In der Technik der Windturbinen dominieren eindeutig die Horizontalachser mit 3 Flügeln, die mit dem Wind geführt werden.

„Vertikalläufer machen eigentlich nur Probleme“, heißt es bei Experten. Mindestens ein Rotorblatt läuft immer gegen den Wind. Durch die schnelle Änderung der Anstellwinkel kommt es zum Strömungsabriss an den Blättern und damit zu Leistungsverlusten.

Im Vergleich zu den heute üblichen Horizontal-Achsen-Windrädern liefern die Verikalen ca 30% weniger Leistung. Dieses Problem hat Agile Wind Power angeblich gelöst durch eine „Echtzeit-Rotorblatt-Pitch-Steuerung“ Die aktive und kontinuierliche Blattverstellung ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad bei tiefen Drehzahlen des Rotors. Der Anstellwinkel zur Windrichtung ist dadurch jederzeit optimal

Damit wäre man der größten Herausforderung erfolgreich begegnet, nämlich der dynamische Strömungsabriss der Blätter, da sich der Anstellwinkel schnell ändert.

Auf der Website der Firma werden die Vorteile aufgelistet:

Die deutlich geringere Lautstärke sowie die einfache Logistik für Transport, Installation, Betrieb und Unterhalt sichert eine hohe Umwelt-Verträglichkeit. Das ermöglicht, Vertical Sky® näher an besiedelte Gebiete zu rücken. Schwierig zugängliche Standorte, die mit bestehenden Technologien nicht bedient werden können, lassen sich so mit geringem Aufwand erschliessen. Das macht Vertical Sky® für die dezentrale Stromversorgung attraktiv.
Tiefe Betriebskosten sichern eine hohe Wirtschaftlichkeit. Leichte Bauteile ermöglichen einen einfachen Transport ohne grössere Flurschäden. Eine Vertical Sky® Anlage braucht weder Sondertransporte noch Spezialkräne. Ein komfortables Selbstaufbau-System schont die Ressourcen Mensch und Natur.

Der nun im Windtestfeld Grevenbroich anlaufende Testbetrieb wird zeigen, wie sich diese neue Entwicklung in der Praxis bewährt. Sobald etwa Anfang Oktober die Flügel im Wind rotieren werden wir an dieser Stelle berichten.

Hier das erste Video vom Testlauf, Rotorblätter noch im fixed pitch Modus, verstellen sich also nicht.

Text und Fotos: Bernd Riebe, OCT 2020

Update- 19 NOV 2020: Erster Crash

Agile Wind Power hat soeben eine Pressemitteilung herausgegeben:

An der neuen Gross-Windanlage Vertical Sky® A32, die Anfang September auf dem Windtestfeld in Grevenbroich bei Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen, Deutschland) errichtet wurde, ist am Sonntag 15. November 2020 kurz nach 19:00 Uhr ein Rotorarm abgebrochen. Personen wurden nicht verletzt. Es entstand Sachschaden.
Anfang September 2020 wurde auf dem Windtestfeld in Grevenbroich (NRW, D) die Windenergieanlage Vertical Sky® des Typs A32 des Schweizer Unternehmens Agile Wind Power AG erfolgreich montiert und daraufhin mit der Inbetriebnahme der Anlage begonnen.
Am Abend des Sonntags 15. November 2020 – noch während der Phase der Inbetriebnahme – brach an der Anlage ein Rotorarm mit dem daran befestigten Rotorblatt ab. Es wurde niemand verletzt. Neben Flurschaden und dem Schaden des betroffenen Rotorarms und Rotorblatts sind keine weiteren Drittschäden zu verzeichnen.
Nach Bekanntwerden des Vorfalls wurde die Sicherung der Unfallstelle veranlasst. Untersuchungen zur Ermittlung der Schadensursache wurden eingeleitet

23 NOV 2020:

Zur Zeit der Havarie zog eine Kaltfront durch, dabei wurden an nahegelegenen Wetterstationen Windböen um 20m/s  (Bft 8) gemessen. Der abgebrochene Rotorarm mit Flügel liegt ca 50m vom Turm entfernt.

Text und Fotos: Bernd Riebe

Die vielen interessanten Kommentare auf der englischsprachigen YouTube-Seite haben mich angeregt, zum Thema Vertikalachsen-Turbinen einen zusammenfassenden Kommentar abzugeben:

Die Kommentare sind interessant, aber von einigen Usern zu voreilig. Das System hat seine entscheidenden Vorteile. Speziell in Bezug auf die geringe Drehzahl und die damit verbundene Geräuschreduktion und die bessere optische Verträglichkeit für die Fauna. Dann gilt das Prinzip, lieber eine Anlage mit schlechterem Wirkungsgrad aufstellen als gar keine an dem Standort.
Der Wirkungsgrad ist beim Vertikalachser per se schlechter, das ist auch mit der Hauptgrund, warum sich diese Anlagenform nicht durchgesetzt hat. Die (ungepitchten) Blätter laufen nie in konstant guter Anströmung und auf der einen Seite müssen die Blätter windaufwärts laufen, was ebenfalls Leistung frisst.
Jedoch: Während der Horizontalachser nur in EINER Ebene dem Wind Leistung entzieht, existieren beim Vertikalachser zwei Entnahmeebenen. natürlich kann man dem Wind nicht mehr Leistung entziehen, als drin steckt (Betz-Regel) aber nach dem Abbremsen in der ersten Ebene und dem damit verbundenen Druckgefälle kommt es zu einer Durchmischung der abgelaufenen Stromröhre mit der ungebremsten Umgebungsluft. Die Stromröhre schnürt sich also wieder etwas ein, sodass sie in der 2. Entnahmeebene wieder etwas aufgeweitet werden kann. Balanciert man die Aerodynamik so, dass in der ersten Ebene nicht komplett gebremst wird, kann man das für sich nutzen.
Selbstverständlich ist eine treffsichere Berechnung eines Vertikalachsers dementsprechend schwer und nicht möglich. Das ist bei der HAWT deutlich einfacher.
Setzt man nun einen zyklischen Pitch ein, dann kann man die Nachteile des VAWT deutlich reduzieren.
Ein User spricht davon, dass augescheinlich die Pyhsik ausgetrickst werden soll. Dem ist hier nicht so. Das Konzept ist aus vielerlei Hinsicht vorteilig, z.B. von der Kostenseite her. Man muss also das Gesamtsystem unter einer wirtschaftlichen Betrachtung ansehen und darf nicht nur auf die physikalische Wirksamkeit abzielen.
Tatsächlich besitzt der VAWT eine ausgefallenere Lastdynamik weil mehr dynamische Effekte auftreten. Die Blätter werden wechselseitig saug- und druckseitig angeströmt und der hintere Blattdurchgang ist hinter dem turbulenzerzeugenden Turm bzw. im Nachlauf der vorderenen Entnahmeebene. Doch diese Wechselbelastungen lassen sich heutzutage sehr gut mit aero-elastischen Werkzeugen berechnen.
Auch materialseitig weiß man heute deutlich mehr als früher und kann die Faserverbundbauteile den Lasten entsprechend Dimensionieren. Die Simplizität der Flügel (ebenes Profil) ist bei Bau ein riesen Vorteil und deutlich einfacher automatisierbar als die verwundenen Blätter der HAWT. Aber der eine User hat recht, Fliehkräfte erzeugen nach außen gerichtete Biegemomente, denen man mit einer steiferen Struktur begegnen muss, die wiederum masse mitbringt, die zu höheren Fliehkräften führt. Zum Glück gibt es heutzutage Materialien, deren Reißlänge entsprechend ist (CFK z.B.).
Ein Blattschaden kann aus vielerlei Gründen auftreten. Baufehler, Montagefehler, Materialfehler, Regelungsfehler, Fehler in der Lastannahme, Abweichung der Windverhältnisse von den Simulationen, Berechnungsfehler der Struktur. Mit dieser Anlage wird auf vielen Positionen Neuland betreten, da ist die Lernkurve stets sehr steil. Man denke nur an den (horizontalachsigen!) GROWIAN.
Das verlängern der Arme und das Verkürzen der Blätter ist m.E. nicht zielführend, weil die Fliehkraft sich dadurch nicht ändert.
Bei Windkraftanlagen handelt es sich um hochdynamische Systeme, die fachfremde Mensch nur zu oft unterschätzt. Auch HAWT unterliegen unglaublichen Wechsellasten und es brechen auch hier „ständig“ Rotorblätter ab, die Presse ist voll davon.
Wir sind ebenso gespannt, wie das Projekt weitergeht und drücken diesem Anlagentyp und die Schweizer Firma die Daumen.

Bernd Riebe, 13.DEZ 2020

Zum Thema: Günther Kunz – Analyse Vertical Sky Crash, FEB 2021

Update 26 Juli 2021

Nach dem Crash im November 2020 tut sich wieder etwas auf dem Windtestfeld bei Grevenbroich. Die Firma Agile Wind Power hat die Schadensursache analysiert und die Arbeiten an einem neuen modifierten Rotor begonnen. die neue Konstruktion soll im Oktober fertiggestellt sein. (weitere Infos in der Medienmitteilung vom Feb 2021)

Update Dezember 2021

Noch deutet nichts auf eine erneute Montage des Prototyps hin. In einem Video-Talk nennt Patrick Richter von Agile Wind Power „Januar“ als Termin für die Montage.

Bernd Riebe, 27.12.2021

Update 23 Juni 2022 – Neue Anlage fertiggesstellt

Die Komponenten des zweiten Prototyps sind nun fertig montiert und bereit für den ersten Testlauf.

Bernd Riebe, 23 Juni 2022

Update 04.11.2022

Nach Angaben von Agile Wind Power darf die neue Anlage  nach der Freigabe durch die Behörden zu Testzwecken drehen. Es gab die Auflage, die Eigenfrequenzen der Anlage zu messen und mit den Berechnungen zu vergleichen, was mit positivem Ergebnis geschah. In der nächsten Zeit bis zur Inbetriebnahme werden noch verschiedene Messungen und Arbeiten vorgenommen. Wir werden an dieser Stelle weiter berichten.

Bernd Riebe, 04.11.2022

Update 27.04.2023 Zweiter Crash

Beim heutigen Besuch des Wndtestfelds mussten wir leider feststellen, dass die neu errichtete Anlage einen zweiten Crash erfahren hat. Wieder kam es zu einem Bruch eines Rotorarms.

Nach Angaben von Agile Wind Power wurden Ende 2022 Risse am Rotor entdeckt, noch bevor der eigentliche Testlauf beginnen konnte.Im März 2023 hatte man begonnen, die Rotorblätter und den Rotor abzubauen, um die Schäden zu begutachten, bzw. zu beheben. Ein Rotorblatt war bereits demontiert und in der Nähe gelagert, als es am Samstag, 25.03.23 zu dem Crash kam, bei dem ein Rotorarm abknickte und das 22t schwere Rotorblatt sich in der Stahlkonstruktion des Trageturms verfing. An diesem Tag wehte ein stürmischer Wind mit Sturmböen um 80 km/h

Ich konnte nicht in Erfahrung bringen, wie der abgenickte Rotorarm nebst Rotorblatt anschließend zu Boden kam, wahrscheinlich im freien Fall, darauf lassen jedenfalls die Beschädigungen am unteren Trageturm schließen.

Diese zweite Haverie ist offensichtlich ein herber Rückschlag für dieses, wie ich meine, so innovative Projekt mit eigentlch sehr guten Marktchancen. Bleibt zu hoffen, dass CEO Patrick Richter und seine Unterstützer den Mut aufbringen, dem Projekt noch eine dritte Chance zu geben.

Bernd Riebe, 28.04.2023

Fotos: Xenia Marita & Bernd Riebe

Der Beitrag Größte Vertikal-Windturbine: Testlauf mit Problemen erschien zuerst auf Blue Blog.

The world’s largest vertical axis wind turbine fails again in a test run at the Grevenbroch wind test field. The first test runs reveal considerable problems with the statics of the wind turbine

The world’s largest vertical wind turbine of the megawatt class is currently standing on the world’s largest wind test field on the Neurather Höhe near Grevenbroich. The Swiss company Agile Wind Power developed the system.The machine called „Vertical Sky A32“ has a diameter of 32m, is 105m high and is supposed to produce 750kW.
During the first test run in November 2020, there was a crash, breakage of a rotor arm.
The turbine was redesigned in 2021 and installed again in 2022 at the Grevenbroich wind test field.
In March 2023, a second crash occurred and a rotor arm broke again.

In the technology of wind turbines, the horizontal axis with 3 wings, which are guided by the wind, clearly dominates.
Advantages of horizontal axis wind turbines:

• The towers are relatively tall which allows the blades to face much higher velocity winds in high altitude. In some places, the power output of the wind turbine could increase up to 30% every ten meters in altitude because the wind speed is increased by 20%
• High efficiency, the blades always move perpendicular to the wind, receiving power through the whole rotation unlike vertical axis wind turbines.

Disadvantages:

• High construction and installation costs. Large Machinery is needed.

„Vertical axis wind turbines actually only cause problems“, is what experts say. At least one rotor blade always runs against the wind. The rapid change in the angle of attack causes the blades to stall, resulting in a loss of performance.
Compared to the horizontal-axis wind turbines commonly used today, the verticals deliver about 30% less power. Agile Wind Power has allegedly solved this problem by means of a „real-time rotor blade pitch control“. The active and continuous blade adjustment enables high efficiency at low rotor speeds. The angle of attack to the wind direction is therefore always optimal
This would have successfully met the biggest challenge, namely the dynamic stall of the blades, as the angle of attack changes rapidly.

The company’s website lists the advantages:

The significantly lower noise level and the simple logistics for transport, installation, operation and maintenance ensure a high level of environmental compatibility. This makes it possible to move Vertical Sky® closer to populated areas. Difficult-to-access locations that cannot be served with existing technologies can thus be developed with little effort. This makes Vertical Sky® attractive for decentralised power supply.

Low operating costs ensure a high level of economic efficiency. Lightweight components allow easy transport without major damage to the floor. A Vertical Sky® system requires neither special transport nor special cranes. A convenient self-assembly system protects the resources of man and nature.

The test operation now starting at the Grevenbroich wind test field will show how this new development proves itself in practice. We will report here as soon as the blades rotate in the wind at the beginning of October.

Here is the video of the first test run – still in fixed pitch mode

Bernd Riebe – 19 NOV 2020

The company Agile Wind Power has just issued a press release:

On the evening of Sunday 15 November 2020 – while the commissioning phase was still underway – a rotor arm with the rotor blade attached to it broke off at the plant. Nobody was injured. Apart from damage to the land and the damage to the affected rotor arm and rotor blade, no other third-party damage was recorded.
After the incident became known, the securing of the accident site was ordered. Investigations to determine the cause of the damage were initiated. 

Update 23 NOV 2020

At the time of the accident, a cold front was moving through, with gusts of 20m/s (Bft 8) measured at nearby weather stations. The broken off rotor arm with wing is about 50m away from the tower.

Text, photos, video: Bernd Riebe, 24 NOV 2020

As there have been many interesting comments on the subject on YouTube I think it might be a good idea to give a summary here:

The comments are interesting, but some users jump to conclusions. The system has its decisive advantages. Especially with regard to the low speed and the associated noise reduction and the better visual compatibility for the fauna. Then the principle applies that it is better to install a system with poorer efficiency than none at all at the location.
The efficiency of vertical-axis turbines is poorer anyway, which is also one of the main reasons why this type of turbine has not become established. The (unpitched) blades never run in a constantly good flow and on one side the blades have to run upwind, which also eats up power.
However, while the horizontal axis only extracts power from the wind in ONE plane, the vertical axis has two extraction planes. Of course, you cannot extract more power from the wind than is in it (Betz rule), but after braking in the first plane and the associated pressure gradient, the expired flow tube mixes with the unbraked ambient air. The flow tube therefore constricts again somewhat, so that it can be widened again somewhat in the 2nd extraction plane. If you balance the aerodynamics in such a way that the first level is not completely braked, you can use this to your advantage.Of course, an accurate calculation of a vertical axis is difficult and in fact impossible. This is much easier with the HAWT. If you now use a cyclic pitch, you can significantly reduce the disadvantages of the VAWT.
One user says that the pyhsics are apparently being tricked. This is not the case here. The concept is advantageous in many respects, e.g. from a cost perspective. One must therefore look at the entire system from an economic point of view and not just focus on the physical effectiveness.
In fact, the VAWT has a more unusual load dynamic because more dynamic effects occur. The blades are subjected to alternating suction and pressure and the rear blade passage is behind the turbulence-generating tower or in the wake of the front extraction plane. But these alternating loads can nowadays be calculated very well with aero-elastic tools.
In terms of materials, too, we know a lot more today than we used to and can dimension the fibre composite components according to the loads. The simplicity of the wings (flat profile) is a huge advantage in construction and much easier to automate than the twisted blades of the HAWT. But one user is right, centrifugal forces generate outward bending moments that have to be countered with a stiffer structure, which in turn brings mass, which leads to higher centrifugal forces. Fortunately, nowadays there are materials with a corresponding tear length (e.g. CFRP).
Blade damage can occur for many reasons. Construction errors, assembly errors, material errors, control errors, errors in the load assumption, deviation of the wind conditions from the simulations, calculation errors of the structure. This installation is breaking new ground in many areas, so the learning curve is always very steep. Just think of the (horizontal-axis!) GROWIAN.
Lengthening the arms and shortening the blades is, in my opinion, not effective because it does not change the centrifugal force.
Wind turbines are highly dynamic systems that people from outside the field all too often underestimate. HAWTs are also subject to unbelievable alternating loads and rotor blades break off „all the time“ here too, the press is full of them.
We are just as excited to see how the project progresses and are keeping our fingers crossed for this type of turbine and the Swiss company.

