Fritz Vahrenholt bei Tichy:
Tichys Einblick Talk: Null Energie – und dann alle pleite oder arbeitslos?
Energiepreise erdrücken die Bevölkerung in Deutschland. Mehr als 6 Millionen Arbeitsplätze sind bedroht, sagt Fritz Vahrenholt. Und das ist nur die erste Runde Industriebetriebe, die zumacht. Doch warum unternimmt die Politik nichts dagegen? Antje Hermenau warnt: In Ostdeutschland formiert sich ein Massenaufstand.
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Mit Gesteinsmehl gegen den Klimawandel
Wie kann Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre entfernt und sicher und dauerhaft im Ozean gespeichert werden? Dieser Frage gehen Wissenschaftler*innen aus sieben Nationen unter Leitung des GEOMAR in einem Experiment im Raunefjord bei Bergen, Norwegen nach. In Mesokosmen, frei schwimmenden, abgeschlossenen Versuchsanlagen, untersuchen sie, ob der Ozean durch eine gezielte Zugabe basischer Mineralien – genannt Alkalinisierung – mehr CO2 aufnehmen kann und welchen Einfluss dies auf Lebensgemeinschaften im Meer hat. Die bis Mitte Juli dauernde Studie findet im Rahmen des von der EU geförderten Projekts Ocean-based Negative Emission Technologies (OceanNETs) statt.
Das Ziel ist eindeutig: Im Übereinkommen von Paris hat die Weltgemeinschaft beschlossen, die globale Erwärmung auf deutlich unter 2° Celsius zu begrenzen und Anstrengungen zu unternehmen, sie unter 1,5° Celsius zu halten. Dies ist nur zu erreichen, wenn wir unsere Treibhausgas-Emissionen drastisch senken und Maßnahmen ergreifen, um Kohlendioxid (CO2) aktiv wieder aus der Atmosphäre zu entfernen – also „negative Emissionen“ zu erzeugen. Inwieweit der Ozean hierbei helfen kann und welche Risiken und Nebenwirkungen damit verbunden sein könnten, untersucht derzeit ein internationales 43-köpfiges Team von Forschenden unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel in einer Feldstudie südlich von Bergen.
Für das Langzeit-Experiment setzen die Forschenden die am GEOMAR entwickelten Mesokosmen ein, eine Art übergroßer Reagenzgläser mit 20 Metern Länge und einem Durchmesser von zwei Metern. In den abgeschlossenen Behältern wird der pH-Wert des Meerwassers durch die gezielte Zugabe von Mineralien erhöht. Diese so genannte Alkalinisierung wirkt nicht nur der Ozeanversauerung entgegen, sondern erhöht auch das Potential des Ozeans, CO2 zu binden. Regelmäßige Probennahmen und Messungen dokumentieren die chemischen und biologischen Veränderungen in den Mesokosmen über einen Zeitraum von etwa acht Wochen.
Das untersuchte Verfahren ist einem natürlichen Prozess nachempfunden: In der freien Natur sind Mineralien aus Gesteinen und Böden für die Alkalinität von Gewässern verantwortlich. Im Experiment werden gelöschter Kalk – stellvertretend für kalziumbasierte Mineralien – und Magnesium-Silikat – als Vertreter für siliziumhaltige Mineralien – zur Alkalinisierung genutzt, da sie frei von Unreinheiten regulärer Mineralien sind und sich zudem leichter im Wasser lösen. Das Experiment soll klären, wie effektiv hierdurch zusätzliches CO2 gebunden wird, welche der beiden Substanzen bessere Ergebnisse erzielt und vor allem, wie sich die Ozean-Alkalinisierung auf marine Lebensgemeinschaften auswirkt.
„Wir müssen an Wegen arbeiten, um dem Klimawandel aktiv zu begegnen. Das Problem wird immer drängender. Selbst wenn es uns gelingt, die CO2-Emissionen schnell und energisch zu reduzieren, wird es immer noch Treibhausgas-Emissionen geben, die wir nicht vermeiden können“, sagt Professor Dr. Ulf Riebesell, Meeresbiologe am GEOMAR und Leiter der Studie. „Wir wollen mit unserer Forschung sichere und nachhaltige Lösungen entwickeln helfen, mittels derer sich Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen lässt. Dabei ist es besonders wichtig, negative Auswirkungen auf die Meeresumwelt auszuschließen.“
Mesokosmen-Studien eignen sich besonders, um die Auswirkungen von Veränderungen im Meerwasser zu untersuchen, ohne dabei die Meeresumwelt zu beeinflussen. Durch die abgeschlossene Struktur der „Riesen-Reagenzgläser“ können die Bedingungen im enthaltenen Wasser kontrolliert verändert werden. Mesokosmen schließen natürliche Lebensgemeinschaften ein und sind während der Experimente den realen Umweltbedingungen ausgesetzt, so dass naturnahe Zustände simuliert werden können. Dies ist im Labor nicht möglich.
