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Geladene Ironie

Juli 24, 2019 Aktuelles, IT, Lifestyle, Meinung, Society, Uncategorized, Welt No Comments

Der ganz normale Wahnsinn

Vor gerade einmal einem halben Jahrhundert erschien es den Menschen noch unmöglich, wie in einem Science-Fiction-Film ständig mittels Gerätschaften, die nur wenige Gramm auf die Waage bringen und in der Größenordnung eines kleinen Notizbüchleins liegen, Kontakt zu Menschen auf der anderen Seite des Planeten aufzunehmen, ohne dabei auf Technik mit den Ausmaßen einer Kaffeemaschine zurückgreife zu müssen. Im Bereich der Telekommunikation scheint sich der Mensch enorm weiter entwickelt zu haben.

Quelle: https://images.pexels.com/photos/714700/pexels-photo-714700.jpeg?auto=compress&cs=tinysrgb&dpr=2&h=750&w=1260

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Andererseits bedient man sich aber auch heute noch Erfindungen aus längst vergangenen Zeiten. Man wird es kaum glauben, aber, als das Automobil vor mehr als hundert Jahren noch in den Kinderschuhen steckte, gab es noch keine Probleme bezüglich mit Diesel betriebenen Kraftfahrzeugen. Das geht darauf zurück, dass der Verbrennungsmotor damals noch, im Gegensatz zu heute, ein eindeutiges Nischendasein führte, während hauptsächlich auf Pferdekutschen, von der besser betuchten Gesellschaft vorwiegend auf Elektroautos, gesetzt wurde, gleichsam aber der städtische Nahverkehr zumeist mit Elektrizität betrieben wurde. Dieser Trend aus den USA ist seit einigen Jahren auch zunehmend in Europa erkennbar, wobei bald alle nennenswerten Automobilbauer rein-elektronische oder wenigstens hybride Fahrzeuge in ihre Produktpalette aufgenommen haben werden. Dabei herrscht allerdings der allgemein verbreitete Irrglaube, derartige Fortbewegungsmittel würden einen erheblichen Beitrag zum globalen Umweltschutz leisten. Das Revolutionäre ist dabei in erster Linie, dass die Gerätschaften den Strom speichern können, sodass das jeweilige Gerät ohne kontinuierliche Stromversorgung auskommen kann, was für jeden von uns mittlerweile selbstverständlich ist. Das betrifft die meisten Käufer von mit Akkus betriebenen Produkten aller Art, sei es ein Handy, ein Laptop oder gar  Elektroauto, wie sie von Tesla oder dergleichen mit dem Versprechen der 100-prozentigen Emissionslosigkeit umworben werden. Denn natürlich kann hiervon nur gesprochen werde, wenn der verbrauchte Strom nachweislich mit Hilfe von erneuerbaren Energieformen, wie Wind- oder Wasserkraft sowie Sonnenenergie gewonnen wird. Ein relativ preiswertes Bauteil für die Konzerne ist in 90% der Fälle der sogenannte Lithium-Ionen-Akkumulator. Um diesen und die Frage, warum er nicht die optimale beziehungsweise endgültige Lösung für die heutigen und noch bevorstehenden Umweltprobleme sein kann, soll es auch in diesem Artikel gehen.

 

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6d/Tesla_Model_S_%28Facelift_ab_04-2016%29.jpg/1280px-Tesla_Model_S_%28Facelift_ab_04-2016%29.jpg

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Der Lithium-Ionen-Akkumulator

Wie der Name Lithium-Ionen-Akkumulator schon vermuten lässt, handelt es sich bei dieser technischen Errungenschaft der Menschheitsgeschichte um eine Vorrichtung zum Speichern von Strom (umgangssprachlich: Akku), in der chemische Prozesse zur Freisetzung der Energie genutzt werden. Unterschieden werden allgemein Lithium-Cobaltdioxid-, Lithium-Mangandioxid-, Lithium-Eisenphosphat-, Lithium-Titanat- und Zinn-Schwefel-Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Hauptsächlich setzt die heutige Industrie aber auf den Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator, der erstmals von Sony im Jahr 1991 in der Hi8-Videokamera CCD TR1 verbaut wurde.

