In der Wissenschaft wird fleißig gearbeitet und geforscht, jedoch braucht es ab und an auch einen klugen Gedanken. Denn wenn alle Berechnungen versagen ist dies nicht Zufall, sondern Unwissen.
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Unsere Politik setzt für die Zukunft auf regenerative Energien und bei diesen schwerpunktmäßig auf Wind- und Sonnenenergie. Darauf möchte ich hier heute nicht weiter eingehen, das werde ich in einem gesonderten Beitrag tun.
Zu den regenerativen Energien – also Energieträgern, die im Rahmen eines überschaubaren menschlichen Zeithorizontes praktisch in unerschöpflicher Menge zur Verfügung stehen – zählt auch die Schwer- oder Gravitationskraft. Mit dieser Kraft- und somit Energiequelle hat sich die Technik bisher schwer getan, was ihre Nutzung anbetrifft.
Jacques Curie (1856-1941, links) mit seinem Bruder Pierre Curie (1859-1906) und seinen Eltern Eugène Curie (1827-1910) und Sophie-Claire Depouilly (1832-1897)
Bereits im Jahr 1880 wurde von den Brüdern Jacques und Pierre Curie der Piezoeffekt entdeckt. Bei Versuchen mit kristallisierten Silikaten fanden sie heraus, das bei mechanischen Verformungen dieser Kristallstrukturen elektrische Ladungen entstehen, deren Menge sich proportional zur Beanspruchung verhält. Diese Entdeckung nennt man nach dem altgriechischen „piezein“ – drücken, pressen – Piezoeffekt und die daraus resultierende Energie wird als Piezoelektrizität bezeichnet.
Etwa siebzig Jahre folgten dieser Entdeckung jedoch keine praktischen Anwendungen. Erst mit der Erfindung des piezoelektrischen Ultraschallwandlers sowie mit dem Entstehen von Mikroelektronik und Informationstechnologien begann sich das zu ändern. Heute gibt es eine ganze Anzahl verschiedener piezoelektrischer Materialien, vorrangig mit kristalliner oder keramischer Struktur. Diese piezoelektrischen Bauelemente werden in vielen Branchen eingesetzt: Industrie und Fertigung, Automobilindustrie, Medizintechnik, Telekommunikation. Im Jahr 2010 erzielte der weltweite Markt für piezoelektrische Bauelemente einen Umsatz von rund 14,8 Milliarden US-Dollar. Alle Anwendungen hier aufzuführen, würde den Rahmen sprengen: dennoch ist der Piezoelektrik als Stromquelle für externe Verbraucher der Durchbruch bisher versagt geblieben.
Das beginnt sich seit etwa 2010 zu ändern. Zwar zählt die Piezoelektrizität auch zu den regenerativen Energiequellen, sie wird jedoch eher dem Forschungsgebiet Energy Harvesting (Energie-Ernte) zugeordnet. Dieser Begriff der Energieforschung beinhaltet Energie aus alltäglichen Quellen: Umgebungstemperaturen, Wärmeabstrahlung, Vibrationen, Luftströmungen, Licht, Temperaturänderungen, elektromagnetische Wellen sowie Gravitation und vieles mehr. Wenn man die Gravitation – also die Schwerkraft – gezielt auf technische System mit Piezoelementen leitet, so kann damit Strom erzeugt werden, der auch für externe Systeme genutzt werden kann.
Ein israelisches Unternehmen erzeugt mit dieser Technologie Strom, indem es fünf Zentimeter unterhalb der oberen Schicht des Straßenbelags Piezo-Generatoren einbaut. Diese können die Vibrationen des darüber rollenden Verkehrs in Strom umwandeln. In einem ersten kommerziellen Projekt stellt das Unternehmen die Technologie zur Beleuchtung von Straßenschildern auf der Autobahn zwischen Venedig und Triest zur Verfügung.
Der US-amerikanische Reifenhersteller Goodyear präsentierte auf der Automesse in Genf 2015 eine neue Generation von Reifen, die speziell für Elektroautos entwickelt wurden. Das Besondere an dem Reifen mit dem Namen BH03: Er nutzt den piezoelektrischen und den thermoelektrischen Effekt um zusätzlichen Strom zu erzeugen. Dabei ist der piezoelektrische Effekt, mit dem durch Druck zusätzlicher Strom erzeugt werden kann, nur während der Fahrt mit dem Elektroauto aktiv. Dank des thermoelektrischen Effekts kann der Reifen zudem sogar im Stand Strom erzeugen.