Bernd Riebe, DEC 13, 2020

Here are some interesting comments on the subject:

It’s difficult to tell from the photos of the accident, of course and it might just be the angle, but it looks to me like a torque issue. The blades are quite long and only supported at one point. That is an awful lot of leverage on the arm that the blade can exert as it is buffeted unevenly by winds. Particularly if they are using materials like carbon fiber, which have natural flex to them, it’s pretty easy to see what might have happened. All it would take would be for a harmonic resonance to cause an oscillation in the blade, because wind pressure at the top differs from that at the bottom or vice versa. Because centripetal forces were also at play and the extreme ends of the arms have no other structural elements to prevent resonance, it would have also likely become a circular oscillation, which would ad a tremendous, repeated, increasing twisting force on the arm. If you look at the closer photo of the hub where the arm broke off, the fibers from the sheared material appear to have a directional aspect which seems to denote that the blade twisted off in a clockwise direction, leaving the torn fibers pointing in the direction of pull.

Nunya Bidness, YouTube, 01.FEB 2021

For a long time, as a freelance development engineer, I have been dealing with the special features of VAWT. Like AGILE WIND POWER AG, I am convinced that VAWTs have huge potential. The advantages over HAWT are too great.
The main obstacle to a breakthrough is the complex vibration problems inherent in the VAWT system.

Günther Kunz, Dipl.Ing. 08 FEB 2021

Update 26 July 2021

After the crash in November 2020, something is happening again at the wind test field near Grevenbroich. The company Agile Wind Power has analysed the cause of the damage and started work on a new modified rotor. the new construction should be completed in October.(more info in  the Medienmitteilung from Feb 2021)

Update DEC 2021

Noch deutet nichts auf eine erneute Montage des Prototyps hin. In a  Video-Talk Patrick Richter from Agile Wind Power mentions „January“ as the date for assembly.

Bernd Riebe, 27.12.2021

Update 23 Juni 2022

The components of the second prototype are fully assembled and ready for the first test run.

Bernd Riebe, 23 June 2022

Update NOV 2022

According to Agile Wind Power, the new turbine will be allowed to rotate for testing purposes once it has been approved by the authorities. There was a requirement to measure the natural frequencies of the turbine and compare them with the calculations, which was done with positive results. In the next period until commissioning, various measurements and work will be carried out. We will report further at this point.

Update 27.04.2023

During today’s visit to the Wndtest field, we unfortunately found that the newly erected turbine had experienced a second crash. Again, a rotor arm broke.

According to Agile Wind Power, cracks were discovered on the rotor at the end of 2022, even before the actual test run could begin.In March 2023, they had begun to dismantle the rotor blades and rotor to assess or repair the damage. One rotor blade had already been dismantled and stored nearby when the crash occurred on Saturday, 25.03.23, in which a rotor arm snapped off and the 22t rotor blade became entangled in the steel structure of the support tower. On this day, a stormy wind blew with gusts of around 80 km/h.

I was not able to find out how the rotor arm and blade subsequently came down, probably in free fall, as the damage to the lower support tower suggests.

This second accident is obviously a bitter setback for this, in my opinion, so innovative project with actually very good market opportunities. Let’s hope that CEO Patrick Richter and his supporters have the courage to give the project a third chance.

Bernd Riebe, 28.04.2023

Photos: Xenia Marita & Bernd Riebe – YouTube Video

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Am Montag, 20. März 2023 präsentierte der Weltklimarat IPCC den Synthesebericht des jetzt zu Ende gehenden sechsten Berichtszyklus.
Der neueste IPCC-Bericht warnt, dass die Auswirkungen der Klimakrise noch verheerender sein werden als bisher angenommen, da die Erderwärmung schneller voranschreitet als erwartet. Der Bericht besagt, dass die Welt auf einem Kurs von 3,2 Grad globaler Erwärmung liegt, wenn der bisherige Trend sich fortsetzt und dass dies katastrophale Auswirkungen haben wird. Die KlimawissenschaftlerInnen warnen vor Hitzewellen, Dürren, Starkregen und Wetterextremen und fordern sofortiges Handeln, um das Überschreiten kritischer Kipppunkte im Klimasystem zu verhindern. Die Menschheit kann jedoch das Schlimmste noch verhindern, indem sie jetzt radikal den Ausstoß von Treibhausgasen senkt und gegen jedes zusätzliche Zehntel Grad Erderwärmung kämpft. Der Bericht ist in seiner Deutlichkeit erschreckend und als letzte Warnung vor dem Sturz in die Klimakatastrophe zu verstehen.

Der Anstieg der globalen Mitteltemperatur liegt heute schon bei fast1,2 Grad. Besonders stark ist die Erwärmung in der Arktis und in Afrika , wie auch die Atmosphäre über den Landmasen sich stärker erwärmt als die über den Ozeanen.

Mit dem Temperaturanstieg nehmen extreme Wetterphänomene zu . Hitzewellen, Stürme, Starkregen, Dürren. Die Eisschilde Grönlands schmelzen, vom Schelfeis der Westantarktis brechen riesige Schollen ab, in den Gebirgsregionen der Welt bilden sich die Gletscher zurück, der Meeresspiegel steigt an und die Ozeane versauern.

„Diejenigen, die am wenigsten zum Klimawandel beigetragen haben, sind unverhältnismäßig stark betroffen: Fast die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in Regionen, die durch den Klimawandel besonders gefährdet sind, wie Afrika südlich der Sahara, Teile von Asien sowie Zentral- und Südamerika. Einige Gegenden werden irgendwann nahezu unbewohnbar sein – z.B. wegen Hitze und Trockenheit oder im Falle von Inseln und Küstenregionen durch Überflutungen (so wäre im Jahr 2060 mit +4 °C Erwärmung die halbe Erde nahezu unbewohnbar). Der Klimawandel führt also auch zu einer Verschärfung von bestehenden sozialen Ungleichheiten, Konflikten und Migration.“ (Magdalena Bertelmann, Deutscher Wetterdienst)

Der IPCC warnt unter anderem vor einem potenziellen „Overshoot“, einer kurzzeitigen Überschreitung der 1,5-Grad-Grenze, die irreversible Schäden und schwerwiegende Auswirkungen auf die Welt haben könnte. Je größer die Überschreitung ist und je länger sie andauert, desto wahrscheinlicher werden Kipppunkte im Erdsystem erreicht, die die Klimakrise noch weiter beschleunigen könnten. Es ist ungewiss, ob eine Rückkehr zu 1,5 Grad nach einem Overshoot überhaupt möglich wäre, daher ist es von größter Bedeutung, dass ein Overshoot vermieden oder auf ein Minimum reduziert wird. Dies erfordert einen sofortigen und schnellen Ausstieg aus der Verbrennung von Kohle, Öl und Gas im globalen Energiesystem und einen raschen Übergang zu erneuerbaren Energien.

Sehr wichtig in dieser Hauptaussage des IPCC ist die Betonung der „kumulierten Kohlenstoffemissionen“ bis zum Erreichen des Emissionsziels Netto Null. Der Weg ist das eigentliche Ziel. Jedes Jahr mit weiterhin zu hohen Emissionswerten macht ein Abwenden der Klimakatastrophe immer unwahrscheinlicher. Daher kann die Forderung nur heißen: Drastische Reduktion von klimaschädlichen Gasen sofort.

Es ist riskant zu glauben, dass sogenannte Carbon Dioxide Removal-Technologien in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts die Emissionen im erforderlichen Umfang wieder einfangen und damit die Erdtemperatur wieder senken können. Laut den Berichten des IPCC sind diese Technologien noch nicht ausreichend erprobt oder ihre Nutzbarkeit ist noch nicht erwiesen. Die Verwendung dieser Technologien birgt erhebliche Risiken und Gefahren, ist sehr teuer und erfordert einen hohen Einsatz von Energie und anderen Ressourcen, um einen spürbaren Effekt zu erzielen. Für Bioenergie mit Carbon Capture and Storage (BECCS) werden große Flächen für Energiepflanzen benötigt, was Auswirkungen auf regionale Wasserhaushalte, existierende Wälder, Biodiversität und die Nahrungsproduktion hat. Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS) benötigt ebenfalls große Flächen und hat einen enormen zusätzlichen Energiebedarf. Um 10 Gigatonnen CO2 zu entfernen (ca. 20% des derzeitigen jährlichen weltweiten CO2-Ausstoßes) wären 100 Exajoule Energie erforderlich, was der Energiemenge entspricht, die derzeit weltweit jährlich produziert wird.
Die Nutzung von CDR-Technologien, wie BECCS und DACCS, birgt direkte und indirekte Bedrohungen für Menschenrechte, Landrechte und das Recht auf Nahrung aufgrund des damit einhergehenden Land- und Ressourcenverbrauchs. Laut dem IPCC-Bericht werden durch diese Technologien vor 2050 keine bedeutenden Mengen an CO2 aus der Atmosphäre entzogen. Daher können sie nicht als Ersatz für intensive Emissionsreduktionen dienen. Zudem hängen sie wesentlich von der Entwicklung und Nutzung der Carbon Capture and Storage-Technologie ab, die derzeit als eine der teuersten und ineffektivsten Methoden gilt, Emissionen zu reduzieren. Im Gegensatz dazu sind erneuerbare Energien effektiv und kostengünstig.

Das Zeitfenster, in dem eine lebenswerte Zukunft für alle gesichert werden kann, schließt sich rapide. Die Auswirkungen für die nächsten Generationen hängen von unserem jetzigen Handeln und den Entscheidungen ab, die wir in diesem Jahrzehnt treffen.
Es bleibt nur noch ein schmales Zeitfenster, in dem durch entschlossenes Handeln die Klimakatastrophe abgewendet werden kann oder zumindest die Folgen gemindert werden können. Dieses Fenster schließt sich immer schneller und es bleiben nur wenige Jahrzehnte für den Erhalt unseres bewohnbaren Planeten.

Bernd Riebe, 03/2023

Hauptaussagen aus der Zusammenfassung für die politische Entscheidungsfindung

A. Derzeitiger Stand und Entwicklungen

Beobachtete Erwärmung und ihre Ursachen

A.1 Menschliche Aktivitäten haben eindeutig die globale Erwärmung verursacht, vor allem durch die Emission von Treibhausgasen. Dadurch lag die globale Oberflächentemperatur im Zeitraum 2011–2020 um 1,1 °C höher als der Wert von 1850–1900. Die globalen Treibhausgasemissionen haben weiterhin zugenommen, wobei die historischen und gegenwärtigen Beiträge aus nicht-nachhaltiger Energienutzung, Landnutzung und Landnutzungsänderung, nicht-nachhaltigen Lebensstilen sowie Konsum- und Produktionsmustern über Regionen, Länder und Einzelpersonen sowie innerhalb von Ländern ungleich verteilt sind . Beobachtete Änderungen und Folgen

A.2 Es haben weitverbreitete und schnelle Veränderungen in der Atmosphäre, im Ozean, in der Kryosphäre und der Biosphäre stattgefunden. Der vom Menschen verursachte Klimawandel wirkt sich bereits auf viele Wetter- und Klimaextreme in allen Regionen der Welt aus. Dies hat zu weitverbreiteten nachteiligen Folgen und damit verbundenen Verlusten und Schäden für Natur und Menschen geführt . Verwundbare Bevölkerungsgruppen, die historisch am wenigsten zum aktuellen Klimawandel beigetragen haben, sind unverhältnismäßig stark betroffen . Gegenwärtiger Anpassungsfortschritt sowie Lücken und Herausforderungen

A.3 Die Planung und Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen ist in allen Sektoren und Regionen vorangeschritten, mit nachgewiesenen Nutzen und unterschiedlicher Wirksamkeit. Trotz der Fortschritte gibt es Anpassungslücken, die bei den derzeitigen Umsetzungsraten weiterhin zunehmen werden. In einigen Ökosystemen und Regionen wurden harte und weiche Grenzen der Anpassung erreicht. In einigen Sektoren und Regionen findet Fehlanpassung statt. Die derzeitigen globalen Finanzströme für Anpassung sind unzureichend für die Umsetzung von Anpassungsoptionen und schränken diese ein, insbesondere in Entwicklungsländern .

Gegenwärtiger Minderungsfortschritt, Lücken und Herausforderungen

A.4 Regelwerke und Gesetze zur Minderung des Klimawandels wurden seit dem AR5 beständig ausgeweitet. Die globalen Treibhausgasemissionen im Jahr 2030, die sich aus den bis Oktober 2021 angekündigten national festgelegten Beiträgen (Nationally Determined Contributions, NDC) ergeben, machen es wahrscheinlich, dass die Erwärmung im Laufe des 21. Jahrhunderts 1,5 °C überschreitet und erschweren die Begrenzung auf unter 2 °C. Es gibt Lücken zwischen den projizierten Emissionen aus umgesetzten Maßnahmen und denen aus den NDC, und die Finanzströme erreichen nicht das Niveau, das nötig wäre, um die Klimaziele in allen Sektoren und Regionen zu erreichen.

B. Zukünftiger Klimawandel, zukünftige Risiken und langfristige Maßnahmen dazu

Zukünftiger Klimawandel

B.1 Anhaltende Treibhausgasemissionen werden zu einer zunehmenden globalen Erwärmung führen, wobei 1,5 °C in den betrachteten Szenarien und modellierten Pfaden laut bester Schätzung in diesem oder im nächsten Jahrzehnt erreicht wird. Jede noch so kleine Zunahme der globalen Erwärmung wird multiple und gleichzeitig auftretende Gefahren verstärken . Tiefgreifende, schnelle und anhaltende Minderung der Treibhausgasemissionen würden innerhalb von etwa zwei Jahrzehnten zu einer nachweisbaren Verlangsamung der globalen Erwärmung und darüber hinaus innerhalb weniger Jahre zu nachweisbaren Veränderungen der atmosphärischen Zusammensetzung führen .

Klimawandelfolgen und klimabedingte Risiken

B.2 Für jedes künftige Erwärmungsniveau werden viele klimabedingte Risiken höher als im Fünften IPCC-Sachstandsbericht (AR5) bewertet, und die projizierten langfristigen Folgen sind bis zu einem Vielfachen höher als derzeit beobachtet . Die Risiken und die projizierten negativen Folgen sowie die damit verbundenen Verluste und Schäden durch den Klimawandel steigen mit jeder noch so kleinen Zunahme der globalen Erwärmung an (sehr ). Klimatische und nicht-klimatische Risiken werden sich zunehmend gegenseitig beeinflussen und zu sich gegenseitig verstärkenden und kaskadenartigen Risiken führen, die komplexer und schwieriger zu beherrschen sind .

Wahrscheinlichkeit und Risiken unvermeidbarer, unumkehrbarer oder abrupter Veränderungen

B.3 Einige künftige Veränderungen sind unvermeidbar und/oder unumkehrbar, können aber durch eine tiefgreifende, rasche und anhaltende Minderung der globalen Treibhausgasemissionen begrenzt werden. Die Wahrscheinlichkeit abrupter und/oder irreversibler Ver änderungen steigt mit höheren globalen Erwärmungsniveaus. Ebenso steigt mit höheren globalen Erwärmungsniveaus die Wahrscheinlichkeit von Effekten mit geringer Eintrittswahrscheinlichkeit, aber potenziell sehr großen nachteiligen Folgen.

Anpassungsoptionen und ihre Grenzen in einer wärmeren Welt

B.4 Anpassungsoptionen, die heute machbar und wirksam sind, werden mit zunehmender globaler Erwärmung eingeschränkt und weniger wirksam sein. Mit zunehmender globaler Erwärmung werden Verluste und Schäden zunehmen, und weitere menschliche und natürliche Systeme werden an Anpassungsgrenzen stoßen. Fehlanpassung kann durch flexible, sektorübergreifende, inklusive, langfristige Planung und Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen vermieden werden, wobei es positive Nebeneffekte für viele Sektoren und Systeme gibt.

Kohlenstoffbudgets und netto Null Emissionen

B.5 Die Begrenzung der vom Menschen verursachten globalen Erwärmung erfordert netto Null CO2-Emissionen. Die kumulierten Kohlenstoffemissionen bis zum Erreichen von netto Null CO2-Emissionen sowie das Ausmaß der Treibhausgasemissionsminderungen in diesem Jahrzehnt bestimmen weitgehend, ob die Erwärmung auf 1,5 °C oder 2 °C begrenzt werden kann . Die projizierten CO2-Emissionen aus der bestehenden Infrastruktur für fossile Brennstoffe ohne zusätzliche Vermeidungsmaßnahmen würden das verbleibende Kohlenstoffbudget für 1,5 °C (50 %) überschreiten .