Quelle: https://c.pxhere.com/photos/5b/40/battery_black_background_cellphone_cellular_telephone_circuit_connection_design_device-1549247.jpg!d

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In der Regel verfügen solche Speichersysteme über einen ziemlich ähnlichen Aufbau,  der in zwei Hälften unterteilt werden kann. Zum einen in die negative Elektrode, die beim Entladen die Anode beziehungsweise beim Aufladen die Kathode darstellt. Zusätzlich ist diese von Graphit oder ähnlichen Kohlenstoffen umgeben. Dagegen nimmt die andere Hälfte des Akkumulators die positiv geladene Elektrode ein, die meistens von Lithium-Cobalt(III)-oxid umgeben ist. Da, wenn diese beiden Bestandteile ohne räumliche Abgrenzung miteinander in Kontakt kommen sollten, akute Kurzschlussgefahr herrschen würde, wird ein sogenanntes Polyolefin-Membran als Separator (lat. separare – trennen) eingesetzt. Der restliche Hohlraum des Akkumulators ist obendrein mit einem Elektrolyt gefüllt, das sich meist aus Salzen wie Lithiumhexafluorophosphat, Lithiumtetrafluorborat oder Lithiumbis(oxalato)borat, die in einem wasserfreien apotischen Lösungsmittel wie Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder 1,2-Dimethoxyethangelös sind, zusammensetzt. Darüber hinaus sind diese Elemente meist in zylindrischer Form oder als Pouch-Zellen zu finden.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6b/Lithium-Ion_Cell_cylindric.JPG/1024px-Lithium-Ion_Cell_cylindric.JPG

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Generell ist zu beachten, dass die Übergangs- und Graphit-Anordnungen einen festen Platz im Speicher haben und bei Benutzung die elektrische Potentialdifferenz der Elektroden im Verlauf eines elektro-chemischen Prozesses mit einer Stoffänderung der Elektroden zur Stromfreisetzung genutzt wird. Darüber hinaus sei angemerkt, dass innerhalb der beiden Elektroden die Elektronen als sogenanntes Elektronengas vorliegen und somit sich ungehindert zu den externen Leitern bewegen können und gleichfalls aus diesen in die Elektrode hineinfließen können. Um beim Laden und Entladen annähernd elektrische Neutralität gewährleisten und den externen Stromfluss kompensieren zu können, muss es zu einer Ladungsverschiebung der Lithiumionen kommen. Allgemein liegt die Graphit-Verbindung als Kation vor, die Elektronen abgibt, die wiederum zur externen Elektrode fließen, wo genauso viele Lithiumionen durch den Elektrolyten in positive Elektrode umgewandelt werden. Die an der positiven Elektrode ankommenden Elektronen werden währenddessen von der dortigen Übergangsmetallverbindung, die Cobalt-, Nickel-, Mangan- oder Eisen-Ionen umfassen und ihre Ladung verändern können, aufgenommen. Das Lithium liegt im entladenen Akkumulatorzustand in der Elektrode wiederum in Ionenform vor. Meistens werden zudem auch Überladungsschutz-Mechanismen verbaut.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bb/Lithium-Ionen-Kondensator-Schnittbild.png

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Dieses Phänomen ist allerdings nicht, wie man jetzt vermuten könnte, uneingeschränkt nutzbar. Vielmehr bringt jeder Ladezyklus den Akku ein bisschen näher an seine technische Maximallebensdauer von einigen tausend Zyklen, abhängig vom jeweiligen technischen Gerät.

Quelle: https://live.staticflickr.com/185/393087509_ba11a51dbc_b.jpg

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Das grüne Ende?

Auch wenn alles Elektrische und auf den ersten Blick Emissionslose heute schon eine zentrale Rolle in unserem alltäglichen Leben spielt, da wir immer noch der Ansicht sind, durch ihre Benutzung kein einziges Gramm Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre auszustoßen, verursachen derartige elektrische Geräte durchaus ungeahnte andere Gefahren für das Wohlergehen unseres Planeten und für uns Menschen selbst. Gerade wenn man im Bereich der Nachrichtenmeldungen Nachforschungen anstellt, fällt schnell auf, dass gerade Lithium-Ionen-Akkumulatoren immer wieder für unangenehme Schlagzeilen für Großkonzerne wie Samsung oderTesla sorgte, wobei es sich zumeist um explodierende Akkus bei Überladungen oder unzureichender Abdichtung handelte, welche durch austretende Stoffe sowie Feuer deren Besitzer in erblichem Maße in Gefahr brachten.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e6/ADR_9A.svg/2000px-ADR_9A.svg.png

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Wenn man über ein derart weit verbreitetes Produkt spricht, sollten jedoch nicht deren Produktion und die zum Bau benötigten Rohstoffe außer Acht gelassen werden, womit auch schon das Hauptproblem dieses Energiespeichers erwähnt wurde. Zum einen stellen gegebenenfalls Plastikummantelungen, die nicht recycle bar sind, enormes Gefahrenpotential für die Umwelt dar, auf der anderen Seite enthält der Akku Metalle wie Lithium, Cobalt oder ähnliche, die neben der Tatsache, dass sie krebserregend sein können, auch wegen der entstehenden Umweltbelastungen während deren Förderung auffallen.

