Gute und schlechte Physik



Die kürzlichen Regenfälle in der Region Valencia waren extrem. Innerhalb von 24 Stunden fielen dort über 700 mm Niederschlag auf einen Quadratmeter. Das ist mehr, als dort in einem Jahr fällt. Ausgelöst wurden die Regenfälle durch das Wetterphänomen DANA, über das wir hier schon mal berichteten. Kalte Luft aus Norden kann sich über das warme Mittelmeer schieben und sich gewaltige Tiefdruckgebiete bilden, die zu enormen Regenmengen führen können. Das passiert regelmäßig im Spätsommer und Herbst. Dieses Jahr kam hinzu, dass das Mittelmeer zum Zeitpunkt des Kaltlufteinbruchs 2-3 Grad Celsius zu warm war. Die dramatischen Folgen sind bekannt. Natürlich wurde dieser Extremregen auch ausgiebig kommentiert und dabei die Physik zu Rate gezogen. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft. Gemäß der Clausius-Clapeyron-Gleichung kann die Atmosphäre mit jedem Grad Temperaturanstieg 7 % mehr Wasserdampf enthalten. Der Kachelmann Wetterkanal dazu:

Eine zentrale Rolle bei der aktuellen Diskussion rund um die Flutkatastrophen spielt die Frage, inwiefern ein wärmeres Klima zur Intensivierung und zum häufigeren Auftreten von Starkregen führt. Dabei wird gern als einfache Erklärung die gesteigerte Aufnahmefähigkeit für Wasserdampf bei wärmerer Luft angeführt. Zwar ist die Faustformel richtig, dass bei 1 Grad Erwärmung rund 7% mehr Wasserdampf in der Säule gespeichert werden kann. Jedoch gibt es verschiedenste Einschränkungen, die diese Zahl nicht 1:1 auf die Niederschlagsintensität übertragbar machen. Um es vorweg zu nehmen: 40 mm Wasserdampfgehalt bedeuten keineswegs, dass 40 mm als maximaler Niederschlag fallen werden/können/müssen.

Es waren Meteorologen wie der ZDF-Wettermann Özden Terli, der auf X seine Follower richtigerweise aufklärte nach den Ereignissen in Valencia: Das ist nunmal Physik. Wir Menschen tun also gut daran, nicht gegen die Regeln der Physik zu arbeiten. An anderer Stelle machen wir das aber und erstaunlicherweise sind diejenigen, die beim Extremregen noch so zum Respektieren der Physik gemahnt haben, dort aber erstaunlich still. Es ist die Physik der Atmosphäre. Druckgebilde sind vereinfacht gesagt ein Resultat von Temperaturunterschieden. ZAMQ:

Hauptenergielieferant der Erde ist die Sonne. Als zentraler Stern in unserem Sonnensystem produziert die Sonne durch Kernfusionsprozesse in ihrem Inneren Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängen und strahlt diese von ihrer Oberfläche hinaus ins Weltall. Diese Strahlung trifft auf die Erde und durch Umwandlungsprozesse an ihrer Oberfläche und innerhalb der Atmosphäre erwärmt sich unser Heimatplanet. Allerdings wir die Erde nicht gleichmäßig erwärmt. Abhängig von ihrer Oberflächenbeschaffenheit  (z.B.: Land oder Meer) sowie auch durch ihre Topographie (Abschattung in den Tälern) erwärmt sich die Oberfläche unterschiedlich stark. Diese unterschiedliche Erwärmung führt zu großräumigen Zirkulationsmuster auf der Erde (Aufsteigen und Absinken der Luft), die zur Ausbildung von globalen Hochdruck- oder Tiefdruckgebieten führen.



Ruhiges Herbstwetter, wie wir es jetzt gerade haben, ist eine Folge eines ausgeprägten Hochdruckgebiets. Man spricht von einer Omega-Wetterlage. Es führt Tiefdruckgebiete weiträumig um uns herum. Da die mittlerweile kalte Luft (die Sonne steht tiefer, die Tage werden kürzer) weniger Wasserdampf aufnehmen kann, bildet sich typischerweise Hochnebel. Die Faktoren kein oder kaum Wind sowie wenig Sonnenschein sind echte Probleme für die deutsche Energiewende. Der Begriff Dunkelflaute fasst es zusammen, wobei es nicht mal der Nacht bedarf. Auch tagsüber wird kaum Strom aus Wind und Sonne produziert. Keine 5 GW betrug der Anteil von Wind und Sonne am 07.11.2024 um 10:00. Finanzmarktwelt hält die Situation, die Deutschland gerade erfährt durch eine Dunkelflaute für ein Desaster, denn die Preise pro kWh gingen durch die Decke.

