Selber denken macht schlau: Um diese Welt im Alltag zu verstehen, kann man blind glauben, was andere sagen, oder das eigene Hirn einschalten

Von Andreas Götz

Die meisten Menschen sind sehr dumm, uninteressiert und gleichgültig. Dieses Buch hilft Ihnen, das Denken anzuregen, mit offenen Augen durchs Leben zu gehen, einen Überblick über verschiedene Alltagsthemen und Lebensbereiche zu gewinnen, Zusammenhänge zu erkennen und einige Aha-Erlebnisse zu generieren. Trainieren Sie ihren gesunden Menschenverstand, glauben Sie nicht anderen, denken Sie selber! Erfahren Sie nebenbei, warum ihr Auto Energie verschwendet, wo Strom herkommt, warum das MHD gigantische Müllberge verursacht, welche Tierquälerei hinter einem Schnitzel steht, warum Elektronen keine Gefühle haben und vieles mehr.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: tredition
• Erscheinungsdatum: 27. Juli 2015
• ISBN: 9783732353262

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Automobil

Der Deutschen liebstes Kind und dessen Betrieb sind eine riesige Verschwendung von Material und Energie. Die modernen Autos sind doch angeblich so sparsam wie noch nie. Glauben Sie nicht alles, prüfen Sie es nach! Denken Sie! Gehen Sie mal in ein Automuseum, es hat sich am technologischen Fortschritt in den letzten 100 Jahren nichts getan. Die Karren wogen und wiegen 1 bis 2 Tonnen, verbrauchen 5 bis 15 Liter, werden mit Erdöl angetrieben, haben keine Rückgewinnung der Bremsenergie und bieten noch immer die gleiche geringe Reisegeschwindigkeit (30 in der Stadt, 50 bis 70 über Land). Wo sind die angeblichen Fortschritte?

Der Motorenwirkungsgrad ist heute tatsächlich besser (20 - 35 % Benzin, 20 - 40 % Diesel, bis 50 % Großdiesel in Kraftwerken und Schiffen, jeweils im Bestpunkt), aber viele moderne Zusatzverbraucher machen das wieder zunichte. Das sind Servounterstützung (Lenkung, Bremse), Beleuchtung, Heizungen, Klimaanlagen, Überwachungssysteme, Multimedia und elektrisch betriebene Stellmotoren. Leichtbau ist nur ein wohlklingendes Modewort.

Es ist auch ein Unterschied zwischen Brauchen und Verbrauchen zu sehen, ein Auto braucht Benzin zum Fahren, verbraucht aber auch große Mengen davon im Stehen und bergab! Außerdem geht der Trend zu immer größeren und stärker motorisierten Autos. Doch wie viel Motor braucht denn nun ein Auto, 30, 50, 100 oder gar 500 PS? Weiter unten kommt ein Rechenbeispiel dazu. Abgesehen davon, weiß der Durchschnittsdeutsche gar nicht, was ein PS überhaupt ist. Wer glaubt, sein Motor bringe die angegebene Leistung, wenn er nur eifrig mit dem Gaspedal getreten wird, der irrt sich gewaltig. Es gibt sogar Zeitgenossen, die glauben, ihr Auto hätte konstant immer die angegebene Leistung. Andere wiederum glauben, ein Motor muss stets hochtourig laufen, damit er das Auto ziehen kann, auch auf gerader Strecke, die fahren immer mit Bleifuß in kleinen Gängen. Wieder andere glauben, man müsse stets mit eigelegtem Gang ein Gefälle hinunter fahren, können dies auf Nachfrage aber nicht begründen. Noch was für die PS-Gläubigen unter Ihnen: Ein Bugatti Veyron 16.4 hat 1200 PS (883 kW), und beschleunigt die 1888 kg schwere Karre in 2,5 s von Null auf Hundert. Das ist eine tatsächliche Leistung von 291 kW, also nur ein Drittel der angegebenen Leistung. Diesen Menschen ermangelt es an physikalischen Kenntnissen auf Grundschulniveau, die haben ihr Hirn sicher noch nie eingeschaltet. Simple Physik desillusioniert eben nicht nur Irrgläubige, sondern auch stolze PS-Fuzzis. Müsste ein Automotor tatsächlich das leisten, was drauf steht, wäre er spätestens nach wenigen Hundert Stunden kaputt. Ein Autoleben wird aber meist durch Korrosion beendet, nicht durch Motortod. 250000 km bei einer angenommenen Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 km/h ergibt 5000 Betriebsstunden plus 1000 Stunden im Standgas. Das überlebt der Motor nur, weil er ständig nur im fast Leerlauf betrieben wird.