 

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d4/Uyuni_salt_flat%2C_Bolivia_ESA380675.jpg

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Der amtierende Weltmarktführer in Sachen Lithium ist seit langem die unter dem Begriff „Lithium-Dreieck” bekannte Region Boliviens, Chiles und Argentiniens. Weitläufige, ausgetrocknete Salzwüsten prägen diese lebensfeindliche Umgebung. Nur vereinzelt finden sich farbenfrohe Sammelbecken, gefüllt mit blauem, grünem und sogar gelblichem Wasser, um die sich vereinzelt Arbeiter Scharen und per Hand oder in größeren Betrieben mittels Bulldozern einen weißen kristallinen Feststoff auf Wällen über Haufen aufschütten – das besagte Metall Lithium in Salzform. Daneben – auf der anderen Seite der Erde im Kongo – finden sich von Menschenhand ausgehobene Schächte, aus denen Arbeiter zu einem Hungerlohn “bajo un sol infernal” (unter einer Höllen-Sonne) ein gräuliches Pulver schaufeln, das als Kobalt in alle Welt exportiert wird, um es anschließend in Akkumulatoren als grundlegenden Bestandteil einzusetzen. Diese „seltenen Erden“, wie sie oft genannt werden, bilden einen weltweit boomenden Markt, der sich vorwiegend an die Elektroindustrie richtet. Irische Forscher vom Institute of Technology Carlow gehen bereits davon aus, dass die Förderung von Lithium um einiges schädlicher sei als die Gewinnung von Erdöl. Das wohl schwerwiegendste Problem dürfte laut diesen wohl die Wasserknappheit in der Region sein. Um das Lithium, welches vorwiegend im dortigen Grundwasser gelöst ist, nutzbar zu machen, wird das unterirdische Wasser mittels Pumpen an die Erdoberfläche befördert, wo es anschließend in die besagten Becken geleitet wird. Nachdem das Wasser nahezu restlos verdunstet ist, ist nun das Aufsammeln der lithiumhaltigen Sole möglich.

Quelle: https://cdn.pixabay.com/photo/2019/06/26/14/14/lithium-4300481_960_720.png

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 Jedoch sinkt bei derartigen Maßnahmen der Grundwasserspiegel in den Abbaugebieten in erheblichem Maße, worunter gerade die Viehzucht, die örtliche Fauna sowie vereinzelte Flamingokolonien  leiden müssen. Angaben des US-Journals „Economic Geology” und des forensischen Geologen Fernando Díaz aus dem Jahr 2011 zu Folge kann der Wasserbedarf für eine Tonne Lithium zwischen 0,4 und 2 Millionen Liter Wasser je nach Lithiumkonzentration im untersuchten Gebiet variieren kann. Laut dem chilenischen Unternehmen SQM werden in der Salzwüsten Salar de Atacama 21 Millionen Liter Solewasser pro Tag abgepumpt, was eine Jahresproduktion von circa 48000 Tonnen Lithiumcarbonat und daraus wiederum 13000 Tonnen Lithium allein im Jahr 2017 ausgemacht haben soll. Um Wasser zu sparen, würde gleichsam Meerwasser aus dem Pazifik aufgewendet werden, wie es aus einem ZDF-Interview mit dem Unternahmen hervorgeht.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/87/Salt_production_Uyuni.JPG

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Doch in einigen Jahren wird auch die Lithiumindustrie mit ähnlichen Problemen zu kämpfen haben, wie andere Verarbeitungsbetriebe seltener Erden. Nämlich damit, dass der Rohstoff irgendwann in einen Engpass geraten und im schlimmsten Fall ein Wirtschaftssegment fast völlig zum Erliegen kommen könnte. Außerdem sorgt der weiterhin exorbitante Anstieg des Lithiumverbrauchs zur zunehmenden Zerstörung der angrenzenden Natur, wenn man bedenkt, dass im Schnitt 15 Kilogramm in einem Akkumulator eines Elektroautos verbaut werden. Selbst wenn die Menge in einem Handyakku deutlich geringer ist, ist sie weltweit betrachtet doch enorm groß.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dd/Yakumo_Notebook_536S_-_CR2032_backup_battery_on_motherboard-4667.jpg