Neben den Wissenschaftler:innen vom GEOMAR sind auch Forschende der Universität Bergen, der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, der Universität Hamburg, der Universität von Las Palmas de Gran Canaria, des Alfred-Wegener Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar und Meeresforschung, des Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, der University of Tasmania, der Southern Cross University, der University of Agder und der Technischen Universität Dänemark am Experiment beteiligt.
„Die Ergebnisse der Studie in Norwegen und eines vergleichbaren Experiments, das im Herbst 2021 auf Gran Canaria durchgeführt wurde, fließen in eine übergreifende Bewertung verschiedener ozean-basierter Maßnahmen zur aktiven CO2-Entnahme ein“, erklärt Dr. David Keller, Erdsystemmodellierer am GEOMAR und Koordinator des Projekts OceanNETs. „Dabei verfolgen wir einen transdisziplinären Ansatz, der neben naturwissenschaftlichen auch wirtschaftliche, rechtliche und soziale Aspekte berücksichtigt. Unsere Ergebnisse und Bewertungen sollen dazu beitragen, eine Entscheidungsgrundlage für den möglichen Einsatz von Maßnahmen zur aktiven CO2-Entfernung zu liefern. Welche Maßnahmen letztlich zum Einsatz kommen, kann nur durch Abwägung aller Vor- und Nachteile und eingebunden in einem gesamtgesellschaftlichen Prozess zur Minderung des Klimawandels entschieden werden.“
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CERN:
Discovering a new way by which aerosols rapidly form and grow at high altitude
Aerosol particles can form and grow in Earth’s upper troposphere in an unexpected way, reports the CLOUD collaboration in a paper published today in Nature. The new mechanism may represent a major source of cloud and ice seed particles in areas of the upper troposphere where ammonia is efficiently transported vertically, such as over the Asian monsoon regions.
Aerosol particles are known to generally cool the climate by reflecting sunlight back into space and by making clouds more reflective. However, how new aerosol particles form in the atmosphere remains relatively poorly known.
„Newly formed aerosol particles are ubiquitous throughout the upper troposphere, but the vapors and mechanisms that drive the formation of these particles are not well understood,“ explains CLOUD spokesperson Jasper Kirkby. „With experiments performed under cold upper tropospheric conditions in CERN’s CLOUD chamber, we uncovered a new mechanism for extremely rapid particle formation and growth involving novel mixtures of vapors.“
Using mixtures of sulfuric acid, nitric acid and ammonia vapors in the chamber at atmospheric concentrations, the CLOUD team found that these three compounds form new particles synergistically at rates much faster than those for any combination of two of the compounds. The CLOUD researchers found that the three vapors together form new particles 10 to 1000 times faster than a sulfuric acid–ammonia mixture, which, from previous CLOUD measurements, was previously considered to be the dominant source of upper tropospheric particles. Once the three-component particles form, they can grow rapidly from the condensation of nitric acid and ammonia alone to sizes where they seed clouds.
Moreover, the CLOUD measurements show that these particles are highly efficient at seeding ice crystals, comparable to desert dust particles, which are thought to be the most widespread and effective ice seeds in the atmosphere. When a supercooled cloud droplet freezes, the resulting ice particle will grow at the expense of any unfrozen droplets nearby, so ice has a major influence on cloud microphysical properties and precipitation.
The CLOUD researchers went on to feed their measurements into global aerosol models that include vertical transport of ammonia by deep convective clouds. The models showed that, although the particles form locally in ammonia-rich regions of the upper troposphere such as over the Asian monsoon regions, they travel from Asia to North America in just three days via the subtropical jet stream, potentially influencing Earth’s climate on an intercontinental scale.