Was ist mit Elektroautos? Kurz gesagt, die sind nichts Besseres. Der Weg vom Primärenergieträger, über die vielen verlustbehafteten Zwischenstufen, über den Akku bis in die Räder ist weit und teuer. Deren Ökorucksack wiegt genau so schwer. Zudem sind sie kostenintensiv und haben nur eine stadttaugliche Reichweite. Wo der Strom aus der Steckdose herkommt, ist für die Umweltfreundlichkeit entscheidend, fast alle Stromtankstellen hängen am öffentlichen Netz. Elektroautos sind energetisch vergleichbar mit historischen Kohledampfloks, nur mit dem Unterschied, dass mithilfe der langen Leitung der Dreck und Gestank in unsichtbare Ferne und somit aus dem Bewusstsein rückt. Nicht einfach die Grün-Öko-Bio-Sülze glauben, denken! Die Wirkungsgrade sollen hier mal grob geschätzt werden, Kohlekraftwerk abzüglich Eigenverbrauch 25 %, Leitung und Trafos 85 %, Ladegerät 90 %, Rückgewinnung Akku 60 %, Fahrtregler und Nebenverbraucher 80 %, Motor und Antriebsstrang 75 %, somit η = 0,25 * 0,85 * 0,9 * 0,6 * 0,8 * 0,75 = 0,0689. Von der hineingesteckten Kohle-Energie kommen beim Elektroauto nicht mal 7 % auf der Straße an. Der Verbrennungsmotorantrieb ist dem stets überlegen. Sie können gerne andere Zahlen abschätzen, es wird aber immer nur wenig übrig bleiben. So, und jetzt gehen Sie mal in ein Eisenbahnmuseum!

Technik

Woher kommen diese Behauptungen? Dazu muss man zunächst wissen, wie ein Auto funktioniert. Aus der Verbrennungswärme des Kraftstoffs wird kinetische Energie gewonnen (Rotation der Kurbelwelle), je nach Motor und Betriebszustand sind das bestenfalls die obigen Zahlen, der Rest geht etwa zu gleichen Teilen als Abwärme ins Abgas und ins Kühlwasser. Der Motor allein nützt nichts, es braucht ein Getriebe und Antriebsgestänge. Eine Zahnradgetriebestufe hat einen Wirkungsgrad von 94 - 99 %. Der Fahrwiderstand der Räder durch Rollreibung wird meist mit 1 - 2 % bei schneller Geschwindigkeit geschätzt und ist ungefähr linear geschwindigkeitsabhängig, der Großteil hier ist Walkarbeit, das Warmkneten des Reifens. Die Stromerzeugung läuft über Keilriemen und Lichtmaschine direkt am Motor. Der Riemen hat Umform- und Reibverluste, er wird über mehrere Rollen geführt, ein Wirkungsgrad von 70 - 80 % erscheint plausibel. Die Lichtmaschine ist bei Autos auch nicht wirkungsgradoptimiert, hier sind bestenfalls 80 % denkbar.

Soweit die Grundlagen, jetzt kommt etwas Physik ins Spiel, um den Energieverbrauch des Autos anschaulich zu machen. Wir wollen mit einem PKW 120 km/h auf gerader Autobahn fahren, dazu noch einige Annahmen: unser gedachter PKW hat eine Masse von 1,2 t, verbraucht 8 l/100 km, hat eine Stirnfläche von 1,8 m², der Brennwert von Benzin sei 35 MJ/l, die Luftdichte sei 1,3 kg/m³ und er habe einen cw-Wert von 0,3.

Zeit für 100 km:

Primärleistung (Verheizen von Benzin):

Luftwiderstand:

Rollwiderstand:

Fahrwiderstand:

Fahrleistung:

Antriebswirkungsgrad:

Der Motor selber muss noch etwas mehr leisten, da noch Getriebe- und Riemenverluste hinzu kommen. Mit angenommen 5 Stufen bei 95 % kommt man auf , entsprechend 26 % Motorenwirkungsgrad, was sehr plausibel klingt. Bei 50 km/h, zum Vergleich, nehmen wir einen Rollwiderstand von 0,7 % an, für den Luftwiderstand das (50/120)² = 0,1736fache, somit 82,4 N + 67,5 N = 149,9 N. Daraus ergibt sich eine Fahrleistung von 2082 W.