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Auch wenn Lithium als Soff betrachtet eher ungefährlich erscheint, geht dennoch auch von den übrigen Inhaltsstoffen eines Lithium-Ionen-Akkumulators Gefahr für die Menschen, die mit ihnen in Berührung kommen, aus. Gerade das häufig verwendete ferromagnetische Cobalt, muss stets mit einem Warnhinweis für „Gefahr und systemische Gesundheitsgefährdung” gekennzeichnet werden. Dieses steht allgemein für eine akute Gefährdung aller Körperorgane durch einen giftigen Stoff, der auf keinen Fall verzehrt werden sollte. Jedoch werden jährlich mehrere 10000 Tonnen dieses Stoffes in Ländern wie dem Kongo gefördert, wobei die Arbeiter, zu denen auch Kinder zählen, hauptsächlich ohne jegliche Schutzausrüstung das benötigte Cobalterz zu Tage fördern müssen und damit ihrer eigenen Gesundheit unbewusst erheblichen Schaden zufügen. Doch die vom Cobalt ausgehende Gefahr besteht auch noch viele Jahre nach dem eigentlichen Abbau, denn beim Erreichen der maximal möglichen Anzahl an Ladezyklen oder bereits davor entsorgen viele die Akkus unsachgemäß, weshalb die in ihnen enthaltenen Stoffe in der freien Wildbahn von Tieren aufgenommen werden, das Wasser eines stehenden oder fließenden Gewässers belasten oder durch Niederschläge Grundwasser und dadurch in unser Trinkwasser gelangen.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Cobalt-cathode.jpg

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Auch wenn die ausschließliche E-Mobilität somit keine wirklich herausragende Lösung für die aktuellen Umweltprobleme ist, da durch sie immer noch ein gewaltiges Gefahrenpotenzial ausgebaut wird, sollte weiter an Ersatzstoffen für seltene Erden innerhalb von Akkumulatoren geforscht werden.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/21/GHS-pictogram-silhouette.svg/2000px-GHS-pictogram-silhouette.svg.png

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Eine wirklich umweltfreundliche Alternative

Gehen wir nun davon aus, der gesamte Strom der Welt wird eines Tages ausschließlich durch erneuerbare Energieformen erzeugt. Damit könnte zwar ein gigantischer Anteil der Kohlenstoffdioxid-Emissionen eingespart werden. Aber wie soll die gewonnene Energie gespeichert werden?

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/Windkraftanlagen_D%C3%A4nemark_gross.jpg

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Eine logische Folgerung könnte aus dieser Frage sein, dass man einen neuen Energieträger braucht, der im Überschuss auf unserem Planeten zur Verfügung steht. Dabei handelt es sich um nichts Geringeres als das erste Element, den Wasserstoff. Es ist nämlich so, dass beispielsweise der durch Windkraft erzeugte Strom bei einem bestimmten Elektrolyseverfahren zur Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff allein durch den Stromfluss somit im Wasserstoff gespeichert werden kann.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0d/Enertrag-Elektrolyse.jpg

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Zwar gab es in der Vergangenheit einige Ereignisse wie das Hindenburg-Drama, die den Menschen dazu bewegten, auf andere Energieträger zurückzugreifen, dennoch geht von diesem keine wesentlich größere Gefahr aus als von Benzin und komplexen Akkumulatoren, wobei der Wasserstoff an speziellen Tankstellen ohne lange Wartezeiten nachgetankt werden kann, was ein weiterer Plus-Punkt gegenüber dem Elektroauto ist. Vielmehr kann er aber in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, wie sie heutzutage schon in vielen Gabelstaplern und vereinzelt in Autos eingesetzt wird, in nutzbaren Strom und Wasser umgewandelt werden, weshalb dieser Technik in den nächsten Jahren eindeutig mehr Aufmerksamkeit zukommen sollte. Um Brennstoffzellentechnologie aber auch im großen Stil für alle Menschen attraktiv zu machen, sollte dringend der Ausbau des Netzes an Wasserstoff-Tankstellen weltweit vorangebracht werden.

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/Wasserstofftankstelle_EnBW_5.jpg

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Von Philipp Kilg

 

 

 

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