Minderungspfade

B.6 Alle globalen modellierten Pfade, die die Erwärmung ohne oder mit begrenzter Überschreitung auf 1,5 °C (>50 %) begrenzen, und diejenigen, die die Erwärmung auf 2 °C (>67 %) begrenzen, beinhalten schnelle und tiefgreifende sowie in den meisten Fällen sofortige Senkungen der Treibhausgasemissionen in allen Sektoren in diesem Jahrzehnt. Globale netto Null CO2-Emissionen werden bei diesen Pfadkategorien in den frühen 2050er Jahren beziehungsweise in den frühen 2070er Jahren erreicht.

Überschreitung: Über ein Erwärmungsniveau hinausgehen und zurückkehren

B.7 Wenn die Erwärmung ein bestimmtes Niveau wie zum Beispiel 1,5 °C überschreitet, könnte sie schrittweise wieder gesenkt werden, indem netto negative CO2-Emissionen erreicht und aufrechterhalten werden. Dies würde im Vergleich zu Pfaden ohne Überschreitung einen zusätzlichen Einsatz von Kohlendioxidentnahme erfordern, was zu größeren Bedenken hinsichtlich Machbarkeit und Nachhaltigkeit führt. Eine Überschreitung bringt nachteilige Folgen mit sich, einige davon irreversibel, sowie zusätzliche Risiken für menschliche und natürliche Systeme, die alle mit Ausmaß und Dauer der Überschreitung ansteigen.

C. Maßnahmen in naher Zukunft

Dringlichkeit zeitnaher integrierter Maßnahmen in Bezug auf den Klimawandel

C.1 Der Klimawandel ist eine Bedrohung für das menschliche Wohlergehen und die planetare Gesundheit (sehr ). Das Zeitfenster, in dem eine lebenswerte und nachhaltige Zukunft für alle gesichert werden kann, schließt sich rapide (sehr ). Klimaresiliente Entwicklung integriert Anpassung und Minderung des Klimawandels, um nachhaltige Entwicklung für alle zu fördern, und wird durch verstärkte internationale Zusammenarbeit erleichtert, einschließlich eines verbesserten Zugangs zu angemessenen finanziellen Ressourcen, insbesondere für verwundbare Regionen, Sektoren und Gruppen, und durch inklusive politische Steuerung und Koordination sowie durch koordinierte Strategien . Die in diesem Jahrzehnt getroffenen Entscheidungen und durchgeführten Maßnahmen werden sich jetzt und für Tausende von Jahren auswirken .

Die Vorteile zeitnahen Handelns

C.2 Tiefgreifende, schnelle und anhaltende Minderungsmaßnahmen und eine beschleunigte Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen in diesem Jahrzehnt würden die projizierten Verluste und Schäden für Menschen und Ökosysteme verringern (sehr ) und viele positiven Nebeneffekte bringen, insbesondere für die Luftqualität und die Gesundheit . Verzögerte Maßnahmen zur Minderung des Klimawandels und Anpassung daran würden eine Infrastruktur mit hohen Emissionen festschreiben, die Risiken von verlorenen Vermögenswerten und Kostensteigerungen erhöhen, die Machbarkeit verringern sowie Verluste und Schäden vergrößern . Zeitnahe Maßnahmen sind mit hohen Vorabinvestitionen und potenziell disruptiven Veränderungen verbunden, die durch eine Reihe von förderlichen Maßnahmen gemildert werden können .

Minderungs- und Anpassungsoptionen in allen Systemen

C.3 Schneller und weitreichender Wandel in allen Sektoren und Systemen ist notwendig, um tiefgreifende und anhaltende Emissionsreduktionen zu erreichen und eine lebenswerte und nachhaltige Zukunft für alle zu sichern. Diese Systemübergänge erfordern den erheblichen Ausbau eines breiten Spektrums an Minderungs- und Anpassungsoptionen. Machbare, wirksame und kostengünstige Optionen zur Minderung des Klimawandels und zur Anpassung daran sind bereits verfügbar, wobei je nach System und Region Unterschiede bestehen.

Synergien und Zielkonflikte mit nachhaltiger Entwicklung

C.4 Beschleunigte und gerechte Maßnahmen zur Minderung des Klimawandels und zur Anpassung an seine Folgen sind entscheidend für die nachhaltige Entwicklung. Minderungs- und Anpassungsmaßnahmen weisen mehr Synergien als Zielkonflikte mit den Zielen für nachhaltige Entwicklung auf. Synergien und Zielkonflikte hängen vom Kontext und der Größenordnung der Umsetzung ab.

Gerechtigkeit und Inklusion

C.5 Die Priorisierung von Gerechtigkeit/Fairness, Klimagerechtigkeit, sozialer Gerechtigkeit, Inklusion und gerechten Prozessen für den Wandel kann Anpassung und ehrgeizige Maßnahmen zur Minderung des Klimawandels sowie klimaresiliente Entwicklung ermöglichen. Anpassungsergebnissee werden durch eine verstärkte Unterstützung von Regionen und Menschen mit der höchsten Verwundbarkeit gegenüber Klimagefahren verbessert. Die Integration von Klimaanpassung in soziale Schutzprogramme verbessert die Resilienz. Es stehen viele Möglichkeiten zur Verfügung, um emissionsintensiven Konsum zu reduzieren, auch durch Verhaltens- und Lebensstiländerungen, wobei es positive Nebeneffekte für das gesellschaftliche Wohlergehen gibt.

Politische Steuerung und Strategien

C.6 Wirksame Klimamaßnahmen werden durch politische Entschlossenheit, gut abgestimmte politische Steuerung und Koordination auf allen Ebenen, institutionelle Rahmenbedingungen, Gesetze, Konzepte und Strategien sowie einen verbesserten Zugang zu Finanzen und Technologien ermöglicht. Klare Ziele, Koordination über vielfältige Politikbereiche hinweg und inklusive Governance-Prozesse erleichtern wirksame Klimamaßnahmen. Regulatorische und wirtschaftliche Instrumente können tiefgreifende Emissionsminderungen und Klimaresilienz unterstützen, wenn sie ausgeweitet und auf breiter Basis angewendet werden. Klimaresiliente Entwicklung profitiert von der Nutzung unterschiedlicher Wissensformen. Finanzierung,

Technologie und internationale Zusammenarbeit

C.7 Finanzierung, Technologie und internationale Zusammenarbeit sind wichtige Faktoren für beschleunigte Klimamaßnahmen. Wenn die Klimaziele erreicht werden sollen, müsste die Finanzierung sowohl für Anpassung als auch für die Minderung des Klimawandels um ein Vielfaches steigen. Es ist ausreichend globales Kapital vorhanden, um die globalen Investitionslücken zu schließen, aber es gibt Hürden für die Umlenkung von Kapital in Klimamaßnahmen. Die Verbesserung technologischer Innovationssysteme ist eine Grundvoraussetzung für die Beschleunigung der weitverbreiteten Einführung von Technologien und Verfahren. Internationale Zusammenarbeit kann über vielfältige Kanäle verstärkt werden.

AR6 Synthesis Report: Climate Change 2023 – The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) is the United Nations body for assessing the science related to climate change.

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Über uns allen schwebt seit Wochen das Damoklesschwert der drastischen Erhöhung der Energiepreise und seit nun fast drei Jahrzehnten die Angst vor den Folgen des Klimawandels. Letzteres wird von den meisten Menschen allerdings weniger ernst genommen als die Sorge um die Verknappung bei Gas und Öl und die daraus folgenden Steigerung der Preise für Heizung, Benzin und Strom.

Ich möchte hier ein paar Dinge erläutern, die wir in unserem Haushalt praktizieren, um uns vor den hohen Kosten bei der nächsten Energiekostenabrechnung zu schützen und damit auch einen Beitrag zu leisten zum Schutz des Klimas und der Umwelt. Ich beginne mit den recht einfachen, darum aber nicht weniger wirkungsvollen Maßnahmen.

Strom sparen durch gezieltes Erwärmen von Wasser

Wir besitzen keinen Kaffeevollautomat, weil ein solcher unserer Meinung nach unnötig viel Strom verbraucht. Wir trinken den altbekannten Filterkaffee oder wenn es schnell gehen soll, Instantkaffee. Das Wasser hierfür kochen wir mit einem elektrischen Wasserkocher. Möchte ich nur eine Tasse Kaffee trinken, dann messe ich das dafür benötigte Wasser mit der Tasse ab und gieße dies in den Wasserkocher. So erhitze ich lediglich diese kleine Menge Wasser und nicht, wie bei vielen Leuten aus Gedankenlosigkeit üblich, die dreifache Menge oder mehr. Beim Aufgießen einer Kanne Filterkaffe kochen wir selbstverständlich nur einen Liter Wasser. (Nach dem Aufgießen füllen wir immer etwas Wasser in den Wasserkocher, das durch die Restwärme warm genug zum Gebrauch beim Zähneputzen wird). Selbstverständlich sorgen wir dafür, dass der Wasserkocher kalkfrei ist, denn sonst verbraucht er mehr Strom als nötig.

In der Sommerhitze trinken wir gerne Eiskaffee

Dafür gieße ich eine Tasse Filterkaffee mit der dreifachen Menge Kaffeepulver auf. Den sehr starken Kaffee, den ich so erhalte, verdünne ich in einem schlanken Weindekanter mit der entsprechenden Menge kaltem Wasser. Den Weindekanter stelle ich zuerst zum Abkühlen in ein Litermaß mit kaltem Wasser und später in den Kühlschrank. So spare ich gleich dreifach Strom. Erstens durch die geringe Menge an kochendem Wasser, zweitens durch das Abkühlen im Wasserbad und drittens dadurch, dass mein Kaffee schon kalt ist, wenn ich in in den Kühlschrank stelle. (Das Wasser aus dem Wasserbad landet natürlich in meiner Schüssel für sauberes Brauchwasser).

Nutzung von Restwärme

Wenn ich zur Zubereitung einer Mahlzeit Lebensmittel auf meinem Elektroherd koche, stelle ich immer Töpfe mit kaltem Wasser in der Größe der gerade benutzen Herdplatten bereit. Sobald ich die Platte ausschalte und meinen Topf entferne, schiebe ich den Topf mit dem kalten Wasser auf die noch heiße Platte um die Restwärme zu nutzen. (Funktioniert nicht bei Induktion). Meistens reicht das so erhitze Wasser aus, um nach dem Essen den Abwasch zu machen. So muss ich nicht mit dem Durchlauferhitzer der Gasheizung im Keller Wasser erhitzen, das auf dem langen Weg bis in die Küche eine Menge an Wärme verliert. Dazu muss ich sagen, dass wir unsere Spülmaschine schon vor Jahren abgeschafft haben. Das Abwaschen von Hand erspart uns sehr viel Energie und es ist recht kommunikativ, wenn man es zu zweit oder zu dritt erledigt.

Wie oben bereits erwähnt, nutzen wir auch die Restwärme des Wasserkochers. Das Restwärmewasser füllen wir in eine kleine Thermoskanne und so haben wir im Bad immer warmes Wasser zum Zähneputzen. Auch hier ohne den Durchlauferhitzer zu benutzen.

Kochen und Wassererwärmung in der Solarkochkiste

An Tagen mit Sonnenschein, rund ums Jahr, steht in unserem Garten eine Solarkochkiste. Darin kochen wir im Sommer ganze Gerichte und erhitzen beinahe alles Wasser, das wir im Haushalt brauchen. In der Solarkochkiste steht immer ein großer Topf mit Wasser. Je nach Sonnenstand und Bewölkungsdichte ist das Wasser nach ein paar Stunden kochend heiß oder zumindest sehr heiß. Das so energieneutral erhitzte Wasser bewahren wir in mehreren großen Thermoskannen auf. So haben wir rund um die Uhr kostenloses heißes Wasser zur Verfügung, das wir wiederum für die Zubereitung von Kaffee oder beim Kochen und Abwaschen benutzen.

Wasser sammeln für den Garten

Früher habe ich immer über die Leute gelächelt (vor allem über meine Schwiegereltern) die ihr benutztes Badewasser mit Eimern in den Garten getragen haben, natürlich nur um Geld zu sparen. Soweit gehe ich auch heute noch nicht 🙂

Aber bei den langen Trockenperioden mit sehr viel Sonnenschein und extrem hohen Temperaturen, die wir seit einigen Jahren auch in Deutschland erleben müssen, bin ich dazu übergegangen, in der Küche eine Spülschüssel aus Plastik in die Spüle zu stellen. Dadurch habe ich realisiert, wie viel Wasser ich im Laufe des Tages verbrauche, das unbelastet ist (nicht verunreinigt durch Spülmittel, Fett oder Eiweiß). Wenn ich beispielsweise Obst oder Salat wasche, oder nur mal kurz die Hände abspüle usw. Dieses Wasser fange ich jetzt auf und bringe es an meine Büsche, die Wasser so dringend brauchen. Ich sprenge zwar jeden Abend den Garten, aber die Büsche sind inzwischen so groß, dass sie sehr viel Wasser benötigen. Warum also das saubere Wasser aus dem Haushalt verschwenden? Kaffee oder Tee, der nicht getrunken worden ist, sammle ich in meinem Kompostbehälter und bringe ihn einmal täglich auf den Komposthaufen.

Der Klassiker Kühlschrank

Ich kenne einen jungen Mann, der immer wenn er nach Hause kommt, den Kühlschrank öffnet und eine Weile hineinschaut, oft ohne etwas zu entnehmen. Das kommt in meinem Haushalt nicht in Frage. Der Kühlschrank wird nur zur Entnahme von Lebensmitteln geöffnet und zwar nur kurz. Und der Tiefkühlschrank wird regelmäßig abgetaut. Auch das spart Energie. Eigentlich selbstverständlich, oder?

Außenkühlschrank im Winter

Im Winter steht bei uns auf der Terrasse unmittelbar neben der Küchentür ein grauer Metallschrank mit vier Fächern. Wenn die Temperaturen nicht unter Null sinken, benutzen wir diesen als Kühlschrank. In dieser Zeit ist unser „normaler“ Kühlschrank ausgeschaltet. Bei strengem Frost wird der Außenkühlschrank dann zum Außentiefkühlschrank. Dann ist unser Tiefkühlschrank abgeschaltet und der Kühlschrank wieder an. Das spart eine Menge Strom.

Mit diesen einfachen Maßnahmen versuchen wir Energie einzusparen und damit der Klimaveränderung ein wenig entgegenzuwirken, denn wir sind davon überzeugt, dass jede noch so geringe Einsparung wichtig ist.

Außerdem sollten wir alle Gas einsparen, denn wegen der Gasknappheit, resultierend aus den eingeschränkten Gaslieferungen aus Russland und der deutschen Abhängigkeit von russischem Gas, wird dieses im Winter zum Heizen und zur Stromerzeugung gebraucht.

Und ganz nebenbei sparen wir natürlich auch noch Geld.

Text und Fotos: © Xenia Marita Riebe

Lies auch: Klimaneutral kochen in der Solarkochkiste

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Das Lawrence Livermore National Laboratory (NLN) in Kalifornien gab bekannt, dass ein Meilenstein in der Kernfusionsforschung erreicht wurde.
Was ist dran an dem Hype um diesen Meilenstein der Forschung, welche realen Chancen bietet die Kernfusion als künftige ergiebige Energiequelle, wie sauber und ungefährlich ist ist diese Form der Energiegewinnung und wie sieht’s mit der technischen Realisierbarkeit aus, liegt hier gar eine Lösung für die Klimakrise?
Am NLN gelang die erste Kernfusion in einem Labor, bei der tatsächlich mehr Energie erzeugt wurde, als zum Starten der Reaktion nötig war. Dies löste in der Öffentlichkeit große Begeisterung aus, da Wissenschaftler seit Jahrzehnten davon sprechen, dass die Kernfusion, die Kernreaktion, die Sterne zum Leuchten bringt, in Zukunft eine ergiebige Energiequelle darstellen könnte.
„Dies ist ein wunderbares Beispiel für eine realisierte Möglichkeit, einen erreichten wissenschaftlichen Meilenstein und einen Weg in Richtung der Möglichkeiten für saubere Energie“, sagte Arati Prabhakar, der Wissenschaftsberater des Weißen Hauses, während einer Pressekonferenz am 6.12.2022 am Hauptsitz des Energieministeriums in Washington, D.C. „Und ein noch tieferes Verständnis der wissenschaftlichen Prinzipien, die hier angewandt werden.“ Weiter hieß es,wenn die Kernfusion in großem Maßstab eingesetzt werden kann, wäre sie eine Energiequelle ohne die Umweltverschmutzung und die Treibhausgase, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen, und ohne die gefährlichen langlebigen radioaktiven Abfälle, die von den derzeitigen Kernkraftwerken erzeugt werden, die die Spaltung von Uran zur Energieerzeugung nutzen.

Was verbirgt sich hinter dem NIF am Lawrence Livermore National Laboratory (NLN) , an dem die Kernfusionsreaktionen durchgeführt wurden?