Neuere Autos haben eine Verbrauchsanzeige. Bringt man einen warmgefahrenen Motor durch gefühlvolles Gasgeben im Stand auf die Drehzahl, die er bei 120 km/h hat, zeigt der Verbrauch etwa 3,1 l/h. Daraus ergibt sich mit , davon 26 % sind 7,8 kW. Das ist also die mechanische Leistung, die nötig ist, nur um den Motor zu drehen.

Nochmal zusammengefasst: man muss, um 120 km/h zu fahren, 93 kW an Benzin verheizen, davon sind 30 kW nötig, nur damit der Motor sich dreht, um letztendlich 19 kW auf die Straße zu bringen, das sind 25 PS und ist weit weg von den Werten, mit denen sich ach so stolze Wagenlenker brüsten. Fährt man nur 50 km/h, reichen für den Antrieb 2 kW (2,8 PS).

So ein Autoantrieb ist eine 74 kW-Heizung, das reicht vergleichsweise für die Heizung von 10 Einfamilienhäusern, oder entspricht dem Grundumsatz von 1000 Erwachsenen Menschen - ein einzelnes Auto wohlgemerkt. Nur zum Vergleich: Selbsternannte Energiesparer kaufen sich einen neuen Kühlschrank, der beispielsweise 100 kWh im Jahr weniger Strom verbraucht. Wir vergleichen das mal mit dem Autoverbrauch, angenommen werden 15000 km bei 8 Litern Verbrauch und 30 % Kraftwerkswirkungsgrad, dann entspricht die Einsparung an primärer Energie (Verbrennung) für den Kühlschrank knapp 2,9 % der Energie, die das Auto verbraucht. Wer also Energie sparen will, ist beim Kühlschrank an der falschen Adresse.

Zurück zum Auto: Tagfahrlicht, wenn die Sonne scheint, kostet ja angeblich nichts und ist in einigen Ländern sogar Vorschrift. Mehr Sicherheit bringt es jedenfalls nicht, es bumst genauso oft. Was nützt schon das Licht am Rad, wenn hinter dem Lenker keine Leuchte, sondern nur Gelichter sitzt? Ihre Festbeleuchtung wird von den anderen sowieso kaum bemerkt, da die alle, statt auf die Straße, nur auf ihr Handy glotzen. Die Scheinwerfer vorn benötigen 2 x 55 W, hinten 2 x 21 W, Kennzeichen 10 W, diverse Kleinlampen 20 W, Armaturenbrett 20 W, das sind etwa 200 W. Wir verbrauchen dazu Benzin, mit Motorwirkungsgrad, Riemenverlusten und Lichtmaschine ergibt sich geschätzt η = 0,26 * 0,75 * 0,7 = 0,136 = 13,6 % elektrische Energie, d.h. 1471 W an Benzin müssen verheizt werden, Umgerechnet auf eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 km/h sind das gut 0,3 l/100 km. Nur eine Stunde Lichtfahrt täglich summiert sich nach 15 Jahren (Lebenszeit des Autos) auf 830 Liter zusätzliches Benzin. Ist das nichts?

Klimaanlagen sind absolute Energieverschwendung. Ein Auto erwärmt sich per Glashauseffekt. Wird es innen zu warm, öffnet der Gärtner ein Fenster seines Glashauses, der Autofahrer ist dafür zu doof und schaltet stattdessen die Klimaanlage ein. Meist laufen diese am Keilriemen mit oder werden elektrisch betrieben. Ein guter Wirkungsgrad ist bei Autoanlagen nicht zu erwarten, hier liegt der Fokus auf Leistung und schneller Verfügbarkeit. Eine Leistungszahl von 2 scheint plausibel, d.h. für den Transport von zwei Wärmeeinheiten wird eine Energieeinheit in den Antrieb gesteckt. Die meisten Anlagen fördern Wärmeströme von 5 bis 10 kW, es muss also die Hälfte davon als Antriebsleitung aufgewandt werden. Bei 25 % Motorwirkungsgrad und weiteren Übertragungsverlusten müssen etwa 30 kW an Benzin verheizt werden, um nur ein Drittel dieser Leistung an Wärme zu transportieren. Omas Uraltkühlschrank kann das besser. Was kaum bekannt ist: im Automatikmodus laufen die Anlagen ab 3°C Außentemperatur ständig mit, glücklicherweise nicht auf Vollleistung. Dies dient der Vortrocknung der Frischluft, um ein Beschlagen der Scheiben zu verringern. Die Luft wird also erst gekühlt, dabei entfeuchtet, danach geheizt und eingeblasen. Der Nutzen dieser Methodik ist gering, da kalte Luft sowieso schon relativ (absolute Feuchte) trocken ist und bei höheren Temperaturen (zweistellige Werte) die Scheiben sowieso kaum beschlagen.

