Unsere Chance, die Erderwärmung aufzuhalten

Unsere Chance, die Erderwärmung aufzuhalten

Weg von der Senkung des CO2-Ausstoßes, hin zur Reduzierung der Erderwärmung: Ein Wechsel in der Perspektive führt zur Entwicklung einer innovativen Problemlösung: eine Klimaanlage für die Welt.

Milliarden Menschen überall auf der Welt haben bei der Klimakonferenz in Glasgow den verzweifelten Versuch der Weltgemeinschaft mitverfolgt, die Staaten zur massiven Reduzierung ihres CO2 Ausstoßes zu bewegen. Ziel war es, verbindliche Vereinbarungen zu treffen, um den Klimawandel und die Erderwärmung nicht völlig aus dem Ruder laufen zu lassen. Nach der Konferenz herrschte weltweite Ernüchterung. Nur noch Wenige glauben an eine realistische Chance, das 1,5° – Klima-Ziel zu erreichen. Wird nicht sofort und massiv gehandelt, wird sich die Erde wohl eher doppelt so stark erwärmen, mit den bekannten katastrophalen Folgen. So wie es heute aussieht werden die Hauptverursacher des Klimawandels wohl erst dann entschieden handeln, wenn es bereits zu spät ist für unsere Kinder eine Welt zu erhalten, auf der es lebenswert ist.

„Wir entwickeln gerade eine Idee, die in Bezug auf den Klimawandel eine völlig neue Perspektive einnimmt. Wir gehen bei unserer Innovation davon aus, dass das eigentliche Problem derzeit nicht die Treibhausgase sind. Diese sind zwar zum großen Teil Ursache für die Erderwärmung, jedoch zunächst weder für den Menschen noch für den Planeten ein größeres Problem. Ganz im Gegenteil: Ohne Treibhausgase wäre es wohl 30 Grad kälter auf der Erde“ sagt Michael Mack, Ideengeber und Geschäftsführer der HeineMack GmbH in Nürnberg.

Schon immer vorhandene, natürlich entstehende Treibhausgase absorbieren Wärme und halten diese damit nahe der Erdoberfläche.  Die Atmosphäre der Erde besteht – in Bezug auf das Volumen – zu ca. 78,1 % aus Stickstoff, zu 20,9 % aus Sauerstoff, zu 0,9 % aus Argon und aus weiteren Edelgasen. Die Treibhausgase machen weniger als 0,1 % aus. Der Kohlendioxid-Gehalt beträgt nur ca. 0,04 % (Massenanteil ca. 0,061%). Betrachtet man diese Zahlen, wirkt die CO2-Entwicklung in der Atmosphäre unseres Planeten auf den ersten Blick keineswegs bedrohlich. Das eigentliche Problem des CO2 ist – zumindest in der derzeitigen Konzentration – nicht primär ein direkter Schaden für den Menschen durch Einatmen oder Ähnliches. Vielmehr ist es das Problem, dass die vom Menschen verursachte Zunahme des CO2 immer mehr verhindert, dass warme Luft aus den bodennahen Zonen der Erde in höher gelegene, kältere Zonen aufsteigen kann, um dort abgekühlt zu werden.

„Aus meiner Sicht ist das akute Problem die Erderwärmung und nicht die Zunahme von Treibhausgasen. Diese sind lediglich die Ursache des Problems. Könnte man die Erderwärmung bremsen oder sogar stoppen – auch ohne den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren – könnte die aktuelle Situation auf der Welt deutlich entschärft und zumindest Zeit gewonnen werden. Zeit würde gewonnen, um mittelfristig die Treibhausgase abzubauen und unseren Planeten Erde lebenswert zu erhalten“ sagt Mack.

Die Troposphäre ist der unterste Bereich der Erdatmosphäre und reicht bis zu einer Höhe von ca. 12.000 Meter. In der Troposphäre nimmt die Temperatur vom Erdboden bis zur Tropopause, der Obergrenze der Troposphäre, von im Mittel 15 °C auf minus 50 °C ab . Der Grund liegt darin, dass die Troposphäre durch die Absorption der Solarstrahlung durch die Erdoberfläche primär von unten erwärmt wird. Die Troposphäre wird nur in geringem Maße direkt durch Sonnenstrahlen erwärmt. Der größte Teil der Sonnenenergie wird am Erdboden umgesetzt und in die Atmosphäre abgegeben, weswegen diese in Bodennähe am wärmsten ist. Da sich aufsteigende Luft ausdehnt und damit abkühlt, nimmt mit zunehmender Höhe die Lufttemperatur im Schnitt um etwa 6,5 Grad pro Kilometer Höhe ab. Die dynamische Zunahme der Treibhausgase und der damit einhergehende Treibhauseffekt verhindert zunehmend, dass warme Luft aus Bodennähe aufsteigt und kühlere Luft nachrückt. Treibhausgase absorbieren und binden Wärme in den untersten Schichten der Troposphäre.