Das NLN ist eine Forschungseinrichtung in der Nähe von San Franscisco, die errichtet wurde, im Rahmen des nationalen Verteidigungsprogramms an der Planung und Entwicklung von Kernwaffen mitzuwirken. Das NIF (National Ignition Facility) ist Teil dieser Einrichtung, hier finden die eigentlichen Kernfusionsexperimente statt. Erklärtes Ziel: Prozesse zur Zündung einer thermonuklearen Fusion im Labor zu untersuchen, um damit unter-/oberirdische Kernwaffentests zu vermeiden. Dies macht deutlich, dass die zivile Nutzung der Fusionsenergie, z.B. für die Stromerzeugung hier keine Priorität hat  und bestenfalls als willkommener Nebeneffekt zur Imagepflege einer solch kostenintensiven Anlage genutzt wird.
Das beim NIF genutzte Verfahren ist nach Ansicht der meisten Experten kaum für die Realisierung von stromerzeugenden Fusionsreaktoren geeignet. Wie das NIF berichtete, hätten die Kernfusionen des Instituts im Dezember 2022 ca. 150 % der Energie ergeben, der dieser direkt über Laser zugeführt wurde (3,15 MJ Output / 2,05 MJ Input) Wird jedoch die indirekte Energieverwendung durch die genutzten Laser berücksichtigt, handelt es sich um rund ein Prozent (3,15 MJ Output / 322 MJ Input). Dieses Verfahren eignet sich offensichtlich nicht zur Stromerzeugung.

Was ist Kernfusion?
Bei der Kernfusion verschmelzen je zwei Atomkerne zu einem neuen Kern. Kernfusionsreaktionen sind die Ursache dafür, dass unsere Sonne und alle anderen Sterne Energie abstrahlen. Kerne können nur verschmelzen indem sie ihre sehr starke Abstoßungskraft überwinden, d.h. mit hoher Energie aufeinanderprallen. Dies wiederum verlangt Temperaturen von mehreren Millionen Grad bei der Proton – Proton -Reaktion, wie im Kern der Sonne. Diese p-p-Reaktion ist für eine technische thermonukleare Nutzung jedoch viel zu langsam und daher eignen sich nur die Ausgangsstoffe Deuterium und Tritium, also Isotope des Wasserstoffs für ein Fusion, und das bei weit höheren Temperaturen um die 150 Millionen Grad. Die Masse des enstehenden Heliums ist etwas geringer als die der ursprünglichen Wasserstoffatome. Durch Einsteins berühmte Gleichung E=mc² wird diese Massendifferenz in Energie umgewandelt. Es handelt sich dabei um die kinetische Energie des freigesetzten Neutrons (14,1MeV) und des Heliums im Plasma (3,5 MeV) Die Umsetzung von einem Gramm Deuterium-Tritium-Gemisch in einem Kernfusionsreaktor würde eine thermische Energie von rund 100 Megawattstunden (MWh) oder 12,3 t SKE liefern.

Was genau geschah am 6. Dezember um 1:03 am?
Zu exakt dieser Zeit beschossen 192 riesige Laser in der National Ignition Facility einen kleinen nur wenige Millimeter großen Zylinder aus Gold , der einen gefrorenen, von Diamant umhüllten Wasserstoffkern enthielt.
Die Laserstrahlen drangen oben und unten in den Zylinder ein und verdampften ihn. Dies erzeugte einen Röntgenstrahl, der ein Brennstoffpellet aus Deuterium und Tritium, komprimierte.
In einem kurzen Moment, der weniger als 100 Billionstel Sekunden dauerte, wurden 2,05 Megajoule Energie – das entspricht etwa 500g TNT – auf das Wasserstoffpellet geschossen. Es entstand eine Flut von Neutronen – das Produkt der Fusion – mit einer Energie von etwa 3 Megajoule, was einem Energiegewinn um den Faktor 1,5 entspricht.
Damit wurde die Schwelle überschritten, die von den Wissenschaftlern der Laserfusion als Zündung bezeichnet wird, d. h. die Grenze, an der die durch die Fusion erzeugte Energie der Energie der eintreffenden Laserstrahlung entspricht, die die Reaktion in Gang setzt.

Welche Chancen hat die im NIF entwickelte laserbasierte Technologie hinsichtlich der technischen Nutzung ?

Die Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf Tokamaks und Stellaratoren. Diese Reaktorkonzepte beruhen auf der Technik des magnetischen Einschlusses. Wenige Gramm des Deuterium-Tritium-Gasgemisches werden in ein luftleeres, viele Kubikmeter großes, torusförmiges Behältnis eingebracht und auf 100 bis 150 Millionen Kelvin erhitzt. Bei diesen Temperaturen sind Elektronen und Atomkerne voneinander getrennt und bilden ein elektrisch leitendes Plasma. Um die torusförmige Plasmakammer sind supraleitende Elektromagnete angeordnet, die ein Magnetfeld von bis zu 10 Tesla Stärke erzeugen. Durch dieses Magnetfeld wird das Plasma in der Kammer so eingeschlossen, dass es die Wände nicht berührt. Bei einem Kontakt mit der Wand würde das Plasma sofort auskühlen und die Reaktion würde zusammenbrechen Die stark exotherme Kernreaktion erfolgt durch den Zusammenstoß der schnellen Atomkerne. Dabei werden energiereiche Neutronen freigesetzt. Die Neutronen geben ihre Energie im Blanket (Außenmantel) als Wärme ab, die zur Stromerzeugung genutzt werden soll.
Die wichtigsten europäischen Forschungsreaktoren sind die Tokamaks JET in Culham in Großbritannien und ASDEX Upgrade in Garching bei München sowie der Stellarator Wendelstein 7-X in Greifswald. Das zurzeit größte Projekt ist der internationale Forschungsreaktor ITER, ein Tokamak, der seit 2007 in Cadarache in Südfrankreich im Bau ist.
Die Arbeit am NIF verfolgt einen anderen Ansatz, aber bisher wurde nur wenig getan, um die Idee eines Laserfusionskraftwerks in die Realität umzusetzen. „Es gibt sehr große Hürden, nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Technologie“, sagte Dr. Budil vom NIF.
NIF ist der leistungsstärkste Laser der Welt, aber er ist langsam und ineffizient, da er auf jahrzehntealter Technologie basiert.
Das Gerät, das etwa die Größe eines Sportstadions hat, ist für grundlegende wissenschaftliche Experimente gedacht und nicht als Prototyp für die Erzeugung von Elektrizität. Im Durchschnitt werden etwa 10 Schüsse pro Woche abgegeben. Eine kommerzielle Anlage, die mit dem Laserfusionsverfahren arbeitet, bräuchte viel schnellere Laser, die mit einem Maschinengewehrtempo schießen könnten, vielleicht 10 Mal pro Sekunde. Außerdem verbraucht die NIF immer noch weit mehr Energie als durch die Fusionsreaktionen erzeugt wird.
Obwohl das jüngste Experiment im Vergleich zur Energie der 2,05 Megajoule in den eintreffenden Laserstrahlen einen Nettoenergiegewinn erbrachte, musste NIF 300 Megajoule Energie aus dem Stromnetz beziehen, um den kurzen Laserpuls zu erzeugen.
Andere Lasertypen sind effizienter, aber Experten sagen, dass ein brauchbares Laserfusionskraftwerk wahrscheinlich einen viel höheren Energiegewinn als die 1,5 Megajoule benötigt, die bei diesem letzten Fusionsimpuls beobachtet wurden.
Es heißt, Livermore werde die NIF-Fusionsexperimente weiterhin zu einer höheren Fusionsleistung antreiben.
Forscher an anderen Orten arbeiten an Variationen des NIF-Experiments. Andere Arten von Lasern mit anderen Wellenlängen könnten den Wasserstoff effizienter erhitzen.
Einige Forscher favorisieren einen „Direktantrieb“ für die Laserfusion, bei dem das Laserlicht direkt zum Erhitzen des Wasserstoffs verwendet wird. Dadurch würde mehr Energie in den Wasserstoff gelangen, aber es könnten auch Instabilitäten entstehen, die die Fusionsreaktionen behindern.

Wie beurteilt man die Chancen für die praktische Nutzung der Kenfusion am NLN?
„Es wird jedoch noch eine ganze Weile dauern, bis die Kernfusion auf breiter Basis und in praktischem Maßstab zur Verfügung steht, wenn überhaupt. Wahrscheinlich Jahrzehnte“, sagte Kimberly S. Budil, die Direktorin von Lawrence Livermore, auf einer Pressekonferenz am 6. 12.22. „Nicht sechs Jahrzehnte, glaube ich. Ich glaube nicht, dass es fünf Jahrzehnte sind, wie wir früher sagten. Ich denke, es rückt in den Vordergrund, und wahrscheinlich könnten uns ein paar Jahrzehnte Forschung an den zugrunde liegenden Technologien mit konzertierten Anstrengungen und Investitionen in die Lage versetzen, ein Kraftwerk zu bauen.“

Sind Kernfusionsreaktoren wirklich die Lösung für künftige Energiegewinnung?

Nach meinen Recherchen in der Fachwelt überzeugen mich die kritischen Stimmen weitaus mehr als die der Befürworter. Ich möchte Daniel Jassby zitieren, der seit 25 Jahren in Princeton im Bereich Plasma Physik forscht:
„Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Fusionsreaktoren mit einigen ganz besonderen Problemen konfrontiert sind:
das Fehlen eines natürlichen Brennstoffvorrats (Tritium)
und ein großer und nicht reduzierbarer Verlust an elektrischer Energie, der ausgeglichen werden muss.
Da 80 Prozent der Energie in jedem mit Deuterium und Tritium betriebenen Reaktor in Form von Neutronenströmen auftreten, ist es unausweichlich, dass solche Reaktoren viele der Nachteile von Spaltungsreaktoren aufweisen – einschließlich der Produktion großer Mengen radioaktiver Abfälle und schwerwiegender Strahlenschäden an Reaktorkomponenten.
Diese Probleme sind bei jeder Art von Fusionsreaktor, der mit Deuterium-Tritium betrieben wird, endemisch, so dass die Aufgabe von Tokamaks zugunsten eines anderen Einschlusskonzepts keine Abhilfe schaffen kann.
Wenn Reaktoren nur mit Deuterium-Brennstoff betrieben werden können, entfällt das Problem des Tritium-Nachschubs und die Schäden durch Neutronenstrahlung werden gemildert. Die anderen Nachteile bleiben jedoch bestehen – und Reaktoren, die nur mit Deuterium-Brennstoff betrieben werden, haben ein stark erhöhtes Potenzial zur Verbreitung von Kernwaffen.
Diese Hindernisse – zusammen mit dem kolossalen Kapitalaufwand und einigen weiteren Nachteilen, die sie mit den Spaltungsreaktoren teilen – werden dazu führen, dass Fusionsreaktoren schwieriger zu bauen und zu betreiben sind als alle anderen Arten von Stromerzeugern.
Die harten Realitäten der Kernfusion widerlegen die Behauptungen ihrer Befürworter von „unbegrenzter, sauberer, sicherer und billiger Energie“. Die terrestrische Fusionsenergie ist nicht die ideale Energiequelle, die von ihren Befürwortern angepriesen wird, ganz im Gegenteil: Sie ist etwas, das man meiden sollte“.
Daniel Jassby, Fusion reactors: Not what they’re cracked up to be

Fazit
Die heutigen Konzepte für die Entwicklung von Kernfusionsreaktoren, die unbegrenzte, saubere, sichere und auch noch billige elektrische Energie liefern, sind im Wesentlichen untauglich. Der einzige Kernfusionsreaktor, der all diese Bedingungen schon heute erfüllt, ist die Sonne. Als die größte Energiequelle liefert die Sonne pro Jahr eine Energiemenge von etwa 1,5 · 10ex18  kWh auf die Erdoberfläche. Diese Energiemenge entspricht mehr als dem 10.000fachen des Weltenergiebedarfs der Menschheit .
♦Sonnenenergienutzung
setzt keine Luftschadstoffe frei, wie z. B. Feinstaub
♦Sonnenenergienutzung
setzt vergleichsweise geringe Treibhausgase frei und ist damit klimaschonend
♦Sonnenenergienutzung
erspart Importe fossiler oder nuklearer Brennstoffe und reduziert damit die Abhängigkeit von Exportstaaten
♦Sonnenenergie ist praktisch unbegrenzt verfügbar und kann so auch steigende Energiebedarfe abdecken ohne dass Erschöpfung der Vorräte an Energieträgern droht
♦Sonnenenergie kommt ohne Brennstoffkosten aus und bietet damit nach Preisverfall der Erzeugungstechnologien inzwischen häufig niedrigere Gestehungskosten als Alternativen.
„Während wir Jahrzehnt nach Jahrzehnt an der Entwicklung eines unglaublich teuren Fusionsreaktors gearbeitet haben, sind wir bereits mit einem gesegnet, der einwandfrei funktioniert und für uns alle kostenlos ist: Die Sonne“
– Hans-Joachim Schellnhuber –
Der Physiker und Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber ist einer der Begründer und Vordenker der interdisziplinären Klima- und Klimafolgenforschung Seit 1991 Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung

Daher, anstatt riesige Summen in die Entwicklung von Kernfusionsreaktoren zu investieren, sollte die Entwicklung zu einer effizienten Nutzung der Sonnenenergie mit allen Mitteln vorangetrieben werden. Nur so kann – im Verbund mit anderen eneuerbaren Energien wie Wind, Wasserkraft, Biomasse, Geothermie – die drohende Klimakatastrophe vielleicht noch abgewendet werden.

Bernd Riebe, Dez.2022

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Today, around 80% of the 170 million tons of ammonia produced annually worldwide is used as a basic chemical for fertilizers. Only 20% is used for other technical solutions. However, in the coming years, demand for ammonia will shift drastically towards new markets: power generation and transportation. Ammonia is the cheapest liquid fuel for long-term storage, easily shipped globally, and a viable marine fuel.
While in the past most ammonia plants used natural gas as feedstock, today all the signs point to green ammonia,“ explains Thore Lohmann, Executive Director of the Ammonia and Methanol business at thyssenkrupp Uhde. „The increasing installation of applications for renewable energy, reduced electricity costs, the introduction of CO2 taxes and possible subsidies for green ammonia technology are drastically changing today’s market drivers towards green ammonia applications.“
Ammonia is a colorless gas at room temperature. The chemical compound consists of nitrogen and hydrogen with the empirical formula NH3.

„Green ammonia“ describes the manufacturing process: In contrast to ammonia produced conventionally from fossil fuels, green ammonia is based on renewable energies.
Because green ammonia can be used both as a basic chemical, as a fuel and as a comparatively easy-to-transport hydrogen storage medium, the gas plays an important role in the global energy transformation.
According to the experts, one of the most promising applications of green ammonia is as a sustainable energy source. „Ammonia can be produced from the existing elements hydrogen and nitrogen from the air and, if necessary, broken down into its components again with the help of a so-called cracker. For example, ammonia can be shipped from Australia to Japan and used there either directly to generate electricity or for industrial applications be cracked back to hydrogen.”
Ammonia can also be burned directly, e.g. in gas turbines or in ship engines. Due to its flexible application possibilities, ammonia is an ideal green energy molecule. „Compared to hydrogen, ammonia has a higher energy density, which makes it easy to transport and easy to store,“ explains Thore Lohmann
Because ammonia is combustible and can also be converted directly into electricity in fuel cells, the chemical is also suitable as an energy carrier. Ammonia burns to form nitrogen and water and is not itself a greenhouse gas. Therefore, ammonia synthesized from green hydrogen is climate-neutral. . In the future, green ammonia could replace climate-damaging bunker oil as ship fuel. According to estimates, the demand for ammonia as clean ship fuel could exceed today’s conventional NH3 production by a factor of six if propulsion systems were to be switched around the world.
This makes green ammonia an ideal liquid energy carrier for transporting “green hydrogen” from renewable energies over long distances. In contrast to pure hydrogen, ammonia has a much higher density, making it easier, more energy-efficient and cheaper to store and transport it than it can. In addition, ammonia is already a globally traded product with existing transport infrastructure and thus offers enormous potential for a global green energy economy and the reduction of greenhouse gas emissions.