Zum gesundheitlichen Aspekt ist zu erwähnen, dass sich viele Anwender über Verspannungen und Erkältungssymptome beklagen. Das ist klar, weil die Anlagen meist viel zu kalt eingestellt sind und durch die Strömung bestimmte Körperpartien unterkühlt werden. Die Wohlfühltemperatur des Menschen liegt meist bei 30 bis 35 °C. Was denken Sie, warum Sie Kleidung tragen? Stecken Sie doch einfach mal ein Thermometer unter die Kleidung, wenn Sie das nicht glauben. Wie oft haben wir hierzulande schon Temperaturen über 35 °C? Eine Heizung ist nötiger als eine Kühlung. Es gibt sogar Zeitgenossen, die mit dicken Pullis und Schals bei eingeschalteter Klimaanlage fahren, diesen Dumpfbacken sei gesagt: einfach mal abschalten.

Das Öffnen der Fenster verschlechtert den Luftwiderstand nur minimal, ersetzt aber eine Klimaanlage vollständig. Der cw-Wert verschlechtert sich maximal um wenige Prozent, da der Großteil des Luftwiderstands durch das Wegdrängen großer Luftmassen (vom Staudruck) herrührt, worauf der Fensterspalt keinen Einfluss nimmt. Die Hersteller von Klimaanlagen argumentieren natürlich mit schöngerechneten Zahlen in die andere Richtung.

Die Rückgewinnung von Bremsenergie bringt doch nichts, das bisschen Schwung, oder etwa nicht? Es ist ebenso eine gigantische Energieverschwendung. Bremsen wir mal unser Beispielauto von 100 km/h auf Null, zur Vereinfachung nehmen wir nur die translatorische Komponente, durch die Rotation der Räder ist die Energie etwas mehr, durch den Luftwiderstand etwas weniger. Die Bewegungsenergie ist

. Mit der Bremswärme könnte man 1,3 Liter Wasser um 86 Grad erwärmen, d.h. eine große Kanne Kaffee kochen! Viel häufiger werden Autos von Ampeln in der Stadt ausgebremst, von 50 km/h auf Null ist es ein Viertel der Energie . Jeder Ampelstopp kostet die Energie für eine sehr große Tasse (325 ml) Kaffee oder Tee, nur das Bremsen. Mindestens das Vier- bis Fünffache davon muss an Benzin investiert werden (Motorwirkungsgrad). Also nochmal: jede rote Ampel innerorts schlägt zu Buche mit so viel Benzin, wie ein Campingkocher für eine Kanne Tee oder Kaffee benötigt! Jetzt überlegen Sie mal, wie viele Autos täglich an wie vielen Ampeln wie oft ausgebremst werden…

Na, … dämmert’s?

Leider sind die verfügbaren Hybridautos zwar ein Schritt zur richtigen Technologie, aber nur sehr halbherzig umgesetzt. Es geht hier nicht ums Benzinsparen, sondern nur um die werbewirksame Einführung eines neuen Antriebskonzepts. Mit heute vorhandener Technik ist es kein Problem, den Verbrauch eines Normalautos unter drei Litern zu halten. Es ist aber nicht gewollt, derart sparsame Fahrzeuge zu bauen, diese würden auch kaum gekauft. Der Benzinpreis ist viel zu niedrig. Deshalb geht der Trend zu SUVs und ähnlichen Potenzprothesen.