Abb. 1 zeigt die Zukunft: An bestehende Gebäude angebaute und ausgefahrene flexible Warmluft-Absauganlagen (WAA). Vier WAA´s sind ausgefahren und eine WAA eingefahren.

Michael Mack`s Idee ist der Bau einer planetaren Klimaanlage (PKA). Eine PKA besteht aus einem weltweiten Netz von Warmluft-Absaug-Anlagen (WAA), die warme Luft aus bodennahen Zonen in möglichst hohe Bereiche der Troposphäre transportieren, um diese dort abzukühlen. Durch die Absaugung resp. den Abtransport warmer Luft von der Erdoberfläche rückt dort automatisch kühlere Luft nach. Würden weltweit eine Vielzahl solcher WAA`s gebaut, würde eine netzartige PKA entstehen, deren Einsatz im Idealfall weltweit abgestimmt und geregelt werden könnte, um die Temperaturen auf der Erdoberfläche zu regulieren bzw. zu reduzieren. Die PKA würde so den Anstieg der Erderwärmung bremsen, im besten Fall sogar stoppen.

Abb. 2: zeigt einen ausgefahrenen flexiblen Warmluft-Absaugturm einer WAA

Mack nutzt für seine WAA`s das Prinzip des Kamineffekts: Warme Luft steigt auf. Je höher der Kamin und je größer dessen Durchmesser, desto größer die Dynamik des Kamineffekts und der damit einhergehenden Luftabsaugung am unteren Ende des Kamins. Im Wesentlichen würde also keine Energie verbraucht, um die warme Luft aus Bodennähe abzusaugen. Das Problem ist hierbei zunächst, dass ein mehrere Tausend Meter hoher Kamin – herkömmlich gebaut – enorme statische und bauliche Anforderungen mit sich bringt. Dieses Problem will Mack wie folgt lösen:

Eine von mehreren Ausführungsvarianten einer WAA ist eine Stahlkonstruktion, die beispielsweise parallel an der windgeschützten Seite eines hohen Gebäudes errichtet wird. Die Stahlkonstruktion würde im Boden mit Fundamenten und zusätzlich am Gebäude verankert. So könnte das Gerüst bis zur Höhe des Gebäudes zusätzlich stabilisiert werden. Vorteilhafter Weise ist die Stahlkonstruktion ein gutes Stück höher als das Gebäude selbst. Die maximal mögliche Höhe der Stahlkonstruktion ist auf Basis der Statik des Gerüsts selbst und des stabilisierenden Gebäudes daneben zu berechnen. In dem Gerüst befindet sich ein schlauchartiger, flexibler Warmluft-Absaug-Turm (FWAT) aus hochfesten Kunstfasern. Dieser FWAT lässt sich innerhalb des Stahlgerüsts – und bei windstillem Wetter ein gutes Stück über das Ende des Stahlgerüsts hinaus – ausfahren. Nimmt der Wind zu oder kommt es zu Unwettern, kann der FWAT teilweise oder auch ganz eingefahren werden. Der große Vorteil: Bei Sturm oder starken Unwettern würde eine fest installierte WAA bzw. deren Verankerung  enorme statische Kräfte aufnehmen müssen. Der Warmluft-Absaug-Turm (WAT) würde dabei wirken wir ein Segel. Durch die Möglichkeit den Turm flexibel Ein- und Ausfahren zu können, reduzieren sich die statischen Anforderungen an die Stahlkonstruktion und das Gebäude in hohem Maße. Am unteren Ende befindet sich ein vertikal in die Stahlkonstruktion eingefügtes Rohr, auf dem der FWAT aufgefädelt werden kann. Oben auf dem Rohr befinden sich ausklappbare Elemente, die zu einem Kegel nach innen zusammengeklappt werden können, um den FWAT einzufahren und auf das Rohr aufzufädeln. Der Kegel reduziert gleichzeitig den Luftstrom, was wiederum das Einfahren des FWAT erleichtert. Wird der FWAT ausgefahren werden die Elemente des Kegels aufgeklappt, so dass sich das Rohr verlängert, ohne den Durchmesser zu reduzieren.

Innerhalb der Stahlkonstruktion wird der FWAT mittels Drahtseilen, die am oberen und unteren Ende der Stahlkonstruktion in Seilwinden enden aus- und eingefahren. Der FWAT wird beim Aus- und Einfahren durch Führungselemente wie sie beispielsweise in Aufzügen verwendet werden, rundum mit Schienen an der Stahlkonstruktion gehalten resp. geführt.