What are the properties of ammonia?
Ammonia has a pungent smell, is colorless and toxic and soluble in water (531 g/l). At -33 °C, the boiling point is significantly higher than that of hydrogen (-253 °C). The vapor pressure is 8.6 bar at 20 °C. The gas is therefore comparatively easy to liquefy, transport and store.
Why green ammonia and not hydrogen?
Green ammonia is produced by catalytic synthesis from separated atmospheric nitrogen and green hydrogen. In the electrolysis of hydrogen from wind or solar power, the efficiency is 70 to 90%, depending on the process. Conversion to ammonia means further losses; the overall efficiency up to reconversion – for example in a steam power plant – is only 55 to 60%. In other words, it would actually be much cheaper to use renewable energies directly or to store them only in the form of hydrogen.
However, the simpler handling, transport and storage of the energy in the form of ammonia speak in favor of this route: Ammonia can be easily transported by ship or pipeline and, due to its low flammability, the risk of explosion is lower than with hydrogen. Since ammonia has a vapor pressure of only 8.6 bar at 20 °C and can be liquefied at -33 °C, the requirements for storage tanks are significantly lower than for hydrogen. At the same time, the energy density of ammonia at ambient temperature is significantly higher than that of hydrogen gas under the same conditions. However, the energy density is only half that of petrol (6.25 kWh/kg) (12.7 kWh/kg). Nevertheless, green ammonia is much easier to handle as a marine fuel than hydrogen.
How is conventional ammonia produced?
The majority of the ammonia produced worldwide (over 90%) is produced in direct synthesis using the Haber-Bosch process. In this reaction, the gases nitrogen and hydrogen react with each other. The nitrogen is obtained by liquefaction of air, the hydrogen required for the reaction by steam reforming from natural gas, coal and naphtha. The catalytic reaction between hydrogen and nitrogen takes place at high pressure. In the conventional production of ammonia from natural gas, 1.5 tons of CO2 are produced per ton of ammonia.
The classic Haber Bosch synthesis: NH3 is now produced on a large scale using the Haber Bosch process, which celebrated its 100th anniversary in 2013. Nitrogen and H2 are passed over an iron catalyst at temperatures of 400 to 500 degrees Celsius and pressures of 150 to 250 bar. These process parameters are a compromise between NH3 thermal stability, reaction rate and catalyst activity. A conversion of 15 percent is achieved under equilibrium conditions. The required N2 is obtained by cryogenic air separation, while H2 is produced by steam reforming of methane CH4.
Two tons of climate-damaging carbon dioxide CO2 are released for every ton of NH3 produced. The valuable hydrocarbons are not converted into the end product NH3, but only into CO2, which cannot yet be used on an industrial scale. Modern Haber Bosch plants produce up to 1500 tons of NH3 per day and consume approximately eight megawatt hours of energy per ton of NH3 based on CH4 and 13.5 megawatt hours of energy based on coal as a hydrogen source.”
How is green ammonia produced?
The production of green ammonia is based on two steps: First, electricity from wind, solar or hydroelectric power is used to electrolyze water. The resulting hydrogen is then catalytically converted with atmospheric nitrogen to form ammonia.
For electrolysis, alkaline electrolysis systems, such as those used for chlorine production, have been in use for many years. Another method is based on so-called proton exchange membranes. The nitrogen required for the synthesis of ammonia is extracted from the air by pressure swing absorption (ASU).
The decentralized production of green ammonia from renewable energies is being investigated in the „Campfire“ innovation initiative. In contrast to classic alkali electrolysis or water electrolysis on proton exchange membranes, ceramic thin-film membranes are a central component here. These should achieve a high level of efficiency and service life, making the production processes more economical.
One of the largest plants for green hydrogen is to be built in north-west Saudi Arabia by 2025 (Helios Green Fuels Project). With a 20 MW electrolysis module, 650 tons of hydrogen are to be produced daily on the basis of 4 GW of solar and wind energy and 3,000 tons of ammonia are to be converted. The electrolysis system will be supplied by Thyssenkrupp, and the module manufacturer is being funded by the Federal Ministry of Economics.

Ammonia as a hydrogen vector: New integrated reactor technology for the energy transition
Fraunhofer Institute ISE/University of Ulm:
In the „PICASO“ project (Process Intensification & Advanced Catalysis for Ammonia Sustainable Optimized process), the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, the University of Ulm and the Fukushima Renewable Energy Research Institute (FREA-AIST) are working on a new type of power-to-ammonia – (PtA) process for sustainable ammonia synthesis. The process could reduce CO2 emissions by 95 percent compared to the conventional process. The project, funded by the Federal Ministry of Education and Research, started on August 1, 2022.
Ammonia as a hydrogen vector has the potential to make a significant contribution to the energy transition: „Ammonia can also be produced from green hydrogen and nitrogen in sunny and windy but remote regions – for example in the North African desert. The energy source is liquefied for transport to Europe, usually by ship. To this end, we are developing integrated reactor technology with dynamic operating strategies that allow operation with fluctuating renewable energy sources,” explains Prof. Dr. Christopher Hebling, Head of Hydrogen Technologies at Fraunhofer ISE.
In contrast to the conventional Haber-Bosch process, the PtA process allows the use of more active synthesis catalysts thanks to the high purity of the electrolysis-based „green“ hydrogen. These can work at lower temperatures, which increases the thermodynamically possible ammonia yield and thus enables operation at lower pressures and without the recirculation of unused educts. For the project, the Japanese partner FREA-AIST has developed a novel ruthenium catalyst that enables synthesis under significantly milder process conditions with temperatures below 400 °C and pressures below 80 bar. This can already be produced on a semi-industrial scale (TRL > 7). In order to further increase the yield, Fraunhofer ISE and the University of Ulm are investigating the integrated separation of ammonia: The reaction and the separation of ammonia take place in-situ in an integrated reactor. In this way, the operating pressure can be minimized and the recirculation of unreacted feed gas can be avoided. „Since the compressors and heat exchangers are the biggest cost drivers in conventional ammonia synthesis, accounting for 90 percent of the investment costs, these improvements offer enormous potential for the economic efficiency of flexible ammonia production plants that can also be used in remote regions,“ says Dr.-Ing. Ouda Salem, group leader Power to Liquids at Fraunhofer ISE. This means that complex infrastructure is no longer necessary and ammonia can be produced on a much smaller scale. This offers the possibility of tailoring the new PtA process for the use of renewable energy sources in remote regions as well. Prof. Dr.-Ing. Robert Güttel, Head of the Institute for Chemical Engineering at the University of Ulm, adds: „In addition, we can make much better use of hydrogen and nitrogen if no recirculation is required, so that we can significantly increase the material and energetic efficiency of the entire PtA process.“
In the project, the transfer of the new PtA concept from the laboratory to the pilot plant scale is already to be implemented. While the focus at the University of Ulm is on the laboratory scale, extensive experimental studies are carried out in the technical center at Fraunhofer ISE. Robert Güttel: “The experimental findings in both scales are linked by detailed mathematical modeling and simulation. With this we can even make reliable predictions for the pilot scale and accelerate the implementation of the integrated reactor concept.” In addition to the technical demonstration, the partners also want to prove that the new, flexible PtA process is economically competitive with the conventional process.
Disruptive process with high savings potential
„If successful, the PICASO approach will be a disruptive technology that replaces a conventional fossil process and thus reduces CO2 emissions by up to 95 percent,“ says Ouda Salem. A simulative analysis of the PICASO process also revealed an energy saving potential of 50 percent compared to the conventional Haber-Bosch process. A concrete goal for a follow-up project is the upscaling of the integrated reactor to demonstration level and its testing in a pilot plant at the location of the associated partners FREA-AIST in Fukushima. In addition, the researchers are developing specific dynamic investigations and operational strategies to identify interface requirements between the electrolysers and the synthesis plant. With the successful completion of these project phases, the basic engineering data for an industrial reference system is available. The PICASO partners will accompany these phases with R&D services and own patents on catalyst and reactor developments in order to license the complete technology to the chemical and process engineering industry.
Conclusion
It should be undisputed that green hydrogen and in particular green ammonia will be important energy sources for a future energy transition. The procedural realization seems to be promising, especially as far as the ammonia synthesis according to PICASO is concerned, here there seems to be great progress in terms of sustainability and costs. However, I am critical of the planned locations, especially with regard to security of supply. It makes little sense to look one-sidedly at the advantages of sunny locations such as the Arabian region or North Africa without considering that you are becoming dependent again, which, according to recent experience, should actually be avoided. In particular, the Helios Green Fuels Project in Saudi Arabia raises major question marks with regard to security of supply. Not only is the green hydrogen obtained here, but also the entire ammonia synthesis is carried out on an industrial scale with all the geopolitical imponderables of these areas. Added to this are the long transport routes. As so many promising developments in the field of sustainable climate-friendly technologies ultimately cannot avoid relying primarily on domestic wind and solar energy – or at least investing in Europe – the promising Power to Ammonia projects should not ignore these aspects.

Bernd Riebe, Nov.2022

https://www.thyssenkrupp.com/de/stories/nachhaltigkeit-und-klimaschutz/gruenes-ammoniak-und-sein-beitrag-zur-bewaeltigung-des-klimawandels
https://www.chemietechnik.de/anlagenbau/was-ist-gruenes-ammoniak-123.html
Fraunhofer Institut ISE/Universität Ulm
Deutscher Bundestag: Fachbereich Umwelt, Naturschutz, Reaktorsicherheit, Bildung und Forschung .(Wissenschaftliche Dienste Dokumentation WD 8 – 3000 – 088/18)

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Grüner Wasserstoff als nachhaltiger Energieträger gilt als richtungsweisend für die Energiewende. Dabei könnte ein anderer Stoff in naher Zukunft noch wichtiger werden: Grünes Ammoniak.

Heute werden weltweit etwa 80% der jährlich produzierten 170 Millionen Tonnen Ammoniak als Grundchemikalie für Düngemittel verwendet. Nur 20% werden für andere technische Lösungen genutzt. In den kommenden Jahren wird sich die Nachfrage nach Ammoniak jedoch drastisch in Richtung neuer Märkte verlagern: Energieerzeugung und Transport. Denn Ammoniak ist der kostengünstigste flüssige Energieträger für die Langzeitlagerung, leicht global zu verschiffen und ein praktikabler Schiffskraftstoff.
Während in der Vergangenheit die meisten Ammoniak-Anlagen Erdgas als Einsatzstoff nutzten, stehen heute alle Zeichen auf grünes Ammoniak“, erklärt Thore Lohmann, Executive Director des Ammoniak- und Methanol-Geschäfts bei thyssenkrupp Uhde. „Die zunehmende Installation von Anwendungen für erneuerbare Energien, reduzierte Stromkosten, die Einführung von CO2-Steuern und mögliche Subventionen für grüne Ammoniak-Technologie verändern die heutigen Markttreiber drastisch in Richtung grüner Ammoniak-Anwendungen.“
Ammoniak ist bei Raumtemperatur ein farbloses Gas. Die chemische Verbindung besteht aus Stickstoff und Wasserstoff mit der Summenformel NH3.

Grünes Ammoniak bezeichnet den Herstellprozess: Im Gegensatz zu konventionell aus fossilen Energieträgern erzeugtem Ammoniak basiert grünes Ammoniak auf erneuerbaren Energien.
Weil grünes Ammoniak sowohl als Grundchemikalie, als Brennstoff und auch als vergleichsweise leicht zu transportierender Wasserstoff-Speicher eingesetzt werden kann, kommt dem Gas eine wichtige Rolle in der globalen Energietransformation zu.
Eine der vielversprechendsten Anwendungen von grünem Ammoniak ist die Nutzung als nachhaltiger Energieträger, erklären die Expert:innen. „Ammoniak lässt sich aus den vorhandenen Elementen Wasserstoff und Stickstoff aus der Luft herstellen und bei Bedarf mit Hilfe eines sogenannten Crackers wieder in seine Bestandteile zerlegen. So kann Ammoniak zum Beispiel von Australien nach Japan verschifft und dort entweder direkt zur Stromerzeugung genutzt oder für industrielle Anwendungen wieder zu Wasserstoff gecrackt werden.“
Ammoniak kann auch direkt verbrannt werden, z.B. in Gasturbinen oder in Schiffsmotoren. Aufgrund seiner flexiblen Einsatzmöglichkeiten ist Ammoniak ein ideales grünes Energiemolekül. „Im Vergleich zu Wasserstoff hat Ammoniak eine höhere Energiedichte, wodurch es leicht zu transportieren und unkompliziert zu speichern ist“, erklärt Thore Lohmann.
Weil Ammoniak brennbar ist und auch in Brennstoffzellen direkt zu Strom umgesetzt werden kann, eignet sich die Chemikalie auch als Energieträger. Ammoniak verbrennt zu Stickstoff und Wasser und ist selbst kein Klimagas. Deshalb ist aus grünem Wasserstoff synthetisiertes Ammoniak klimaneutral. . Grünes Ammoniak könnte künftig als Schiffstreibstoff klimaschädliches Bunkeröl ersetzenSchätzungen zufolge könnte der Bedarf an Ammoniak als sauberem Schiffstreibstoff die heutige konventionelle NH3-Produktion um das Sechsfache übersteigen, falls die Antriebe weltweit umgestellt werden würden.

Damit eignet sich grünes Ammoniak als idealer flüssiger Energieträger, um „grünen Wasserstoff“ aus erneuerbaren Energien über weite Strecken zu transportieren. Denn im Gegensatz zu reinem Wasserstoff hat Ammoniak eine viel höhere Dichte, sodass es sich einfacher, energieeffizienter und kostengünstiger speichern und befördern als lässt. Ammoniak ist zudem bereits ein weltweit gehandeltes Produkt mit bestehender Transportinfrastruktur und bietet somit ein enormes Potenzial für eine globale grüne Energiewirtschaft und die Reduzierung von Treibhausgasemissionen.

Welche Eigenschaften hat Ammoniak?
Ammoniak riecht stechend, ist farblos und giftig und in Wasser löslich (531 g/l). Der Siedepunkt liegt mit -33 °C deutlich höher als der von Wasserstoff (-253 °C). Der Dampfdruck beträgt bei 20 °C 8,6 bar. Deshalb lässt sich das Gas vergleichsweise einfach verflüssigen, transportieren und lagern.
Warum grünes Ammoniak und nicht Wasserstoff?
Grünes Ammoniak wird per katalytischer Synthese aus abgetrenntem Luftstickstoff und grünem Wasserstoff hergestellt. Bei der Elektrolyse von Wasserstoff aus Wind- oder Solarstrom beträgt der Wirkungsgrad je nach Verfahren 70 bis 90 %. Die Umsetzung zu Ammoniak bedeutet weitere Verluste; der Gesamtwirkungsgrad bis zur Rückverstromung – beispielsweise in einem Dampfkraftwerk, liegt bei lediglich 55 bis 60 %. D.h. eigentlich wäre es deutlich günstiger, erneuerbare Energien direkt zu verwenden, oder nur in Form von Wasserstoff zu speichern.
Allerdings sprechen die einfachere Handhabung, der Transport und die Speicherung der Energie in Form von Ammoniak für diesen Weg: Ammoniak lässt sich einfach per Schiff oder Pipeline transportieren und aufgrund seiner geringen Entflammbarkeit ist die Explosionsgefahr niedriger als bei Wasserstoff. Da Ammoniak bei 20 °C einen Dampfdruck von lediglich 8,6 bar hat und bereits bei -33 °C verflüssigt werden kann, sind die Anforderungen an Lagertanks deutlich geringer als bei Wasserstoff. Gleichzeitig ist die Energiedichte von Ammoniak bei Umgebungstemperatur deutlich höher als die von Wasserstoffgas bei denselben Bedingungen. Allerdings ist die Energiedichte lediglich halb so hoch (6,25 kWh/kg) wie die von Benzin (12,7 kWh/kg). Dennoch ist grünes Ammoniak als Schiffstreibstoff deutlich einfacher zu handhaben, als Wasserstoff.
Wie wird konventionelles Ammoniak hergestellt?
Der Großteil des weltweit produzierten Ammoniaks (über 90 %) wird in der Direktsynthese über das Haber-Bosch-Verfahren produziert. Bei dieser Reaktion reagieren die Gase Stickstoff und Wasserstoff miteinander. Der Stickstoff wird durch Luftverflüssigung gewonnen, der zur Reaktion benötigte Wasserstoff per Dampfreformierung aus Erdgas, Kohle und Naphtha. Die katalytische Reaktion zwischen Wasserstoff und Stickstoff läuft bei hohem Druck ab. Bei der konventionellen Herstellung von Ammoniak aus Erdgas entstehen 1,5 Tonnen CO2 pro Tonne Ammoniak.
Die klassische Haber Bosch Synthese: Großtechnisch wird NH3 heutzutage nach dem Haber Bosch Verfahren hergestellt, das 2013 sein 100-jähriges Jubiläum feierte. Stickstoff und H2 werden bei Temperaturen von 400 bis 500 Grad Celsius und Drücken von 150 bis 250 bar über einen Eisenkatalysator geleitet. Diese Prozessparameter sind ein Kompromiss zwischen der thermischen Stabilität von NH3, der Reaktionsrate und der Katalysatoraktivität. Unter Gleichgewichtsbedingungen wird ein Umsatz von 15 Prozent erreicht. Der benötigte N2 wird durch kryogene Luftzerlegung gewonnen, wohingegen H2 durch Dampfreformierung von Methan CH4 erzeugt wird.
Pro Tonne produziertem NH3 werden zwei Tonnen klimaschädliches Kohlenstoffdioxid CO2freigesetzt. Die wertvollen Kohlenwasserstoffe werden also nicht in das Endprodukt NH3 umgewandelt, sondern lediglich in das derzeit noch nicht großtechnisch verwertbare CO2. Moderne Haber Bosch Anlagen produzieren bis zu 1500 Tonnen NH3 pro Tag und verbrauchen ungefähr acht Megawattstunden Energie pro Tonne NH3 basierend auf CH4 und 13,5 Megawattstunden Energie, basierend auf Kohle als Wasserstoffquelle.“