Das Profil eines Reifens muss möglichst hoch sein - aha! Der Grip des Reifens resultiert zum einen aus der Mikroverzahnung winziger Unebenheiten und zum anderen aus molekularen Waals-Kräften. Gummi hält daher gut auf Asphalt, aber nur da wo auch Gummi ist, die Luft zwischen den Stollen können Sie getrost vergessen, und ein profilloser Reifen wäre die beste Lösung. Aber - gelegentlich regnet es. Das Wasser behindert die Bodenhaftung und wirkt wie ein Gleitmittel, der Bremsweg verlängert sich erheblich. Das glaubt und bedenkt der Durchschnittsdoofi nicht, fährt nicht langsamer und hält zu wenig Abstand, bei Nässe und Schnee bumst es entsprechend öfters. Das Profil dient also nicht dem coolen Aussehen des Autos, es ist eine Lösung für die dringende Notwendigkeit, das Wasser möglichst schnell zur Seite zu befördern. Je breiter der Reifen, um so größer die Wassermenge und so länger der Weg bis zum Rand, um so größer müssen die Wasserkanäle sein. Generell verbraucht ein Breitreifen mehr Motorleistung fürs Wasserverspritzen als ein schmaler, hat weniger Auflagedruck und erhöht die Aquaplaninggefahr im abgenutzten Zustand stärker. Ein abgefahrener Schmalreifen kann deshalb sicherer sein als ein mittelalter Breitreifen, auch wenn das die Hersteller nicht zugeben (die breiten bringen mehr Geld ein). Viele glauben, auf Schnee braucht man besonders hohes Profil, das sich tief im Schnee eingräbt und wie ein Zahnrad Halt gibt. Dem ist nicht so, nur auf den untersten 0,5 - 1 mm werden nennenswerte Scherkräfte übertragen, alles darüber ist nur schneegefüllter Hohlraum. Auf Schnee muss man die Kraft auf viele kleine Füßchen verteilen weil bei zu großem Druck der Schnee schlagartig nachgibt und das Rad rutscht. Die Stollen von Winterreifen sind deshalb in viele Teilstollen unterteilt. In die kleinen Lamellen verhakt sich im untersten Millimeter etwas Schnee, der einen Teil der Kraft übertragen kann. Verbessert wird dieser Effekt durch die weichere Gummimischung. Die Wirksamkeit dieser „Kleinfüßigkeit" durch Stollenverformung ist aber nur gegeben, wenn genügend Profiltiefe bzw. Verformbarkeit vorhanden ist, deshalb ist die vorgeschriebene Mindestprofiltiefe bei Winterreifen höher. Übrigens, das grobstollige Antriebsprofil eines Traktorreifens verhakt sich tatsächlich besser im Boden, der Effekt ist aber nicht zu überschätzen, die Zugkraft beim Traktor wird hauptsächlich durch die große Aufstandsfläche ermöglicht. Deshalb sind die Antriebsräder so groß, kleine Räder mit Grobstollenprofil würden nur durchdrehen und sich eingraben. Das gleiche gilt auch für Allradantriebe oder Geländewagen, die stecken im weichen Untergrund schnell fest und graben sich trotz gut profilierten Reifen ein, deren Räder sind einfach zu klein. Ein erfahrener Förster ist deshalb fast immer nur auf befestigten Wegen unterwegs. Den besten Grip haben allerdings Kettenfahrzeuge.

Übrigens, Muskeln haben einen Wirkungsgrad um die 20 %, abhängig von Bewegungsweise und Training, 80 % sind Abwärme. Ein untrainierter Mensch kann dauerhaft um die 50 W strampeln, 100 W sind anstrengend und nur ein paar Minuten zu ertragen. Sie essen eine Tüte Chips mit 4500 kJ und wollen eine Radtour machen. Wie weit kommen Sie mit dieser Kalorienbombe? Zur Verdauung und Aufbereitung geht einiges drauf, etliche biochemische Reaktionen laufen mit chemischen oder elektrischen Gradienten, viele ATP-getrieben, es müssen Membranpotentiale gehalten, Enzyme bereitgestellt, Transportvorgänge und vielfältigste Umwandlungen vorgenommen werden. Nehmen wir an, dass die Hälfte der zugeführten Energie zur Lebenserhaltung dient und die zweite Hälfte zum Strampeln. Bei einem Fünftel Wirkungsgrad stehen somit 460 kJ zur Bewegung zur Verfügung. Bei zügigem Radfahren (50 W) reicht das für gut 2 1/2 Stunden, bei gemütlicher Fahrt entsprechend länger. Planen Sie also auf einer Radtour einen Gaststättenbesuch ein oder nehmen Sie etwas Picknick mit,