Soll der FWAT über das obere Ende des Gerüsts hinaus ausgefahren werden kann dies beispielsweise wie folgt realisiert werden: Ist der FWAT bis zum oberen Ende des Gerüsts ausgefahren kann der FWAT entweder am oberen Ende einen Abschluss-Ring aufweisen, der den Durchmesser des FWAT ein Stück reduziert. Warme Luft drückt beim Aufsteigen gegen diesen Ring, wodurch ein Auftrieb erzeugt wird, ähnlich dem eines Heißluftballons. Ist der Druck der aufsteigenden warmen Luft, die gegen den Ring am Ende des FWAT strömt nicht groß genug, um den Turm über das Ende des Stahlgerüsts hinaus aufsteigen zu lassen, kann die Öffnung am Ende des FWAT beispielsweise über Seilzüge soweit reduziert werden, bis die Auftriebskraft so groß ist, dass der FWAT aus dem Ende des Stahlgerüsts weiter aufsteigt. Hierbei gilt: Je höher der FWAT final ausgefahren ist, desto stärker ist der erzeugte Kamineffekt und desto stärker ist der im FWAT erzeugte Luftstrom. Steigt also der FWAT über das Ende des Stahlgerüsts bis zu einer Höhe X kann dann angefangen werden die Öffnung des FWAT am oberen Ende wieder zu vergrößern, da der Luftdruck, der gegen den verbleibenden reduzierten End-Durchmesser des FWAT strömt groß genug ist, um den FWAT in der gewünschten Ausfahr-Höhe zu halten. Mit der Öffnung des oberen Endes des FWAT strömt warme Luft aus und kühlt ab. Beim Ausfahren des FWAT aus dem Stahlgerüst wird dieser z.B. durch die Stahlseile oder ausfahrbare Schienenelemente, die aus dem oberen Ende des Stahlgerüst aus- und eingefahren werden können, gehalten. Zusätzliche Stahlseile, montiert auf der Oberseite des parallel befindlichen Gebäudes geben dem ausfahrenden Turm weiteren Halt.

Abb. 2: zeigt einen ausgefahrenen flexiblen Warmluft-Absaugturm einer WAA

Alternativ dazu kann ein FWAT auch von der Basisstation des Stahlgerüsts aus ähnlich wie ein Heißluftballon ausgefahren werden. Hierzu kann sich unter dem vertikalen Rohr, auf dem der FWAT aufgefädelt ist, eine Befeuerung befinden, welche die heiße Luft erzeugt, die der FWAT für das Ausfahren bis zu einer Höhe X benötigt. Ist die benötigte Höhe erreicht kann die Befeuerung beendet werden, da sich der FWAT dann selbst, wie oben beschrieben, in der gewünschten Höhe hält. Für diese Art des Aus- und Einfahrens des FWAT kann sich am Ende des FWAT auch eine Kugel befinden, die auf der Innenseite des FWAT mit Stahlseilen auf das Ende des FWAT gepresst wird. Steigt dann heiße Luft in den FWAT drückt diese gegen die Kugel, die das obere Ende verschließt. Durch Nachlassen der Drahtseile, die die Kugel auf dem Ende des FWAT halten beginnt dieser aufzusteigen. Parallel dazu füllt sich immer mehr heiße Luft in den FWAT, was dessen Auftriebskräfte immer weiter erhöht und den FWAT schließlich bis zur gewünschten Höhe steigen lässt. Dort angekommen kann der Kugel-Verschluss am Ende des FWAT mittels Seilzügen soweit geöffnet werden, dass der aus dem FWAT ausströmende Luftstrom so stark gegen die über dem Ende des FWAT gehaltene Kugel drückt, dass der FWAT dadurch in der gewünschten Höhe gehalten wird. Heißluftballons können bis zu 10.000 Meter aufsteigen. Freizeitausflüge in Heißluftballons steigen in der Regel bis auf 3.000 Meter Höhe auf. Insofern sollte es auch möglich sein, einen FWAT 3.000 Meter und darüber hinaus auszufahren. Mit der Erreichung solcher Höhen ist die laufende Absaugung und Abkühlung großer Mengen warmer Luft möglich.

Abb. 3: zeigt das Rohr auf den der flexible WAT aufgefädelt werden kann inkl. Auffädelhilfe sowie die optionale Befeuerung zum Ausfahren des flexiblen WAT

Die Befeuerung in der Basisstation kann auch durch eine größere Dachfläche z.B. aus Glas oder einem sonstigen durchsichtigen Material ersetzt werden, mittels dessen Luft durch die Sonneneinstrahlung zusätzlich aufgeheizt wird.