Wie wird grünes Ammoniak produziert?
Die Produktion von grünem Ammoniak beruht auf zwei Schritten: Zunächst wird Strom aus Wind-, Solarenergie oder Wasserkraft zur Elektrolyse von Wasser genutzt. Der entstehende Wasserstoff wird anschließend katalytisch mit Luftstickstoff zu Ammoniak umgesetzt.
Für die Elektrolyse sind seit vielen Jahren Alkalielektrolyseanlagen, wie sie auch zur Chlorproduktion verwendet werden, im Einsatz. Ein weiteres Verfahren beruht auf sogenannten Protonenaustauschmembranen. Der zur Synthese von Ammoniak notwendige Stickstoff wird durch Druckwechsel-Absorption (ASU) aus der Luft gewonnen.
In der Innovationsinitiative „Campfire“ wird die dezentrale Herstellung von grünem Ammoniak aus erneuerbaren Energien untersucht. Im Unterschied zur klassischen Alkalielektrolyse oder der Wasserelektrolyse an Protonenaustauschmembranen sind hier keramische Dünnschichtmembranen ein zentraler Baustein. Diese sollen eine hohe Effizienz und Lebensdauer erreichen, wodurch deie Produktionsprozesse wirtschaftlicher werden.
Eine der größten Anlagen für grünen Wasserstoff soll bis 2025 im Nordwesten von Saudi-Arabien entstehen (Helios Green Fuels Project). Mit einem 20 MW großen Elektrolysemodul sollen täglich auf Basis von 4 GW Solar- und Windenergie 650 Tonnen Wasserstoff produziert und zu 3.000 Tonnen Ammoniak umgesetzt werden. Die Elektrolyseanlage wird von Thyssenkrupp geliefert werden, gefördert wird der Modulhersteller vom Bundeswirtschaftsministerium.
Ammoniak als Wasserstoff-Vektor: Neue integrierte Reaktortechnologie für die Energiewende
Fraunhofer Institut ISE/Universität Ulm:
Im Projekt „PICASO“ (Process Intensification & Advanced Catalysis for Ammonia Sustainable Optimized process) arbeiten das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, die Universität Ulm und das Fukushima Renewable Energy Research Institute (FREA-AIST) an einem neuartigen Power-to-Ammonia- (PtA) Prozess für die nachhaltige Ammoniaksynthese. Das Verfahren könnte die CO2-Emissionen im Vergleich zum konventionellen Prozess um 95 Prozent senken. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt startete am 1. August 2022.
Ammoniak als Wasserstoff-Vektor hat das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende zu leisten: „Ammoniak kann auch in sonnen- und windreichen, aber abgelegenen Regionen aus grünem Wasserstoff und Stickstoff hergestellt werden – zum Beispiel in der nordafrikanischen Wüste. Für den Transport nach Europa, in der Regel per Schiff, wird der Energieträger verflüssigt. Wir entwickeln dafür eine integrierte Reaktortechnologie mit dynamischen Betriebsstrategien, die den Betrieb mit fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen erlaubt“, erläutert Prof. Dr. Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstofftechnologien am Fraunhofer ISE.
Im Gegensatz zum konventionellen Haber-Bosch-Verfahren erlaubt der PtA-Prozess dank der hohen Reinheit des elektrolysebasierten „grünen“ Wasserstoffs den Einsatz von aktiveren Synthesekatalysatoren. Diese können bei niedrigerer Temperatur arbeiten, was die thermodynamisch mögliche Ammoniakausbeute steigert und somit den Betrieb bei niedrigeren Drücken und ohne Rückführung unverbrauchter Edukte ermöglicht. Für das Projekt hat der japanische Partner FREA-AIST einen neuartigen Ruthenium-Katalysator entwickelt, der die Synthese bei deutlich milderen Prozessbedingungen mit Temperaturen unter 400 °C sowie Drücken unter 80 bar ermöglicht. Dieser kann bereits im halbindustriellen Maßstab (TRL > 7) hergestellt werden. Um die Ausbeute noch weiter zu steigern, untersuchen das Fraunhofer ISE und die Universität Ulm die integrierte Abtrennung von Ammoniak: Die Reaktion und die Abtrennung von Ammoniak laufen in-situ in einem integrierten Reaktor ab. So kann der Betriebsdruck minimiert und die Rückführung von nicht umgesetztem Einsatzgas vermieden werden. „Da die Kompressoren und Wärmetauscher mit einem Anteil von 90 Prozent an den Investitionskosten die größten Kostentreiber bei der konventionellen Ammoniak-Synthese sind, bieten diese Verbesserungen ein enormes Potenzial für die Wirtschaftlichkeit flexibler Ammoniak-Produktionsanlagen, die auch in entlegenen Regionen einsetzbar sind“, so Dr.-Ing. Ouda Salem, Gruppenleiter Power to Liquids am Fraunhofer ISE. Somit ist keine aufwändige Infrastruktur mehr notwendig und die Ammoniakproduktion kann in wesentlich kleineren Maßstäben erfolgen. Damit bietet sich die Möglichkeit, das neuartige PtA-Verfahren für die Nutzung regenerativer Energiequellen auch in abgelegenen Regionen maßzuschneidern. Prof. Dr.-Ing. Robert Güttel, Leiter des Instituts für Chemieingenieurwesen an der Universität Ulm, ergänzt: „Außerdem können wir Wasserstoff und Stickstoff wesentlich besser ausnutzen, wenn keine Rückführung erforderlich ist, so dass wir die stoffliche und energetische Effizienz des gesamten PtA-Prozesses deutlich steigern können.“
Im Projekt soll bereits die Übertragung des neuen PtA-Konzepts vom Labor- in den Technikumsmaßstab realisiert werden. Während an der Universität Ulm der Labormaßstab im Fokus steht, werden am Fraunhofer ISE umfangreiche experimentelle Studien im Technikum durchgeführt. Robert Güttel: „Verknüpft werden die experimentellen Erkenntnisse in beiden Skalen durch detaillierte mathematische Modellierung und Simulation. Damit können wir sogar bereits belastbare Vorhersagen zum Pilotmaßstab treffen und die Implementierung des integrierten Reaktorkonzepts beschleunigen.“ Neben der technischen Demonstration wollen die Partner auch nachweisen, dass der neuartige, flexible PtA-Prozess wirtschaftlich mit dem konventionellen Verfahren wettbewerbsfähig ist.
Disruptives Verfahren mit hohem Einsparpotenzial
„Im Erfolgsfall wird der PICASO-Ansatz eine disruptive Technologie sein, die einen konventionellen fossilen Prozess ersetzt und damit den CO2-Ausstoss um bis zu 95 Prozent reduziert“, so Ouda Salem. Eine simulative Analyse des PICASO-Prozesses hat zudem ein Energieeinsparungspotenzial von 50 Prozent gegenüber dem konventionellen Haber-Bosch-Prozess ergeben. Ein konkretes Ziel für ein Folgeprojekt ist die Hochskalierung des integrierten Reaktors auf Demonstrationsniveau und dessen Erprobung in einer Pilotanlage am Standort der assoziierter Partner FREA-AIST in Fukushima. Darüber hinaus entwickeln die Forschenden spezifische dynamische Untersuchungen und Betriebsstrategien, um Schnittstellenanforderungen zwischen den Elektrolyseuren und der Syntheseanlage zu identifizieren. Mit dem erfolgreichen Abschluss dieser Projektphasen liegen die grundlegenden Engineering-Daten für eine industrielle Referenzanlage vor. Die PICASO-Partner werden diese Phasen mit FuE-Dienstleistungen und eigenen Patenten zu Katalysator- und Reaktorentwicklungen begleiten, um die komplette Technologie an die chemische und verfahrenstechnische Industrie zu lizenzieren.
Fazit
Dass grüner Wasserstoff und insbesondere grünes Ammoniak wichtige Energieträger für eine künftige Energiewende sein werden, dürfte unstrittig sein. Die verfahrenstechnische Realisierung schein erfolgsversprechend zu sein, insbesondere was die Ammoniak -Synthese nach PICASO betrifft, hier scheint es große Fortschritte zu geben in Bezug auf Nachhaltigkeit und Kosten. Kritisch sehe ich allerdings die geplanten Standorte insbesondere hinsichtlich der Versorgungssicherheit. Es macht wenig Sinn, einseitig auf die Vorteile sonnenscheinreicher Standorte wie den arabischen Raum oder Nordafrika zu schauen, ohne zu bedenken, das man sich damit wieder in Abhängigkeiten begibt, was doch eigentlich nach den jüngsten Erahrungen vermieden werden sollte. Insbesondere das Helios Green Fuels Project in Saudi Arabien wirft in Bezug auf Versorngungssicherheit große Frageezeichen auf. Hier wird nicht nur die der grüne Wasserstoff gewonnen sondern auch die gesamte Ammoniaksynthese großtechnisch realisiert mit all den geopolitischen Unwäggbarkeiten dieser Gebiete. Hinzu kommen die langen Transportwege. Wie so viele erfolgversprechende Entwicklungen im Bereich nachhaltiger klimafreundlicher Technologien letztlich nicht umhin kommen, vorrangig auf heimische Wind- und Solarenergie zu setzen – oder zumindest im europäischen Raum zu investieren – sollten die vielversprechenden Power to Ammonia Projekte diese Aspekte nicht außer Acht lassen.

Bernd Riebe, Nov.2022

https://www.thyssenkrupp.com/de/stories/nachhaltigkeit-und-klimaschutz/gruenes-ammoniak-und-sein-beitrag-zur-bewaeltigung-des-klimawandels
https://www.chemietechnik.de/anlagenbau/was-ist-gruenes-ammoniak-123.html
Fraunhofer Institut ISE/Universität Ulm
Deutscher Bundestag: Fachbereich Umwelt, Naturschutz, Reaktorsicherheit, Bildung und Forschung .(Wissenschaftliche Dienste Dokumentation WD 8 – 3000 – 088/18)

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One of the best ways to explore how human-induced global warming will affect Earth in future is to study the way our planet responded to climate change in the past.
The Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM) is one of the most intense and abrupt period of global warming in the past. It occurred around 56 million years ago, at the boundary between the Paleocene and Eocene. This warming has been linked to a rapid increase in the concentration of greenhouse gases in Earth’s atmosphere, which drove up global temperatures by more than 5 °C in just a few thousand years. The fossil record gives us the means of understanding how life was affected by the PETM, and so provides an excellent opportunity to study the relationships between evolution, extinction, migration and climate change.

The average global surface temperature reached around 32°C which is 18 degrees above the pre industrial level (14°C).
Climate sensitivity was about 3.1° C per doubling of CO2 . These values are similar to those assessed by the IPCC.
The duration of the carbon input is difficult to constrain, a few thousand years seems to be very likely. The emission rates were indeed 10 times slower than the current annual average.

„Combined data and modelling studies offer a potential way forward by suggesting simulacra of the traces left in the geologic record that indicate a short carbon input duration. Each of the age-model independent methods outlined here has caveats in its application; however, a consensus appears to be emerging that the carbon emissions that drove the CIE occurred over just a few thousand years. This still suggests emissions rates about 10× slower than the current annual average, but is similar to predicted rates of additional carbon release from natural carbon cycle feedbacks“
Sandra Kirtland Turner, 2018. https://doi.org/10.1098/rsta.2017.0082

The climate of the late Eocene
At the time of the PETM, the world was already much warmer than it is today. The high latitudes and polar regions were more or less ice-free, and were populated by a diverse assemblage of plants and animals. Alligators, which today are found only in the warm tropics and subtropics, occurred well within the Arctic Circle during the early Eocene. The climate in southern North America (at a latitude of ~30° N) was roughly tropical, with high temperatures and lots of rainfall, and small seasonal differences between summer and winter. This warm phase had begun in the Cretaceous period, peaked in the early Eocene, and continued to the end of the Eocene, when global temperatures dropped and ice sheets formed over the Antarctic. By the early Palaeogene period, the arrangement of the continents was quite similar to that of today although the Atlantic Ocean was not as wide as it is now, and India was only just beginning to collide with the rest of Asia, there was no land bridge between North and South America and Antarctica, on the other hand was connected to South America, the Drake Passage formed much later.

The climate was much wetter than today with the increase in evaporation rates peaking in the tropics. It’s very likely that much more of this moisture was transported polewards than today. Warm weather would have predominated as far north as the Polar basin.with subtropic temperatures at the poles and a tropical rainforest environment in Germany. Unlike modern rainforests, its latitude would have made it seasonal combined with equatorial temperatures, a weather system and corresponding environment unmatched anywhere on Earth today.

Ocean
At the start of the PETM, the ocean circulation patterns changed radically in the course of under 5,000 years. Global-scale current directions reversed due to a shift in overturning from the southern hemisphere to northern hemisphere overturning.This „backwards“ flow persisted for 40,000 years.Such a change would transport warm water to the deep oceans, enhancing further warming.
In parts of the oceans, especially the north Atlantic Ocean,bioturbation was absent. This may be due to bottom-water anoxia, or by changing ocean circulation patterns changing the temperatures of the bottom water. However, many ocean basins remained bioturbated through the PETM.
The amount of freshwater in the Arctic Ocean increased, in part due to northern hemisphere rainfall patterns, fueled by poleward storm track migrations under global warming conditions.

Marine microorganisms
Several groups of single-celled planktonic organisms, all of which are common in the oceans today, were greatly affected by the PETM. Dinoflagellates are primitive microorganisms that have characteristics of both plant and animal cells. They are typically 0.02–0.15 millimetres in diameter, and they propel themselves through the oceans using whip-like protuberances called flagella (dinoflagellate means ‘whirling whip’). Some species form protective capsules called resting cysts, in which the organism remains dormant throughout the winter. It is these cysts that are preserved and form the dinoflagellate fossil record. Within this group, the genus Apectodinium  became globally dominant during the PETM, and expanded its range from the warm subtropics to cover most of the globe. This may have been because the warmer high latitudes during this interval allowed Apectodinium to spread farther away from the equator, or it might have been the result of increased nutrient influxes into the oceans.
Coccolithophores are smaller than dinoflagellates, and range in size from 0.00025 to 0.03 mm. They are covered in tiny plates of calcium carbonate called coccoliths, which fall to the sea floor when the organism dies. Coccoliths can accumulate in such abundance as to form rocks in their own right, and they are the main constituent of chalk, which forms the White Cliffs of Dover. Several species of coccolithophore went extinct during the PETM, and a number of new species appeared.
Foraminifera are widespread and abundant in the modern oceans, and inhabit both the surface waters and the sea floor. Planktonic foraminifera are typically less than 0.1 mm in diameter. These forms diversified during the PETM, with several new species appearing in this interval. However, foraminifera that lived on the sea floor (benthic forms) suffered a major extinction event, with 30–50% of species going extinct during the PETM. This was probably the result of rapid warming of the ocean-bottom waters, and an associated decline in the concentration of dissolved oxygen there.
Mammals
Mammals underwent profound evolutionary and biogeographic changes at the Paleocene–Eocene boundary. Three groups that incorporate many modern mammal species appeared suddenly at this time: Artiodactyla, which includes deer, camels and cows; Perissodactyla, which includes horses and rhinoceroses; and Primates, which includes monkeys, gorillas and humans. These groups probably originated in Asia and then rapidly dispersed to Europe and North America, all within the space of a few thousand years. It seems likely that movement between continents occurred over high-latitude land bridges (such as Greenland or the currently submerged land bridge under the Bering Strait), which only became warm enough to access during the PETM. A number of more ancient Paleocene mammals also went extinct at this time.
The best-known record of mammalian evolution throughout this interval, and indeed for much of the Cenozoic, comes from the Western Interior of North America. In the Bighorn and Clarks Fork basins of Wyoming , sediments that were deposited on ancient flood plains record in great detail environmental change across the PETM. Mammal fossils recovered from this interval not only show the rapid first appearances of the artiodactyls, perissodactyls and primates in this region, but also demonstrate that some types of mammal became smaller during the PETM. Fossils of the now-extinct ground-dwelling herbivores Ectocion and Copecion from the PETM interval are reconstructed as approximately half the weight of those before and after it, and several other mammal groups that survived the PETM show the same pattern. The earliest members of the artiodactyls, perissodactyls and primates were also much smaller than their immediate descendants. Elevated atmospheric carbon dioxide concentrations have been shown in laboratory experiments to reduce leaf digestibility and nutritional value for herbivores, which results in slower growth rates. The higher concentration of atmospheric greenhouse gases during the PETM therefore seems like a better explanation for mammalian dwarfing than the increase in temperature itself.

Plants

Plants are rarely fossilized whole, and most of our information on the floral response to the PETM comes from fossil leaves and pollen. The detailed record from the Bighorn Basin in Wyoming shows that several new species migrated into this region during the PETM, both from Europe and from southern North America. Warming of the higher latitudes during the PETM facilitated these migrations, by allowing plant species adapted to warmer climates to expand their ranges past the hotter low latitudes. High-latitude land bridges between Europe and North America would have become usable, and as with the mammals, some European plants spread into North America.

Pollen records from Mississippi and Alabama on the US Gulf of Mexico show that this region was the source of some of the plant species that migrated north into Wyoming during the PETM. Several of the immigrant species from Europe also reached this far into southern North America. The plant communities of the US Gulf Coast also suffered an extinction event, with approximately 20% of pollen types disappearing at the Paleocene–Eocene boundary .
In the tropics of Colombia, the pollen records show that several new species of plants appeared during the PETM and the early Eocene. Many of the species that were present during the Paleocene persisted through the PETM and into the Eocene, and only a relatively small number of extinctions took place. The equatorial forests, therefore, not only survived the PETM warmth, but seem to have flourished in it, with enhanced speciation and limited extinction increasing the number of plant species present.