Selbst noch ganz andere, futuristisch erscheinende Ideen befinden sich mittlerweile in der Umsetzungsphase. Eine davon ist der Abu Dhabische Strömungswald. Genau 1203 gigantische, 55 Meter hohe Ruten aus Karbonfasern ragen dort in den Himmel und schaukeln sanft im Wind. Keine gewaltigen Betontürme, keine Rotoren und Turbinen werden dort benötigt, um den Wind einzufangen und in Elektroenergie umzuwandeln. Die in der Strömung schwingenden Ruten sind in ausgeklügelten Halterungen verankert, die mit piezoelektrischen Elementen versehen sind. So wird jede mechanische Schwingung in elektrischen Strom umgewandelt. Die riesigen Peitschen sind an ihren Spitzen mit bunten LEDs bestückt – je kräftiger der Wind sie schwingen lässt, je heller leuchten sie. In diesem futuristischen Wind-Ruten-Wald sind sogar Spaziergänge erlaubt und so ganz nebenbei soll auch Energie für etwa 5 000 Haushalte erzeugt werden.
Die jedoch wohl zukunftsträchtigste diesbezügliche Idee stammt aus den Niederlanden. Der Architekt Janjaap Ruijssenaaes hat eine neue Technik entwickelt, mit der sich im eigenen Haus nachhaltig kostenloser Strom erzeugen lässt. Ruijssenaars Mechanismus erzeugt Energie durch ein Gewicht, das sich in einem dauerhaften Ungleichgewicht befindet, und bietet damit eine Alternative zu Sonnen- und Windenergie. Das Patent für diese Technik ist bereits beantragt.
Ruijssenaars meint über seine Erfindung. „Ganz intuitiv dachte ich mir, Schwerkraft müsst doch etwas zu bieten haben, wenn man bedenkt, dass alles von der Erde angezogen wird. Indem ein Gewicht, das nur knapp ausbalanciert ist, mit geringem Kraftaufwand aus dem Gleichgewicht gebracht wird, lässt sich am unteren Ende an einem einzigen Punkt eine starke Kraft erzeugen. Die Idee war, dass sich damit etwas anfangen lassen müsste.“
Wissenschaftler bezeichnen diese Technik als Durchbruch, „weil sie dank der intelligenten Verwendung der Schwerkraft den Energieertrag aus der Piezo-Methode von 20 auf 80 Prozent steigern kann.“ Theo de Vries, Systemarchitekt und Dozent von der Universität von Twente meint zudem:“ Ruijssenaars hat die Methode buchstäblich auf den Kopf gestellt und uns als Wissenschaftler dadurch dazu gebracht, die Methode in einem neuen Licht zu betrachten. Dank dieser Erfindung wird alles, was derzeit als mechanische Energie angeboten wird, sich als nützlich erweisen.“
Professor Beatriz Noheda von der Reichsuniversität Groningen, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, ist fest davon überzeugt, dass die Erzeugung von Piezoelektrizität ein fester Bestandteil der Zukunft sein wird, und sagt, dass die Effizienzsteigerung höchst willkommen ist: „In Situationen, in denen der Einsatz von Solarmodulen nicht nachhaltig ist, können wir diese neue Technik einsetzen.“
Wenn Sie diesen Beitrag interessant finden, so erzählen Sie bitte anderen davon. Energy Harvesting hat nämlich keine breite Lobby. Die Energiekonzerne zeigen wenig Interesse, lassen solche Technologien aus alltäglichen Quellen doch keine Gewinne erwarten. Und auch die Politik hält sich sehr zurück, entfallen doch auf diese Weise Steuern und auch die Einflussnahme auf die Energieversorgung schwindet. Energieversorgung mit Energy Harvesting kann nur der Durchbruch gelingen, wenn die Verbraucher es durchsetzen. Wenn nicht, so werden wir noch auf lange Zeit bei der Energieversorgung fremdgesteuert bleiben.
Zwischen 1492 und 1504 unternahm der italienische Seefahrer in kastilischen Diensten Christoph Columbus vier Entdeckungsreisen. Er suchte eigentlich den westlichen Seeweg nach Indien und China, entdeckte jedoch zunächst die Inseln der Karibik und auf seiner letzten Reise den Mittel- und Südamerikanischen Kontinent. Dort auf dem Gebiet des heutigen Honduras gründete er erste Kolonien auf dem Festland, wie zuvor auch auf Hispaniola.
Zwischen den europäischen Seefahrer-Nationen entbrannte ein Wettrennen um neue Kolonien in Mittel- und Südamerika: Jeder wollte der Erste sein, kostete es was es wolle. Ein Resultat dieser Kolonialisierungsbestrebungen war das Einschleppen von europäischen Krankheiten und Seuchen auf den neuen Kontinent, wogegen die einheimische Bevölkerung keine Abwehrkräfte besaß: Es kam zu gewaltigen Epidemien, die große Bevölkerungsteile hinwegrafften.
