und Gasvergiftungen wurde uns aus dieser Zeit nichts überliefert.
Cornel Stan
Kapitel 3. Feuer für Arbeit
Zusammenfassung
Der Wörterschatz eines Feuers besteht aus Flammen, die von den Menschenaugen als rot, gelb oder blau wahrgenommen werden können, je nach Intensität und Frequenz ihrer lokalen, momentanen Wärmestrahlung. Flammen die für Menschen unsichtbar sind, wie bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Luft, deuten auf eine noch höhere Stufe der Strahlungsintensität und -frequenz hin.
Cornel Stan
Kapitel 4. Feuer mittels klimaneutraler Brennstoffe
Zusammenfassung
Die Sonne brennt ständig. Sie sendet ihre Wärmestrahlung als Bündel von elektromagnetischen Wellen in alle Richtungen, so auch zur Erde. Das Dauerbrennen auf der Sonne benötigt keinen Sauerstoff, den es ohne-hin um die Sonne nicht gibt. Es ist eine Verbrennung durch Fusion der Wasserstoffkerne zu Heliumkernen, wie auf anderen Sternen auch.
Cornel Stan
Kapitel 5. Feuer verursacht Emissionen
Zusammenfassung
Das Feuer ist für unsere Erde doch zum Ungeheuer ge-worden! Holz, Kohle, Lampenöl, Benzin, Diesel, Erdgas, Autogas, alle enthalten Kohlenstoff, die meisten davon auch Wasserstoff. Wenn man sie mit Sauerstoff aus der Luft verbrennt, entstehen im besten Fall Koh-lendioxid und Wasser. Wenn sie nicht gut brennen, weil die Kohlekörnchen, die Holzspäne oder die Kraft-stofftropfen zu groß sind, resultiert aus dem mit Sauer-stoff reagierenden Kohlenstoff, neben Kohlendioxid auch Kohlenmonoxid, manchmal aber auch Partikel oder Ruß [1]. Die beste Verbrennung ist gegeben, wenn der im Brennstoff beinhaltete Kohlenstoff vollständig in Kohlendioxid umgewandelt wurde.
Cornel Stan