Synthesis
It is clear that the PETM affected different groups of organisms and habitats in a range of ways. Many species simply expanded their ranges into higher latitudes, and mammals and plants were able to move into new continents. Microorganisms in the oceans’ surface waters experienced few negative impacts during the PETM, whereas benthic foraminifera underwent severe extinctions. Tropical plants did well during the warming, perhaps because they were already adapted to warm conditions. The higher concentrations of atmospheric carbon dioxide throughout the PETM decreased the nutritional value of plant material, however, leading to a temporary decrease in the size of some herbivorous insects and mammals. Feeding intensity among herbivorous insects also increased.
Jardine, Phil. 2011. The Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Palaeontology Online, Volume 1, Article 5, 1-7.

Recovery
Climate proxies, such as ocean sediments (depositional rates) indicate a duration of ∼83 ka, with ∼33 ka in the early rapid phase and ∼50 ka in a subsequent gradual phase.
The most likely method of recovery involves an increase in biological productivity, transporting carbon to the deep ocean. This would be assisted by higher global temperatures and CO2 levels, as well as an increased nutrient supply (which would result from higher continental weathering due to higher temperatures and rainfall; volcanoes may have provided further nutrients).

Conclusion
By the time our great-grandchildren have children of their own, we humans will likely have broken a climate record that has stood unchallenged for 56 million years.
New research has found that humans are pumping nearly 10 times more carbon dioxide into the atmosphere than what was emitted during Earth’s last major warming event, called the Palaeocene-Eocene Thermal Maximum (PETM).
If carbon emissions continue to rise in the future, mathematical models predict that within the next few hundred years, we could be facing another PETM-like event.

If the PETM global warming event is similar to today’s, we know it’s not a perfect comparison. The world was a very different place 55 million years ago. For instance, even before the PETM, the planet was already so warm that there were no ice caps. Nor should we take too much comfort from the fact that the PETM didn’t cause a major mass extinction,  because while current global warming doesn’t threaten the existence of our species, it does threaten our way of life. What we’re talking about is massive changes that could cause a rather unbelievable amount of human suffering and loss of the things we all hold dear. Scott Wing.Smithonian Institution

I can only underline Scott Wing’s statements, but I’m afraid our current climate change scenario will have impacts on our planet which not only threaten our way of life but will also threaten people’s very existence in general. Looking at the latest IPCC report „Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability“ and here at the Mid to Long-term Risks (2041–2100) with max 5°C warming there seems to be little hope of less than catastrophic conditions, when it comes to PETM levels of more than 10°C.

IPCC report „Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability
Mid to Long-term Risks (2041–2100)

Biodiversity loss and degradation, damages to and transformation of ecosystems are already key risks for every region due to past global warming and will continue to escalate with every increment of global warming (very high confidence). In terrestrial ecosystems, up to 48% of species assessed will likely face very high risk of extinction at global warming levels of 5°C.

In ocean and coastal ecosystems, risk of biodiversity loss increases to high to very high across most ocean and coastal ecosystems by 3°C (medium to high confidence, depending on ecosystem). Very high extinction risk for endemic species in biodiversity hotspots is projected to at least double from 2% between 1.5°C and 2°C global warming levels and to increase at least tenfold if warming rises from 1.5°C to 3°C (medium confidence).

Risks in physical water availability and water-related hazards will continue to increase by the mid- to long-term in all assessed regions, with greater risk at higher global warming levels (high confidence). Projected increases in direct flood damages are higher by 1.4 to 2 times at 2°C and 2.5 to 3.9 times at 3°C compared to 1.5°C global warming without adaptation (medium confidence). At global warming of 4°C, approximately 10% of the global land area is projected to face increases in both extreme high and low river flows in the same location, with implications for planning for all water use sectors (medium confidence).

Climate change will increasingly put pressure on food production and access, especially in vulnerable regions, undermining food security and nutrition (high confidence).  Increases in frequency, intensity and severity of droughts, floods and heatwaves, and continued sea level rise will increase risks to food security (high confidence) in vulnerable regions from moderate to high between 1.5°C and 2°C global warming level, with no or low levels of adaptation (medium confidence). At 2°C or higher global warming level in the mid-term, food security risks due to climate change will be more severe, leading to malnutrition and micro-nutrient deficiencies, concentrated in Sub-Saharan Africa, South Asia, Central and South America and Small Islands (high confidence). Global warming will progressively weaken soil health and ecosystem services such as pollination, increase pressure from pests and diseases, and reduce marine animal biomass, undermining food productivity in many regions on land and in the ocean (medium confidence). At 3°C or higher global warming level in the long term, areas exposed to climate-related hazards will expand substantially compared with 2°C or lower global warming level (high confidence), exacerbating regional disparity in food security risks (high confidence).

Climate change and related extreme events will significantly increase ill health and premature deaths from the near- to long-term (high confidence). Globally, population exposure to heatwaves will continue to increase with additional warming, with strong geographical differences in heat-related mortality without additional adaptation (very high confidence). Climate-sensitive food-borne, water-borne, and vector-borne disease risks are projected to increase under all levels of warming without additional adaptation (high confidence). In particular, dengue risk will increase with longer seasons and a wider geographic distribution in Asia, Europe, Central and South America and sub-Saharan Africa, potentially putting additional billions of people at risk by the end of the century (high confidence). Mental health challenges, including anxiety and stress, are expected to increase under further global warming in all assessed regions, particularly for children, adolescents, elderly, and those with underlying health conditions (very high confidence).

Climate change risks to cities, settlements and key infrastructure will rise rapidly in the mid- and long-term with further global warming, especially in places already exposed to high temperatures, along coastlines, or with high vulnerabilities (high confidence). Globally, population change in low-lying cities and settlements will lead to approximately a billion people projected to be at risk from coastal-specific climate hazards in the mid-term under all scenarios, including in Small Islands (high confidence). The population potentially exposed to a 100-year coastal flood is projected to increase by about 20% if global mean sea level rises by 0.15 m relative to 2020 levels; this exposed population doubles at a 0.75 m rise in mean sea level and triples at 1.4 m without population change and additional adaptation (medium confidence). Sea level rise poses an existential threat for some Small Islands and some low-lying coasts (medium confidence).

In the mid- to long-term, displacement will increase with intensification of heavy precipitation and associated flooding, tropical cyclones, drought and, increasingly, sea level rise (high confidence). At progressive levels of warming, involuntary migration from regions with high exposure and low adaptive capacity would occur (medium confidence). At higher global warming levels, impacts of weather and climate extremes, particularly drought, by increasing vulnerability will increasingly affect violent intrastate conflict (medium confidence)
IPCC report „Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability

Having read this scenario of impacts and vulnerabilty based on about 3.5 degrees above our present level – can anyone imaging what life would be like at 10+C levels?

ACT NOW – SPEAK UP – Appeal to world leaders, urge your city, your bank, your employer to take urgent action toward net-zero emissions – UN Environment Program https://www.unep.org/interactives/things-you-can-do-climate-emergency/

To preserve a livable climate, greenhouse-gas emissions must be reduced by half by 2030 and to net zero by 2050. Bold, fast, and wide-ranging action needs to be taken by governments and businesses. But the transition to a low-carbon world also requires the participation of citizens – especially in advanced economies.

ActNow is the United Nations campaign for individual action on climate change and sustainability.

Every one of us can help limit global warming and take care of our planet. By making choices that have less harmful effects on the environment, we can be part of the solution and influence change.

Use the app to log your actions and contribute to the global count.

https://actnow.aworld.org/

Bernd Riebe SEP 2022

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Der Anstieg der Methan- Konzentration in der Atmosphäre erreichte im Jahr 2021 einen neuen Rekord (NOAA – April 2022)
Die vorläufige Analyse der NOAA zeigt, dass der jährliche Anstieg des atmosphärischen Methans im Jahr 2021 bei 17 ppb lag und damit den größten jährlichen Anstieg seit Beginn der systematischen Messungen im Jahr 1983 verzeichnete. Im Jahr 2020 lag der Anstieg bei 15,3 ppb. Der durchschnittliche Methangehalt in der Atmosphäre lag im Jahr 2021 bei 1 895,7 ppb und damit rund 162 % über dem vorindustriellen Wert. Auf der Grundlage der NOAA-Beobachtungen schätzen die Wissenschaftler, dass die globalen Methanemissionen im Jahr 2021 um 15 % höher sind als im Zeitraum 1984-2006.

Gleichzeitig steigt der Kohlendioxidgehalt weiterhin mit historisch hohen Raten an. Das globale Mittel für Kohlendioxid lag im Jahr 2021 bei 414,7 ppm, was einem Anstieg von 2,66 ppm gegenüber dem Durchschnitt von 2020 entspricht. Dies ist das zehnte Jahr in Folge, in dem die Kohlendioxidkonzentration um mehr als 2 ppm gestiegen ist, was die höchste anhaltende Anstiegsrate in den 63 Jahren seit Beginn der Messungen darstellt.

„Unsere Daten zeigen, dass sich die globalen Emissionen weiterhin in einem rasanten Tempo in die falsche Richtung bewegen“, sagte Dr. Rick Spinrad, NOAA-Administrator. „Die Beweise sind konsistent, alarmierend und unbestreitbar. Wir müssen dem Klimawandel entschieden begegnen, um uns an das anzupassen, was bereits da ist, und uns auf das vorzubereiten, was noch kommen wird. Gleichzeitig können wir es uns nicht länger leisten, dringende und wirksame Maßnahmen zu verzögern, die erforderlich sind, um die Ursache des Problems – die Belastung durch Treibhausgase – anzugehen.“

Während Kohlendioxid viel länger in der Atmosphäre verbleibt als Methan, ist Methan etwa 25-mal stärker in der Lage, Wärme in der Atmosphäre zu binden, und hat einen wichtigen kurzfristigen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Klimawandels.

Woher kommt das Methan?

Die Landwirtschaft ist die wichtigste Quelle.

Emissionen aus der Viehzucht – aus Gülle und Magen-Darm-Emissionen – machen etwa 32 Prozent der vom Menschen verursachten Methanemissionen aus. Bevölkerungswachstum, wirtschaftliche Entwicklung und Landflucht haben eine beispiellose Nachfrage nach tierischem Eiweiß ausgelöst, und da sich die Weltbevölkerung auf 10 Milliarden Menschen zubewegt, wird erwartet, dass dieser Hunger bis 2050 um bis zu 70 Prozent ansteigen wird.

Landwirtschaftliches Methan stammt jedoch nicht nur von Tieren. Der Anbau von Paddy-Reis – bei dem überflutete Felder das Eindringen von Sauerstoff in den Boden verhindern und so ideale Bedingungen für Methan bildende Bakterien schaffen – ist für weitere 8 Prozent der vom Menschen verursachten Emissionen verantwortlich.

Methan in der Atmosphäre entsteht aus vielen verschiedenen Quellen, z. B. bei der Produktion, dem Transport und der Nutzung fossiler Brennstoffe, beim Zerfall organischer Stoffe in Feuchtgebieten . Die Bestimmung der spezifischen Quellen, die für die Schwankungen des jährlichen Methananstiegs verantwortlich sind, ist komplex, aber Wissenschaftler schätzen, dass die Produktion und Nutzung fossiler Brennstoffe etwa 30 % der gesamten Methanemissionen ausmacht. Diese industriellen Methanquellen lassen sich mit der heutigen Technologie relativ leicht ermitteln und kontrollieren.

Frühere NOAA-Forschungsarbeiten zum Thema Methan, bei denen eine vom Institut für Arktis- und Alpenforschung an der Universität von Colorado durchgeführte Analyse der stabilen Kohlenstoffisotope verwendet wurde, deuten darauf hin, dass biologische Methanquellen wie Feuchtgebiete oder die Wiederkäuerlandwirtschaft die Hauptursache für den Anstieg nach 2006 sind. Die NOAA-Wissenschaftler befürchten, dass der Anstieg des biologischen Methans das erste Signal einer Rückkopplungsschleife sein könnte, die zum Teil durch mehr Regen über tropischen Feuchtgebieten verursacht wird und von den Menschen kaum zu beeinflussen ist.

In der Arktis sind große Mengen an Methan in Erdgasvorkommen, Permafrostböden und unterseeischen Methanhydrat gespeichert.

Wissenschaftler warnen vor eine „tickenden Methan-Bombe“.

Permafrostböden und Methanhydrat zersetzen sich bei Erwärmung, so dass es infolge der globalen Erwärmung zu großen Freisetzungen von Methan aus diesen Quellen kommen kann.

Die Freisetzung von Methan aus der Arktis ist an sich schon ein wichtiger Beitrag zur globalen Erwärmung, da sie durch die in den Polargebieten überdurchschnittliche Temperaturerhöhung. Jüngste Beobachtungen in der sibirischen Arktis zeigen erhöhte Raten der Methanfreisetzung aus dem arktischen Meeresboden. Der Permafrost an Land, ebenfalls in der sibirischen Arktis, setzte 2013 schätzungsweise 17 Millionen Tonnen Methan pro Jahr frei – ein erheblicher Anstieg gegenüber den 3,8 Millionen Tonnen, die 2006 geschätzt wurden, und den Schätzungen davor, die sich auf nur 0,5 Millionen Tonnen beliefen.Dies steht im Vergleich zu etwa 500 Millionen Tonnen, die jährlich aus allen Quellen in die Atmosphäre gelangen.

Shakhova et al. (2008) schätzen, dass derzeit nicht weniger als 1 400 Gigatonnen Kohlenstoff in Form von Methan und Methanhydraten unter dem submarinen Permafrost der Arktis eingeschlossen sind, und dass 5-10 % dieser Fläche von offenen Schloten durchstoßen werden können. Sie kommen zu dem Schluss, dass „die Freisetzung von bis zu 50 Gt der vorhergesagten Menge an Hydratspeichern jederzeit möglich ist“. Dadurch würde sich der Methangehalt in der Erdatmosphäre um das Zwölffache erhöhen.

Tauende Permafrostböden in Sibirien stellen eine tickende „Methanbombe“ aus Treibhausgasen dar, warnen die Wissenschaftler

Eine kürzlich veröffentlichte Studie, die sich auf Satellitenbilder stützt, weist darauf hin, dass durch die erhöhten Temperaturen im hohen Norden Russlands große Mengen Methan freigesetzt werden.

„Das ist keine gute Nachricht, wenn sie stimmt“, sagt Robert Max Holmes, ein leitender Wissenschaftler am Woodwell Climate Research Center,. „Niemand will mehr potenziell unangenehme Rückkopplungen sehen, und dies ist potenziell eine davon.“

In der in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlichten Studie wurden anhand von Satellitenfotos einer bisher unerforschten Stelle in Sibirien große Mengen Methan festgestellt, die aus dem freigelegten Kalkstein freigesetzt wurden. Eine Hitzewelle im Jahr 2020 war für die Emissionen entlang zweier großer Streifen von Gesteinsformationen im Jenissej-Khatanga-Becken verantwortlich, das mehrere hundert Meilen nördlich des Polarkreises liegt.

Der Hauptautor der Studie,Nikolaus Froitzheim, ein Geowissenschaftler an der Universität Bonn, ist besorgt über die Ergebnisse seiner Studie. Die richtige Interpretation dieser Daten „kann den Unterschied zwischen Katastrophe und Apokalypse ausmachen“, wenn sich die Klimakrise verschärft, sagt er gegenüber Tara Yarlagadda von Inverse.

Im Jahr 2020 stiegen die Temperaturen im Becken um fast 11 Grad Celsius über den Normalwert, was dazu führte, dass der Kalkstein uralte Methanablagerungen freisetzte, die dort eingeschlossen waren.

Diese Befürchtungen werden in einem weiteren Bericht geäußert. Der von der Climate Crisis Advisory Group (CCAG) veröffentlichte Bericht ruft angesichts des weiteren Temperaturanstiegs in Sibirien und anderen arktischen Regionen zu einem „globalen Notstand“ auf. Der Permafrostboden bedeckt 65 Prozent des russischen Bodens, aber er schmilzt schnell.

„Wissenschaftler sind schockiert, dass das warme Wetter, das das Auftauen der Permafrostböden begünstigt, etwa 70 Jahre vor den Modellvorhersagen eintritt“, heißt es in der CCAG-Warnung. Sie weist auch darauf hin, dass die Arktis bis zum Jahr 2100 89 Prozent ihrer Permafrostböden verlieren könnte.