Der gewaltige Reichtum Südamerikas veranlasste die europäischen Herrscher jedoch ständig neue Expeditionen auf die Reise zu schicken. Schwer beladen mit Gold, Silber, Edelsteinen und vielen anderen wertvollen Dingen kamen die Schiffe dann zurück nach Europa, wenn sie denn zurückkamen.
Francisco Pizarro, der Eroberer des Inkareichs in Peru. Ölgemälde eines unbekannten Meisters (um 1540)
Im Jahr 1532 landete der spanische Entdecker Francisco Pizarro als Erster an der Westküste Südamerikas. Von der peruanischen Küste aus marschierte Pizarro mit seinen Konquistadoren in das Land der Inka. Bereits einige Jahre zuvor wurden die Inka von für sie neuartigen Krankheiten (Pocken und Masern) heimgesucht, die sich über Mittelamerika nach Süden ausgebreitet hatten und massenhaft zum Tode führten.
Immer mehr europäische Invasoren kamen nach Südamerika und die Inka sowie andere südamerikanischen Völker waren den schwer bewaffneten Europäern nicht gewachsen: Sie mussten sich unterwerfen und gingen letztlich unter.
Jedoch waren die Inka und auch anderer südamerikanischen Völker und ethnologische Gruppen hochkultiviert und wiesen zudem einen hohen Organisationsgrad auf. Auch technisch und technologische hatten diese Völker vieles aufzuweisen, was uns bis heute Rätsel aufgibt. Entwicklungsgeschichtlich vergleicht man diese Völker gern mit den bronzezeitlichen Kulturen Eurasiens.
Für mein Verständnis hinkt dieser Vergleich jedoch recht stark. In unseren europäischen bronzezeitlichen Kulturen nahm die Sesshaftigkeit und damit die Feldwirtschaft erst ihren Anfang. Die Inka jedoch, die vergleichsweise gut erforscht sind, waren sowohl sesshaft, sie hatten zudem massive Steinbauten, Städte und Straßen, konnten bereits gut technisch und technologisch mit Metallen umgehen und sie verfügten über Terra preta.
Lange war die Wissenschaft – unsere westliche Wissenschaft – der Auffassung, die Hochkulturen Südamerikas, die Inka, Maya und Azteken und weitere Völker und Stämme, hatten ihre Städte und Wohngebiete nur auf den Hochebenen des Kontinentes. Im flachen, alles überwuchernden Urwald hingegen vermutete man kaum menschliche Lebensräume. Diese Annahme basierte wohl fast ausschließlich darauf, dass man kaum kulturelle Hinterlassenschaften im unendlichen und undurchdringlichen Dschungel fand und zudem der Auffassung war, dass der nährstoffarme Urwaldhumus keine Basis für Feldwirtschaft darstellte.
Dann jedoch viel der Wissenschaft im Jahr 1871 erstmals die Schwarzerde Amazoniens auf. Man dachte jedoch zunächst, dass es sich dabei um natürliche Humuserde handeln würde. Damals fehlten noch die notwendigen Analyseverfahren um diesem Geheimnis auf die Spur zu kommen. Seit einigen Jahrzehnten ist die Untersuchung der Terra preta – portugiesisch für „Schwarze Erde“ – dann zunehmend intensiviert worden. Heute wissen wir: Der Boden besteht aus einer Mischung von Holz- und Pflanzenkohle, menschlichen Fäkalien, Dung und Kompost, durchsetzt mit kleinen Tonscherben und gelegentlich auch mit Knochenresten sowie Fischgräten. Mit dieser Analyse wurde ersichtlich, dass Terra preta nicht natürlichen Ursprungs sein konnte, sondern von Menschen geschaffen worden war. Zugleich wurde ersichtlich, dass Terra preta kein menschliches Zufalls- oder Abfallprodukt sein konnte, sondern bewusst produziert und auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht wurde.
Trotz des Erkenntnis-Zuwachses blieb die Frage offen, woher die südamerikanischen Ureinwohner diese Technologie und das erforderliche Wissen hatten. Zudem musste die angenommene menschliche Siedlungsdichte in diesen Terra-preta-Gebieten wohl stark nach oben korrigiert werden.
Auch war da noch die Legende vom „El Dorado“, von prächtigen Städten mitten im Urwald, von einem Herrscher der in Goldstaub badete. Dieser Mythos wurde bereits zur Zeit der Entdecker geboren und hielt sich hartnäckig über die Jahrhunderte, obwohl bereits Alexander von Humboldt nach seiner Amazonas-Expedition vor über 200 Jahren verkündete: „Da ist nichts dran.“
Doch solche Mythen lassen sich weder verbieten noch unterliegen sie dem logischen Denken und Handeln der Menschen, die nun mal gern an Wunder glauben.