WAA`s können nicht nur parallel zu Gebäuden, sondern auch freistehend gebaut, oder entlang von Bergkonturen in die Höhe geführt werden. Der Bau einer WAA kann beispielsweise auch über einer stark befahrenen Straße realisiert werden. Die WAA kann hier beispielsweise mit Stahlseilen an den rundherum befindlichen Gebäuden verankert werden. Eine WAA über einer stark befahrenen Straße hätte den weiteren Vorteil, dass durch die WAA nicht nur Luft, sondern auch Smog, Abgase und Feinstaub abgesaugt würden.

Weitere Einsatzbereiche für WAA`s könnten Hausdächer oder Dächer von Industriehallen sein. Aber auch Windräder könnten künftig so konstruiert werden, dass diese neben ihrer Funktion als Windrad zusätzlich als WAA dienen und Wärme von der Erdoberfläche abtransportieren. Das Gleiche gilt für Fernsehtürme und ähnliche Gebäude. Sehr vorteilhaft wäre es, wenn vorhandene Windkraftanlagen umgebaut werden könnten. So gäbe es bereits eine relativ große Anzahl von WAT`s aus Stahlbeton, die verwendet werden können.

Weiter macht es Sinn, die Luft am unteren Ende des FWAT nicht direkt am Erdboden einzusaugen, da bei starkem Luftstrom Gefahrensituationen für dort befindliche Menschen und Tiere entstehen könnten. Außerdem könnte die Stahlkonstruktion im unteren Bereich einer WAA – zumindest bis zur Höhe der umliegenden Gebäude – auch durch einen WAT aus Stahlbeton oder Ähnliches ersetzt werden. Am oberen Ende dieser Konstruktion könnte sich dann ein Stahlgerüst mit einem FWAT wie oben beschrieben befinden, der diese WAA noch einmal deutlich erhöht und wetterabhängig aus- und eingefahren werden kann. Im Turm der WAA aus Stahlbeton würde dann natürlich kein zusätzlicher FWAT benötigt.

Alternativ lassen sich WAT`s aus Stahlbeton oder ähnlichen Baustoffen auch bei Gebäude-Neubauten in das Gebäude integrieren. Mit der aufsteigenden warmen Luft könnte hier auch beispielsweise Warmwasser mittels Wärmetauschern produziert werden. Auch die Raum-Klimaanlagen im Gebäude könnten unterstützt werden, indem der Luftstrom im WAT warme Luft aus den Räumen zieht.

Abb. 3: zeigt das Rohr auf den der flexible WAT aufgefädelt werden kann inkl. Auffädelhilfe sowie die optionale Befeuerung zum Ausfahren des flexiblen WAT

Auch als mobile Lösung ist eine WAA in Form eines FWAT durchaus realisierbar. Auf einem Lkw kann sich beispielsweise eine Basisstation befinden, auf der sich der aufgefädelte FWAT auf einem im 90° Winkel aufrichtbaren Rohr befindet. Mittels dem oben beschriebenen Ausfahrprinzip durch Befeuerung oder Nutzung der Sonnenenergie könnte ein mobiler FWAT ausgefahren und mittels Seilen, deren Seilwinden mit Gewichten am Boden gehalten werden, während des Einsatzes gehalten und abschließend wieder eingefahren werden. Solche mobilen WAA`s könnten in Gebieten mit außerordentlichen Hitzeperioden zum Einsatz kommen.

Größter Vorteil der PKA im Gegensatz zu normalen Klimaanlagen ist der geringe Energieverbrauch. Lediglich das Aus- und Einfahren der FWAT`s benötigt geringfügige Energie. Für den laufenden Betrieb der WAT`s resp. ausgefahrenen FWAT`s, also für das Abtransportieren warmer Luft von der Erdoberfläche in höhere Schichten der Troposphäre benötigt die PKA keinerlei Energie.

„Ich gehe davon aus, dass mit einem großflächigen, weltweiten Einsatz unserer innovativen Problemlösungen die Erderwärmung zumindest deutlich gebremst, wenn nicht sogar zum Stillstand gebracht werden kann. Und ehrlich gesagt sehe ich diese Herangehensweise derzeit als einzige wirkliche Chance, die Welt für unsere Kinder lebenswert zu erhalten. Auf die Vernunft der Staatenlenker und damit auf die massive und vor allem zeitnahe Reduktion von CO2 kann wohl leider nicht gebaut werden“ so Mack weiter.

Michael Mack, die HeineMack GmbH in Nürnberg, sowie die RollercoasterRestaurant Entertainment GmbH in Wien entwickelten die beschriebene Problemlösung und meldeten diese zum Patent an.

„Um die Erderwärmung wirklich zeitnah bremsen zu können benötigt es riesige Anstrengungen – sowohl finanzieller als auch ingenieurtechnischer Natur. Wir sind für jede Art von Unterstützung und Partnerschaft offen, die es schnell ermöglicht, die Erderwärmung zu bremsen und unsere Erde lebenswert zu halten. Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf unter pka@heinemack.de “ sagt Michael Mack abschließend.

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