Zum Thema – Stefan Rahmsdorf, Klima und Wetter bei 3 Grad mehr

Ein lesenswerter Artikel, in dem mit wissenschaftlich gut belegten Daten ein ein recht düsteres Klimaszenario beschrieben wird, hier ein Auszug:

„Modellsimulationen am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), mit denen die Eiszeitzyklen der letzten drei Millionen Jahre (angetrieben von den bekannten Milankovich-Erdbahnzyklen) korrekt wiedergegeben werden, zeigen: Schon jetzt haben wir der Atmosphäre wahrscheinlich genug CO2 hinzugefügt, um damit die ansonsten in 50.000 Jahren fällige nächste Eiszeit zu verhindern. Heizen wir die Erde gar um 3 Grad auf, werden wohl die natürlichen Eiszeitzyklen der nächsten halben Million Jahre ausbleiben. Einige wenige Menschengenerationen verändern unseren Planeten Erde massiv und für lange geologische Zeiträume.
In Deutschland sind wir inzwischen schon bei rund 2,3 Grad Erwärmung angelangt (Abb. 2). Weil Deutschland ein Landgebiet ist, ist das auch nicht weiter überraschend, denn viele Landgebiete erwärmen sich etwa doppelt so rasch wie der globale Mittelwert, der zu 70 Prozent aus Meerestemperaturen gebildet wird.
Die mittlere Erwärmung aller Landgebiete lag 2020 bei 2,0 Grad Celsius. Bei 3 Grad globaler Erwärmung sind bei uns also rund 6 Grad Erwärmung zu erwarten“

zum Thema „Methan“:

„Das Methanproblem ist auf jeden Fall ernst zu nehmen, aber in diesem Jahrhundert wahrscheinlich weniger dramatisch. Langfristig hingegen schon, denn der auftauende Permafrost wird eine für viele Jahrhunderte nicht zu kontrollierendeQuelle von Treibhausgasemissionen schaffen, die zu weiterer Erwärmung führen dürfte, auch nachdem die direkten anthropogenen Emissionen auf null reduziert worden sind.“

Stefan Rahmsdorf beschreibt ein überaus düsteres Fazit, das ich nach Kenntnis und vosichtiger Wertung der vorliegenden Daten (leider) teilen muss:

„Ohne sofortige, entschiedene Klimaschutzmaßnahmen könnten bereits meine Kinder, die derzeit das Gymnasium besuchen, eine 3 Grad wärmere Erde erleben.
Niemand kann genau sagen, wie diese Welt aussehen würde – zu weit wäre sie außerhalb der gesamten Erfahrung der Menschheitsgeschichte. Doch ziemlich sicher wäre diese Erde voller Schrecken für die Menschen, die sie erleben müssten. Wetterchaos mit tödlichen Hitzewellen, verheerenden Monsterstürmen und anhaltenden verbreiteten Dürren, die weltweite Hungerkrisen auslösen könnten.
Steigende Meeresspiegel, die unsere Küsten verwüsten. Umkippende Ökosysteme, verheerendes Artensterben, brennende und verdorrende Wälder, versauerte Ozeane. Failed States, riesige Menschenzahlen auf der Flucht.“

Bernd Riebe, Juni 2022

Der Beitrag Methan – die zunehmende Bedrohung für das globale Klima erschien zuerst auf Blue Blog.

Die Solarkochkiste – Ideal zum Garen und Kochen und zum Erwärmen von Wasser durch Sonnenenergie – spart Strom und Gas!

Der Wunsch, klimaneutral zu kochen ist nicht neu. Viele Menschen suchen nach Alternativen zum Kochen und Garen mit herkömmlichen Energiequellen, wie die Benutzung von Elektroherd und Mikrowelle (Strom aus Braunkohle oder Steinkohle) oder Gasherd und Grill. Was liegt da näher, als die Energie der Sonne zu nutzen?

Diese Idee ist nicht neu, aber sie kann zu einer wirklichen Alternative für sonnige Tage von März bis Oktober werden. Neben Kochen und Garen lässt sich die Solarkochkiste hervorragend für die Warmwasserbereitung nutzen. Ein paar Liter warmes oder auch heißes Wasser liefert die Kochkiste an sonnigen Tagen fast immer, ausreichend für’s Geschirrspülen, Getränke zubereiten, Zähneputzen etc.

Eine Kochkiste ist mit ein wenig handwerklichem Geschick schnell gebaut Bauplan siehe hier –

Und dann braucht es nur noch Experimentierfreude, Fantasie und ein wenig Geduld. Im Grunde lässt sich in der Solarkochkiste alles zubereiten. Die einzige Ausnahme sind Nudeln, da diese in sprudelnd kochendem Wasser gekocht werden müssen. Da die Temperatur in der Solarkochkiste 80 Grad selten übersteigt, ist das Kochen von Nudeln nicht ratsam. Ansonsten ist die Garzeit nur eine Frage des Sonnenstandes, der Bewölkung und der Zeit. Alles Erdenkliche aus Gemüse, Reis, Kartoffeln, Hülsenfrüchte, Getreideprodukte und Obst kann in der Solarkochkiste schonend und umweltneutral gegart werden. Da in unserer Familie alle Vegetarier oder Veganer sind, kann ich hier keine Aussage zu Fleisch machen. Doch ich bin sicher, dass Fleisch, dass vorher auf herkömmliche Weise angebraten wurde, in der Kochkiste fertiggegart werden kann.

Nichts brennt an, nichts kocht über

Ein weiteres Plus der Solarkochkiste ist, dass das Essen, wenn es einmal in der Kiste steht, sich selbst überlassen werden kann. Wir machen es häufig so, dass wir zum Beispiel gefüllte Paprikaschoten vorbereiten, in die Kiste stellen und dann zum Wandern in die Natur gehen oder zum Schwimmen an den See. Kommen wir dann zurück nach Hause, ist unser Essen fertig und hat genau die richtige Temperatur, um sofort gegessen zu werden. Und dazu bedarf es weder einer Zeitschaltuhr noch irgendwelcher anderer Vorkehrungen. Die Solarkochkiste muss lediglich so ausgerichtet werden, dass sie zu einer bestimmten Zeit – sagen wir zwei bis drei Stunden vor unserer Rückkehr – die optimale Sonneneinstrahlung erhält. Das ist alles.

Dieses Video zeigt unsere Kochkiste unter idealen Bedingungen an einem heißen, sonnigen Tag im Juli.

Heißes Wasser für den Kaffee nach dem Essen und für den Abwasch

Sind wir dann von unserem Ausflug oder von Einkäufen, Bankgeschäften oder Ähnlichem zurück, erfreuen wir uns an unserem sonnengegarten Essen, während in der Kochkiste bereits das Wasser für den Kaffee und für den Abwasch heiß wird. Haben wir heißes Wasser aus der Solarkiste, bleibt unsere Spülmaschine aus. Unser Abwasch wird so auch klimaneutral erledigt, wenn auch nicht arbeitsneutral. Doch die Kommunikation beim Geschirrabwaschen kann auch eine Bereicherung für die Familie sein.

Experimentieren mit Eintöpfen

Wir machten unsere ersten Versuche mit Eintöpfen. Gerichte aus Linsen, Kartoffeln und Bohnen funktionierten schon gleich zu Beginn sehr gut. Unser Favorit ist bis heute indisches Dal mit Reis, aber auch Bohnen-Tomatensuppe und gefülltes Gemüse aller Art kochen wir sehr gerne in der Solarkochkiste. Das komplizierteste Gericht, das wir in der Kiste kochten, war bisher ein Reis-Napfkuchen mit Gemüse. Wer gerne kocht, dem wird das Experimentieren mit der Solarkochkiste große Freude bereiten und er oder sie wird stolz auf das Ergebnis sein.
Neben einfachen und raffinierteren Gerichten bereiteten wir auch Nachspeisen zu und dörrten Tomaten und Obst.

Bewölkungsdichte, Sonnenstand und Garzeit

Da die Garzeit natürlich von einigen Variablen abhängt, haben wir im unter Rezepte ein paar Gerichte, die wir kochten, dokumentiert. Diese beschreiben nicht nur die Zutaten und den Kochhergang, sondern haben auch Angaben zur Bewölkungsdichte und zum Sonnenstand.

Die einfache Formel lautet dabei: Sonnenstand x Bewölkungsdichte = Garzeit

Je höher der Sonnenstand und je weniger Wolken, desto kürzer die Garzeit und umgekehrt. Das Garen in der Kochkiste ist also auch bei leichter Bewölkung durchaus möglich, es muss einfach ein wenig Zeit mehr eingeplant werden.

Kochen im Ateliergarten

Da wir die Kochkiste in unserem kleinen Garten benutzen, der sich an mein Atelier anschließt, haben wir als Unterstützung lediglich einen Zwei-Platten-Kocher und können auch nicht auf ein reichhaltiges Angebot an Küchenutensilien und Zutaten zurückgreifen. Deshalb ist Manches nicht so optimal geworden, wie ich es mir gewünscht hätte. Ich kann nicht in die Schublade greifen um z.B. blättrige Mandeln hervorzuholen, diese anzurösten und über die Zucchinisuppe zu streuen. Auch die Cashewkerne für das Reisgericht fehlten und ich bediente mich der Haselnüsse, die eigentlich zum Füttern der Gartenvögel gedacht waren. So fiel die Garnitur der Gerichte nicht immer perfekt aus und auch die Dekoration auf den Fotos ist improvisiert.
Doch trotz dieser Nachteile waren bisher alle Gerichte aus der Solarkochkiste aromatisch und lecker, was sicher auch an der schonenden Garweise liegt.

Inzwischen benutzen wir die Solarkochkiste in unserem Hausgarten und so steht uns das Equipment einer modernen Küche zur Verfügung, um die Gerichte für die Kochkiste vorzubereiten.

Hier ein paar Rezepte

Birne Helene
Tag: 18. AUG
Zeit: 12:15 – 12:35 (20 min)
Wetter: dünne, hohe Bewölkung, Ci, 32°C
Temperatur: 65°C – 75°C

Zutaten:

4 Birnen
1 halbe Zimtstange
etwas Zucker
Vanilleeis
Vollmilchschokoladen-Kuvertüre

Zubereitung:

Die Birnen schälen und längs halbieren. In den Topf legen, etwas gezuckertes Wasser angießen und die halbe Zimtstange hinzufügen. Für 20 Minuten in die Gar-Koch-Kiste stellen. In den letzten 5 Minuten die Kuvertüre in einer Glas- oder Porzellanschale zu den Birnen in die Kiste stellen.

Gargekochte Birnen und weiche Kuvertüre herausnehmen. Je zwei Birnenhälften an zwei Kugeln Vanilleeis anrichten und mit Kuvertüre verzieren.

Bohnen – Tomaten-Suppe
Tag: 24. AUG
Zeit: 11:50 – 14:20 (150 min)

Wetter: dünne, hohe Bewölkung, Ci, bis 12:30, dann wolkenlos, 23°C

Temperatur: 74°C – 80°C (11:50 – 12:30) und 79°C – 86°C (12:30 – 14:20)

Zutaten:

700 g Tomaten
500 g Strauchbohnen
1 Zwiebel
1 Stange Porree
3 mittelgroße Kartoffeln
Petersilie, evtl. frisches Bohnenkraut
2 Essl. Öl
Salz, Pfeffer, 1 halber Liter Gemüsebrühe

Zubereitung:

Tomaten mit kochendem Wasser überbrühen, Stengelansätze entfernen und würfeln. Bohnen waschen und fädeln und in mundgerechte Stücke schneiden. Zwiebel schälen und fein hacken. Porree längs halbieren, waschen und in feine Scheiben schneiden. Kartoffeln schälen und würfeln.

Zwiebel in Öl im Koch-Kisten-Topf andünsten, Kartoffeln und Porree zufügen und kurz mitbraten. Gemüsebrühe angießen. Danach die Bohnen und Tomaten hinzufügen. Wer mag, kann auch etwas Bohnenkraut hinzufügen. Topf in die Solar-Koch-Kiste stellen.

Wenn die Bohnen weich genug sind, Suppe aus der Kiste nehmen und mit Salz, Pfeffer und Petersilie würzen. Sollte die Suppe zu flüssig sein, kann sie mit etwas Tomatenmark angedickt werden. Tipp: Bohnen sollten immer erst nach dem Garen gesalzen werden, da sie sonst nicht gar werden.

Gefüllte Paprikaschoten

Dieses Gericht haben wir an zwei Terminen zubereitet:

Tag: 01. AUG 29.AUG
Zeit: 15:15 – 17:00 (95 min) 10:00 – 13:50 (230 min)
Wetter: wolkenlos, 29°C leicht bewölkt, Cu, 2/8, 21°C
Temperatur: 79° – 87°C 65° – 80°C

Zutaten:

3 rote Paprikaschoten
200 g Reis
200 ml Gemüsebrühe
200 g Schafskäse
2 Zwiebeln
2 Knoblauchzehen
Olivenöl
frischer Thymian
300 g reife Tomaten
frisches Basilikum
Tomatenmark
Salz und Pfeffer

Zubereitung:

Den Reis in Gemüsebrühe kurz aufkochen. Zwiebeln und Knoblauch fein hacken und in einer Pfanne in etwas Olivenöl gar dünsten und die Hälfte beiseite stellen. Tomaten mit kochendem Wasser überbrühen, häuten und Stengelansätze entfernen. 2 Tomaten würfeln und mit der Hälfte der gedünsteten Zwiebeln und Knoblauch zum Reis geben. 100 g Schafskäse würfeln und ebenfalls unterheben. Reismasse mit Salz und Pfeffer würzen. Paprikaschoten waschen und einen Deckel abschneiden. Kerne und Seitenwände vorsichtig entfernen. Die so vorbereiteten Paprikaschoten mit Reismassen füllen, in den Garkochtopf stellen, Deckel auflegen und auf jede Schote eine Scheibe Schafskäse und einen Zweig Thymian legen. Restliche Tomaten vierteln und mit gedünsteten Zwiebeln und Knoblauchwürfeln vermischen und um die Paprikaschoten in den Topf geben. Topf schließen und in die Solar-Koch-Kiste stellen. Wenn die Paprikaschoten weich, aber noch bissfest sind, den Topf herausholen. Gehacktes Basilikum in die Soße geben und evlt. mit Tomatenmark etwas andicken. Gefüllte Paprikaschoten mit Soße und Salat servieren.

Kohlrabi-Möhren-Porree-Topf

Zutaten:

1 Stange Porree
4 Möhren
2 Kohlrabi
1 Zwiebel
250 g Quark
200 g Schmand
125 ml Sahne
2 Eier
150 g geriebener Emmentaler
1 Eßl. Öl
30 g Butter
1 Eßl. Sojasoße
Kräutersalz
Pfeffer
1 Bund Petersilie

Zubereitung:

Gemüse schälen, putzen und waschen. Porree in Ringe schneiden, Zwiebel hacken, Möhren und Kohlrabi in feine Scheiben schneiden.

Öl in eine Pfanne geben und den Porree und die Zwiebel ca. 10 Minuten darin dünsten.

Quark, Schmand Sahne und Eier verrühren und Porree unterheben. Mit Salz, Pfeffer und gehackter Petersilie abschmecken.

Möhren- und Kohlrabischeiben in Butter andünsten und mit Sojasoße, Salz und Pfeffer würzen.

Abwechselnd Porree-Quark-Mischung und Möhren-Kohlrabimasse in den Gartopf schichten. Mit geriebenem Emmentaler bestreuen.

In die Solar-Koch-Kiste stellen.

Reis – Napfkuchen mit Gemüse

Tag: 16.September
Zeit: 11:30 – 14:50
Wetter: wolkenlos; 18° – 21°
Temperatur in der Kochkiste: 60° – 88°

Zutaten:

400 g Reis
500 g Champignons
1 Zwiebel
50 g Cashew- oder Haselnüsse
1 Eßl. Sojasoße
Öl
1 Bund Frühlingszwiebeln
5 reife Tomaten
3 Eier
Schnittlauch, Petersilie

Für die Soße:

40 g Butter
40 g Mehl
50 ml Sahne
Knoblauch, Salz, Pfeffer, Tomatenmark, Paprikapulver

Zubereitung:

Zwiebeln fein würfeln, 200 g Champignons putzen und in Scheiben schneiden, Nüsse grob hacken. Öl in eine Pfanne geben und Zwiebeln darin glasig dünsten, Champignons hinzufügen und braun braten. Mit Salz, Pfeffer und Sojasoße würzen, die Nüsse und fein gehackte Petersilie untermischen.

Inzwischen den Reis in 500 ml gesalzenem Wasser aufkochen, vom Herd nehmen, gebratenen Champignons unterheben, 3 Eier dazu geben und verrühren. Evtl. nachwürzen.

Eine Napfkuchenform mit Butter gut einfetten. Reismischung einfüllen und die Form mit einem Topfdeckel aus Glas abdecken. Für ca. 2 Std. in die Gar-Koch-Kiste stellen.

Gedörrte Tomaten

Tag: 05. / 06. SEP
Zeit: 11:00 – 17:00 (6 Std.) und 13:30 – 17:30 (4 Std.)
Wetter: leicht bewölkt, Ci, ,Cu, 20°C – 22°C
Temperatur: 55°C – 70°C

Anmerkung: Um den für das Dörren nötigen Trocknungseffekt zu erreichen, empfiehlt es sich, die Abdeckscheibe einen Spalt weit zu öffnen, ca 1cm an einer Seite hat sich bewährt.

Zutaten:

1 Kilo reife Tomaten

Vorbereitung:

Tomaten waschen, Stengelansätze entfernen und in feine Scheiben schneiden. Diese auf einem Backblech oder einer Fettpfanne verteilen und für ca. 10 Stunden in die Solarkiste stellen.

Boskopäpfel gedörrt

Zutaten:

Etwa 2 Kilo Boskopäpfel (wem diese zu sauer sind kann jede beliebige Apfelsorte verwenden)

Vorbereitung:

Äpfel waschen und schälen. Das Kerngehäuse entfernen, Äpfel vierteln und in dünne Scheiben schneiden.

Ein Backblech oder eine Fettpfanne mit Apfelscheiben belegen und für ca. 10 Stunden in die Garkiste stellen.

Text und Fotos: © Xenia Marita Riebe

Rezepte:

Reis – Napfkuchen mit Gemüse

Gefüllte Papkikaschoten; vegetarisch

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