Aus nachvollziehbaren Gründen (kein Tageslicht mehr) lag die Stromproduktion aus Solaranlagen gestern um 17 Uhr bereits bei Null. Dann hätte der Wind einspringen können ? Eben nicht. Es herrscht seit Tagen Windflaute. Von 66.000 MW Energieverbrauch in Deutschland stammten 60.000 MW aus eigener Produktion, die Differenz wurde importiert. Ganze 4.300 MW stammten gestern um 17 Uhr aus Windenergie (Offshore + Onshore). Zum Vergleich: Am 30. September um 17 Uhr waren es 26.000 MW. Zurück zum gestrigen Montag: Immerhin: Pumpspeicher legten zu auf 4.900 MW – eine sehr gute Art um Überschussenergie zwischenzuspeichern, bis sie wieder gebraucht wird. Aber man kann diese Art des Speicherns offenbar nicht in großem Umfang nutzen?


Deutschland hat zur Kompensation alles an den Start gebracht, was Strom erzeugen kann und fleißig importiert. Das Resultat sind katastrophal schlechte CO2-Werte bei der Stromerzeugung. Dabei ist das Phänomen Dunkelflaute durchaus bekannt.
Es wird nur gekonnt weggelächelt oder über Jahressummen geschickt versteckt.
Jahressummen nutzen nur nicht viel in einem Industrieland, dass zu jeder Millisekunde seine Last decken muss. Werte von fast 700 g CO2/kWh sind schon außergewöhnlich. 



(Abbildung: Screenshot Nowtricity 07.11.2024 10:30) 

Ein sparsamer Verbrenner liegt nur unwesentlich schlechter als ein E-Auto, sofern es Strom aus dem allgemeinen Netz bezogen hat am 07.11.2024. Aber selbst ein Solardachbesitzer hätte sein Auto an diesem Tag kaum laden können. 

Warum wird also auf der einen Stelle die Physik als Erklärung herangezogen und an der anderen wird sie offensichtlich ignoriert?Speicher, die Deutschland durch Tage mit so einer Wetterlage bringen würden, hat Deutschland nicht. Im Übrigen müssten solche Speicher ja auch wieder aufgeladen werden, das ist bei relativ kurzen, trüben und windarmen Tagen aber nicht möglich. Es bleibt nur der Ausweg Import (dummerweise haben auch andere Länder, die stark auf Solar und Wind gesetzt haben, ähnliche Probleme) und das Erzeugen von Strom durch das Verbrennen von Kohle, Gas und Öl.

Die Erneuerbaren Energien befinden sich also in einer Symbiose mit den fossilen Brennstoffen. Für beide Arten der Stromerzeugung müssen Infrastrukturen vorgehalten werden, was aber zu höheren Kosten führt. Diese Infrastruktur würde auch gebraucht, wenn der Grüne Traum von Grünem Wasserstoff wahr wird, der dann die Rolle von Kohle, Gas und Öl übernehmen soll. Das Problem hier: Der Strom daraus dürfte sehr teuer werden, auch hier wieder Physik und Wirkungsgradverluste auf jeder Stufe. 

Wir haben ja gestern schon einmal dargelegt, wie sich die Tageszahlen bei, CO2-Ausstoss entwickelt haben im letzten Jahr.
Das sind allerdings keine guten Zahlen. Die Fragen bleiben also, warum wird die Physik der Atmosphäre und der Umwandlung zu Strom so eklatant unterschätzt? Warum wird sie einmal als Argument benutzt (Starkregen) und dann mehr oder weniger ignoriert?

Sollte sich der Strombedarf in Deutschland erhöhen in der Zukunft, weil es mehr E-Autos gibt und mehr mit Strom geheizt wird, dann wird dieses Problem eher größer als kleiner. 

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