„Our results will improve the reliability of global climate models in accounting for aerosol formation in the upper troposphere and in predicting how the climate will change in the future,“ says Kirkby. „Once again, CLOUD is finding that anthropogenic ammonia has a major influence on atmospheric aerosol particles, and our studies are informing policies for future air pollution regulations.“
Atmospheric concentrations of sulfuric acid, nitric acid and ammonia were much lower in the pre-industrial era than they are now, and each is likely to follow different concentration trajectories under future air pollution controls. Ammonia in the upper troposphere originates from livestock and fertilizer emissions—which are unregulated at present—and is carried aloft in convective cloud droplets, which release their ammonia upon freezing.
Paper: Mingyi Wang et al, Synergistic HNO3–H2SO4–NH3 upper tropospheric particle formation, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04605-4
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Eos:
Playing It Safe in Field Science
Researchers face many risks when working in the field. Documenting past and future accidents and safety incidents can help identify patterns and practices to keep scientists out of harm’s way.
The most memorable individual I’ve met during fieldwork weighed about half a ton. My team was taking samples of sedimentary rocks one morning on a remote island in Svalbard when he surprised us. The furry white boulder lumbered toward us under the Arctic summer Sun, then stood up and eyed us as we yelled at him and quickly packed our samples to retreat, just like we’d practiced. Later, we watched him sleep near the shore from the deck of our sailboat. His shagginess and curiosity reminded me of a dog—but he was a hungry polar bear.
That day, he stayed hungry, and we stayed safe. And ever since, he’s been fodder as the subject of a field story I’ve told many times. Hang out with Earth scientists for any time at all, and you hear stories like these: misadventures and near misses in the field. The villains of these stories are diverse—annoyed buffalo, helicopters, rushing rivers, flat tires, cacti, and more.
Depending on who’s listening, these stories sound like invitations to high adventure or good reasons to stay home. The tales may be thrilling—and offer glimpses of specific risks and solutions—but when it comes to informing systematic approaches for avoiding risk in the field, they are, literally, anecdotes. What field scientists need for this purpose is data.
Weiterlesen in Eos.
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Scientists explain why meridional heat transport is underestimated
The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) is a phenomenon responsible for transporting ocean heat northward through the Atlantic Ocean. This process significantly influences the Arctic and North Atlantic oceanic climate and the Eurasian continental climate. The corresponding cross-equatorial northward heat transport also determines the location of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ), affecting global energy and rainfall distribution. Changes in ocean net surface heat flux play an important role in modulating the variability of the AMOC and hence the regional and global climate. However, the spread of simulated surface heat fluxes is still large and AMOC underestimation is common, due to poorly represented dynamical processes involving multi-scale interactions within the model simulations.
Publishing their work in Advances of Atmospheric Sciences, Prof. Chunlei Liu and collaborators from Guangdong Ocean University, the University of Reading, and the University of Cambridge presented new findings on why heat loss over the North Atlantic is underestimated in state-of-the-art atmospheric climate model simulations.
In their study, the DEEPC (Diagnosing Earth’s Energy Pathways in the Climate system) dataset is used as the „truth“ for comparison. The DEEPC dataset is constructed using the energy conservation method. This dataset has been widely used by climatologists within the research community as it provides reasonable agreement regarding inferred oceanic heat transport with the in-situ RAPID (Rapid Climate Change-Meridional Overturning Circulation and Heat flux array) observations in both variability and quantity.
„The heat loss from the AMIP6 ensemble mean north of 26°N in the Atlantic is about 10 watts per square meter less than DEEPC, and the inferred meridional heat transport is about 0.3 petawatts (1 petawatt = 1015 watts) lower than the 1.22 petawatts from RAPID and DEEPC,“ said co-author Dr. Ning Cao. „These findings can help the research community more accurately interpret the historical simulations and projections produced by contemporary models.“
After further investigation, the team found that low model horizontal resolution produced discrepancies between simulations. They showed that by increasing the resolution, it is possible to improve surface heat flux simulations north of 26°N and the inferred heat transport at 26°N in the Atlantic.