Es sollten noch über 200 Jahre vergehen, bis ein wissenschaftlicher Beweis erbracht werden konnte, der alle bisherigen Thesen zum Dschungel Südamerikas in Frage stellen konnte.
Erst vor wenigen Wochen publizierten wissenschaftliche Fachzeitschriften eine sensationelle Entdeckung. Auf einer Fläche mit dem Durchmesser von 250 Kilometern war ein Wissenschaftsteam einer hoch entwickelten altamerikanischen Kultur auf die Spur gekommen. Das entdeckte Dschungelreich liegt dort, wo der brasilianische Bundesstaat Acre an den äußersten Norden von Bolivien grenzt. Beim Abholzen des Regenwaldes für Rinderweiden gab der Boden seine Vergangenheit in reichem Maße Preis. Luftbildaufnahmen trugen dann zum weiterem Erkenntnisgewinn bei.
Es wurden eine Vielzahl von geometrischen Figuren auf dem Urwaldboden entdeckt. Man nennt diese nun zunächst Geoglyphen (Erdzeichen) – wie wir sie aus den Hochlagen der Anden kennen, sie uns jedoch bis heute nicht erklären können – bis weiterte Erkenntnisse vorliegen. Über 200 dieser geheimnisvollen, mächtigen Erdbauten wurden bereits entdeckt. Es sind große Kreis- oder Rechteckanlegen, die von bis zu elf Meter breiten und drei Meter tiefen Doppelgräben umgeben sind. 55 Meter breite Straßen, flankiert von turmähnlichen Aufschüttungen verbinden diese rätselhaften Hinterlassenschaften einer alten, unbekannten Kultur.
Inzwischen hat das interdisziplinäre Forscherteam um Renzi und Pärssinen Reste von Hütten, Palisaden sowie Keramikscherben und von Menschenhand gefertigte Holzkohle gefunden; zudem wurden Vorrats- und Abfallgruben entdeckt. Es waren also keine Außerirdischen, die jene geheimnisvollen Erdbauten erreichtet haben, sondern Menschen. Damit jedoch endet der derzeitige Erkenntnis-Prozess.
Oder doch nicht ganz?! Organische Materialien können der Wissenschaft Auskunft über deren Alter geben. Es konnte ermittelt werden, dass diese Hinterlassenschaften zwischen 650 und 3.500 Jahre alt waren und die Siedlungen wohl schon vor dem Eintreffen der ersten Entdecker aufgegeben worden waren.
Und letztlich kommen wir wieder auf Terra preta zurück. Neuste wissenschaftliche Schätzungen sagen aus, dass dieser Kunsthumus im Amazonasgebiet auf etwa 10 Prozent der Fläche zu finden ist – so auch im Gebiet der Erdbauten von Acre.
Archäologen und andere Wissenschaftler, wie Bodenkundler, sehen in der Terra preta schon seit langem einen bedeutenden Baustein für die Hochkultur der Inka, Maya und Azteken.
Die schwarze Erde „Terra Preta“ hat zwei bedeutende Eigenschaften im Hinblick auf die Bodenfruchtbarkeit. Wesentlich dafür ist die Speicherfähigkeit von Nährstoffen, die wiederum vom Kohlenstoffgehalt stark beeinflusst wird. Terra preta ist in der Lage doppelt so viel Stickstoff und sogar viermal soviel Phosphor speichern wie der natürliche Urwaldhumus. Daneben enthält sie im Durchschnitt 250 t/ha organischen Kohlenstoff und 50 t/ha Pflanzenkohle, entsprechend dreimal mehr, bzw. siebzigmal mehr als umliegende, natürliche Bodentypen.
Doch wie kamen die südamerikanischen Ureinwohner zu diesen Erkenntnissen und wie kamen sie zu ihrer Technologie der Herstellung von Terra preta? Fragen über Fragen und keine erschöpfenden Antworten.
Heute wissen wir, wie Terra preta künstlich produziert werden kann. Ob dieses „Biokohleprodukt“, das in Deutschland von Joachim Böttcher unter dem Namen „Palaterra“ hergestellt und verkauft wird, mit der Terra preta aus dem Amazonasgebiet verglichen werden kann, ist jedoch strittig. Dennoch sind die Anbauresultate von dieser Schwarzerde beeindruckend und eröffnen ganz neue Horizonte, um Nahrungsmangel auf unserem Planeten für immer zu verbannen. Die moderne Wissenschaft vermag sehr viel.
Terra preta ist ein Produkt tropischen Klimas, das einen langwierigen Prozess durchläuft und dessen einzelne Entstehungskomponenten nicht mit denen in Deutschland und Europa vergleichbar sind. Dennoch sind die Aktivitäten in zahlreichen Ländern Terra preta neu zu erfinden und damit die Landwirtschaft zu revolutionieren wohl ein prägnantes Zukunftsthema.