Thermodynamik des Feuers

Frontmatter
Kapitel 6. Wärme und Arbeit ändern Zustände
Zusammenfassung
Thermodynamik ist eine Wortkombination der alt-griechischen Begriffe „Thermo“ (warm) und „Dynamis“ (Kraft). Sie zeigt, dass Wärme und Arbeit eng miteinander verbunden sind. Damit hatte sich Jahrhun-derte lang die allgemeine Physik befasst. Nach der Entwicklung und Verbreitung der Dampfmaschinen, im 18. Jahrhundert, hat die Komplexität dieses Zusammenspiels deutlich zugenommen und so ist die Thermodynamik zu einer eigenständigen Wissenschaft geworden.
Cornel Stan
Kapitel 7. Arbeit aus Wärme
Zusammenfassung
Momentaufnahme in einer Wohnung: Die Wände nach außen sind wärmedicht, die Eingangstür ebenfalls, geschlossen ist sie auch. Kein Wasser strömt rein, kein Abwasser raus, der Strom ist abgeschaltet. Die Räume A, B und C sind offen zueinander. Im Raum B knistert im großen Kamin ein Feuer. Der Opa liest im Raum C an dem Licht einer Öllampe. Das Enkelkind dreht dauernd seine Runden durch alle Räume, Kraft an den Rädern über die Strecke bedeutet viel Arbeit, der Zwerg hat aber genug Energie.
Cornel Stan
Kapitel 8. Arbeitsmittel als Träger von Wärme und Arbeit
Zusammenfassung
Was hat ein Arbeitsmittel eigentlich für eine Aufgabe? Die Antwort ist klar: viele! Es soll zuerst gut fließen können. Es soll in sehr kurzer Zeit über Wärmetauscher viel Wärme aufnehmen und viel Wärme abgeben können. Dabei darf es weder bei niedrigen Tempera-turen einfrieren, noch sich bei hohen Temperaturen zersetzen. Eine Phasenänderung von Gas zu Flüssigkeit und umgekehrt muss exakt kontrollierbar sein, um beispielsweise Flüssigkeitspumpen oder Dampfturbinen in den Kreisläufen von Kraftwerken nicht zu beschädigen.
Cornel Stan
Kapitel 9. Die Unumkehrbarkeit natürlicher Prozesse
Zusammenfassung
Feuer! Der Kraftstoff zischt aus der Düse über mehrere Löcher. Er wird fein zerstäubt, verdampft und verwirbelt sich kräftig mit dem Luftsauerstoff im Brennraum. Das Gemisch zündet von selbst, es entstehen rote und hellgelbe Flammen, die vereinigten Pärchen von Kohlenwasserstoff und Sauerstoff tanzen feurige Walzer, wie beim Wiener Opernball. Sie brennen zunehmend füreinander, sie werden ein Herz (aus Kohlenstoff) und eine Seele (aus Sauerstoff). Der Wasserstoff aus dem Kraftstoff und der Stickstoff aus der Luft sollen um die Pärchen herum machen, was sie wollen. Was oder wer könnte, wie aus dem heiteren Himmel, alles rückwärts laufen lassen? Die Musik rückwärts, das geht, rückwärts tanzen auch, manche Paare auseinander, das hat man immer wieder gesehen. Das wären umkehrbare, reversible Prozesse. Aber Herz und Seele auseinanderreißen? Aus dem Feuerwalzer in einem Brennraum die Kraftstofftropfen zurückbilden und die Sauerstoffteilchen in die Luft zurückschießen und homogen verteilen, das geht nicht auf natürlichem Wege (Bild 9.1). Das ist ein unumkehrbarer, ein irreversibler Prozess.
Cornel Stan
Kapitel 10. Wege der Wärme zur Arbeit
Zusammenfassung
Die Umsetzung der Wärme in Arbeit in einer thermi-schen Maschine ist hinsichtlich Quantität (gewonnene Arbeit) und Qualität (Wirkungsgrad) grundsätzlich von den Extremwerten der Temperatur bei der Wärme-zufuhr und -abfuhr innerhalb des jeweiligen Prozesses abhängig (Kap. 9.2).
Cornel Stan
Kapitel 11. Wärmeübertragung
Zusammenfassung
Feuer und Flamme!
Cornel Stan

Die Zähmung des Feuers

Frontmatter
Kapitel 12. Öl ins Feuer gießen
Zusammenfassung
Manche wollen das Feuer weltweit und in jeder Hinsicht, so schnell wie möglich ganz verschwinden lassen, der Klimaneutralität zuliebe. Andere gießen kräftig Öl ins Feuer, weil sie entweder einen gewaltigen Energiehunger haben oder profitable Energieträger verkaufen wollen.
Cornel Stan
Kapitel 13. Feuernutzung mit bestmöglicher und klimafreundlicher Wirkung
Zusammenfassung
Die Neutralisierung der klimaschädlichen Effekte des Feuers kann durch den Ersatz fossiler Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle durch die klimaneutralen Alkohole, Öle und eFuels (Kap. 4). vorgenommen werden. Der Weg dahin ist aber mit Massenproduktions- und Infrastrukturproblemen, aber vor allem mit dem Widerstand der jetzigen Erdöl-, Erdgas und Kohlean-bieter verbunden (Kap. 12).
Cornel Stan
Kapitel 14. Second-hand Feuer
Zusammenfassung
Die Verbrennungsmotoren und die Kraftwerke aller Art können auch mit second-hand Feuer ernährt werden. Durch die Verfeuerung von Restmüll entsteht gewiss auch Kohlendioxid. Allerdings belastet die Müllverbrennung in den meisten Fällen nutzlos die Atmosphäre mit Kohlendioxid, zusätzlich zu den Kraftwerken, in denen Strom und Wärme generiert werden (Bild 14.1).
Cornel Stan
Kapitel 15. Wärme und Arbeit ohne Feuer
Zusammenfassung
„Ohne Feuer“ wird von den Gegnern der Verbrenner aller Art mit „ohne Kohlendioxid“ gleichgesetzt.
Cornel Stan
Backmatter
Metadata
Title
Das Feuer ist kein Ungeheuer
Author
Prof. Dr. Cornel Stan
Copyright Year
2022
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-64987-9
Print ISBN
978-3-662-64986-2
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64987-9

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