„Although there are problems in simulations, the climate model still plays an important role in climate change research,“ said Professor Liu. „Further work is needed to improve model simulations of surface fluxes, and research to reduce observational flux uncertainty is also ongoing through collaboration with the University of Reading and UK Met Office.“
Chunlei Liu et al, Discrepancies in Simulated Ocean Net Surface Heat Fluxes over the North Atlantic, Advances in Atmospheric Sciences (2022). DOI: 10.1007/s00376-022-1360-7
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Hans Ambos auf Facebook:
Energiewende und Klimakriese
„Erste Wasserstofflieferung aus den Vereinigten Arabischen Emiraten in Hamburg angekommen.“
Pressemitteilung von Bundesminister Habeck am 15.9.22
Habeck treibt die Energiewende zügig mit Hilfe der „Emiratisch-Deutschen Energiepartnerschaft“ voran.
In der Überschrift steht schon die erste Unwahrheit. Geliefert wurde nämlich Ammoniak (NH3) und nicht Wasserstoff (H2). Er nennt Ammoniak verschleiernd Wasserstoffderivat. In den VAE kann mit elektrischem Strom vom Kernkraftwerk Barakah in einer Elektrolyseanlage aus Wasser (H2O) Wasserstoff erzeugt werden. In einer Dampfreforminganlage der Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) wird sog. Blauer Wasserstoff hergestellt (Erdgaskraftwerk). Im nächsten Umwandlungsschritt wird mit dem Haber-Bosch-Verfahren aus diesem Wasserstoff Ammoniak erzeugt, um ihn transportieren zu können. Nach dem Schiffstransport nach Deutschland wird durch einen „Cracker“ aus Ammoniak wieder Wasserstoff. Dieser Wasserstoff treibt mittels einer Brennstoffzelle LKWs oder den H2-Zug (Mireo) der Bahn an oder wird zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen, E-Fuels, verwendet.
Nach all diesen Umwandlungen und Rückumwandlungen bleibt kaum etwas von der ursprünglichen Energie übrig. Die Gesetze der Physik und Chemie sind nicht verhandelbar. Der Wirkungsgrad der Elektrolyse oder der Dampfreformierung beträgt 75%. Die Haber-Bosch-Ammoniaksynthese hat einen Wirkungsgrad von 60%, NH3-Kompression und Transport: 85%, Ammoniak-Cracker: 70%, H2-Kompression und Transport: 90%, Brennstoffzelle: 70%.
So erhält man von 100 kWh Strom aus dem Kernkraftwerk lausige 17 kWh Nutzenergie aus der Brennstoffzelle.
Es ist fast so wie im Märchen von Hans im Glück. Aus einem Goldklumpen hatte er durch einen Reigen von Tauschgeschäften am Schluss einen Wetzstein.
Das Wasserstoffprojekt der Energiewende ist unfassbar teuer. Eine CO2-frei erzeugte kWh vom KKW Barakah (oder deutschen KKWs) kostet ca. 3 Cent. In Deutschland kostet dieser Wasserstoff ca. 90 ct/kWh. Zum Vergleich Wasserstoff aus Erdgas kostet z.Z. min. 25 ct/kWh. Durch Förderprojekte und Subventionen wird der Preis künstlich niedrig gehalten.
Habeck spricht vom Aufbau einer Wasserstoffwertschöpfungskette und hätte gerne grünen Wasserstoff aus den VAE. Den gibt es aber nicht, weil es dort keine Windkraftanlagen und nur wenige Photovoltaikanlagen gibt. Der Anteil der Erneuerbaren am Strommix beträgt nur 3% (2021).
Nach Angaben des Bundeswirtschaftsministeriums kann man Ammoniak auch auf der Basis von sogenanntem „blauem Wasserstoff“ herstellen. Von blauem Wasserstoff ist die Rede, wenn bei der konventionellen Herstellung von Wasserstoff mittels Dampfreformierung das dabei frei werdende CO2 abgeschieden und gespeichert wird (Carbon Capture and Storage, kurz CCS). Dieses Verfahren hat der Minister Habeck allerdings in Deutschland verboten.
Alternativ zum Ammoniaktransport lässt sich auch flüssiger Wasserstoff transportieren. Dafür sind Temperaturen von unter minus 230 °C nötig. Das ist mit sehr viel Aufwand und sehr hohen Kosten verbunden und stellt hohe Anforderungen an die verwendeten Materialien. Faustformel: In die Verflüssigung von Wasserstoff müssen ca. 40 % des Energiegehaltes vom Wasserstoff reingesteckt werden. Je länger die Strecke bzw. Speicherdauer, desto höher wird der Verlust an Energie.
Hans Ambos
Bensheim