Wasserstoff - Metallischer Wasserstoff - Silane - Ethanol - Plasma - Elektrizität
Die Öl-Reserven sind erschöpft. Was jetzt?
Muskelkraft
Eine Boeing 747, besetzt mit 300 Insassen, die alle nach dem Takt des Pursers kräftig in die Pedalen treten, mittels Muskelkraft in die Luft zu bekommen, wird wohl nicht funktionieren.
Alternative Energieträger und Antriebe sind also gefragt. Und zwar solche, die bei geringem Eigengewicht und sicherem Handling, ausreichend Energie zur Erzeugung der Vortriebs- und Auftriebskräfte entwickeln.
Wasserstoff
Eine Alternative wäre Wasserstoff, ein hochexplosives Gas, welches als Verbrennungsrückstand Wasser liefert. In Verbrennungskraftmaschinen entstehen zu dem Stickoxide, jedoch mit deutlich geringerem Anteil als bei konventionellen Kraftstoffen. Schon heute dient Wasserstoff als Energieträger für Raketenantriebe. Die Erprobung in der Luftfahrt beginnt jedoch erst. Seine Herstellung ist relativ einfach. Das Problem bei der Anwendung sind jedoch seine Reaktionsfreudigkeit mit Sauerstoff und seine Speicherung als komprimiertes Gas. Um eine hohe Sicherheit zu gewährleisten, ist hoher Aufwand erforderlich. Der jedoch durch intensive Forschung realisierbar erscheint.
Metallischer Wasserstoff
Eine weitere Möglichkeit wäre, Wasserstoff unter hohem Druck und hohen Temperaturen in den sogenannten Metallischen Wasserstoff umzuwandeln, ähnlich wie Kohlenstoff in Diamant. Metallischer Wasserstoff wäre sicher in seiner Handhabung und würde aufgrund seiner hohen Dichte eine wesentlich höhere Energieausbeute liefern. Jedoch ist die Wissenschaft noch weit davon entfernt, diese Art von Wasserstoff auch nur für Versuchzwecke darzustellen.
Silane
Silane sind Silizium-Wasserstoffverbindungen, die unter hohem Aufwand hergestellt werden könnten. Der Vorteil liegt in der Energieausbeute und in der sicheren Handhabung höherer flüssiger Silane. Während die heutzutage verwendeten Kohlenwasserstoffe lediglich mit Sauerstoff reagieren, würde das Silizium auch mit dem in der Atmosphäre vorhandenen Stickstoff eine exotherme Reaktion ermöglichen. Das Problem dabei ist jedoch, dass die Reaktionsprodukte zum Teil keine gasförmigen sondern feste Stoffe sind, die es zu sammeln und zu entsorgen gilt. Letzteres würde erhebliche Anforderungen an neuartige Triebwerke stellen.
Ein wichtiger Punkt gilt für alle drei vorgenannten Möglichkeiten. Die Ausgangsstoffe Wasserstoff und Siliziumoxid sind in ausreichenden Mengen verfügbar. So hat Wasserstoff 75 Prozent Massenanteil am Weltall und Silizium 26 Prozent Massenanteil an der Erdhülle.
Kohlenwasserstoffe
Analog der Herstellung von Silanen ergäbe sich vielleicht eine weitere Möglichkeit, nämlich die künstliche Herstellung von den bislang verwendeten Kohlenwasserstoffen. Dies hätte den Vorteil, dass bestehende Antriebe weiter genutzt würden und nur die Technologie zur Treibstoffherstellung geschaffen werden müsste.
Ethanol
Ethanol (Schnaps) ist leicht herstellbar, wird jedoch trotz seiner guten Verträglicheit und 5 Prozent höheren Energieausbeute bislang nur zögerlich in Verbrennungsmotoren eingesetzt. Während in Brasilien Kraftfahrzeuge und Kleinflugzeuge mit bis zu 100 Volumenprozent Ethanol (E100) betrieben werden, beträgt der Ethanol-Anteil an den in Deutschland verwendeten Kraftstoffen gerade 2 Volumenprozent (E2). Hier gibt es also noch Reserven.
Alle oben angeführten Möglichkeiten haben eines gemeinsam. Sie nutzen alle die bei einer exothermen Reaktion entstehende Wärme, sind also nicht wirklich bahnbrechende Neuerungen.
Wichtig ist jedoch nur, dass Energie - in welcher Form auch immer - in Schub und Auftrieb umgewandelt wird. Interessant wären Betrachtungen von Alternativen zu Wärmekraftmaschinen.
Elektrizität
Elektrizität zum Beispiel kam bislang nicht zum Zuge, weil deren Speicherung noch zu aufwändig ist und die Speicher für die Luftfahrt zu gross und zu schwer sind. Da jedoch bei heutigen Mantelstromtriebwerken rund 80 Prozent des Schubes durch die Fans erreicht werden, wäre es künftig vielleicht denkbar, bei Weiterentwicklung der Brennstoffzellen ein Mantelstromtriebwerk nicht durch eine Turbine sondern direkt durch Elektromotoren anzutreiben.
Plasma
Weg von bewegenden Teilen könnte ein weiterer Weg sein. Plasma ist ionisiertes Gas, welches mittels Magnetfelder heute schon in einem definierten Raum gehalten wird (Fusionsreaktor). Wer verbietet eigentlich ein Plasma mittels Magnetfelder - ähnlich in Teilchenbeschleunigern - die nötige Geschwindigkeit für einen vernünftigen Impuls zu verleihen (Impuls = Masse x Geschwindigkeit)? Der Effekt wäre nicht nur ausserordentlich leise Triebwerke oder höhere Geschwindigkeiten sondern ebenfalls ein wesentlich höherer Wirkungsgrad, da Reibungsverluste nahezu ausgeschlossen sind und die Energie nicht mehrfach umgewandelt wird. Ein Beispiel, dass das Prinzip funktioniert, sind Ramjets (Staustrahltriebwerke). Nur wird hier das Gas im Moment nicht über Magnetfelder beschleunigt sondern noch mittels Verbrennung. Btw., die Ionosphäre erstreckt sich zwischen 50 und 500 Kilometer Höhe.
Weitere Vorschläge? ;)
Foto: NASA (X-43A mit Ramjets)
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