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Dieser Blog sucht Lösungen der Probleme, die keine sein müssten. - Ein wichtiger Bestandteil unseres Ansatzes sind kluge Fragen, denn: „In einer klugen Frage liegt die halbe Antwort“. 

… Energiewissen ist Schutz des eigenen Geldbeutels.

… Energiewissen ist Schutz der Unabhängigkeit.

… Energiewissen ist Schutz der Demokratie, der Freiheit, der gesellschaftlichen Ordnung.

Wir zeigen das in dieser Reihe. Und vor allem: Wir erarbeiten Lösungen!

Wir haben in dem Beitrag zu Wolfgang Blaus Forderung gesehen, dass Qualitätsjournalisten selbst „mehr Substanz“ von den Medien fordern. Unkenntnis ist die Basis für FakeNews. Das beste Mittel ist Verständnis der grundlegenden Zusammenhänge.

To be or not to be, that is the question.

Also Kilo-Watt (KW) oder Kilo-Watt-Stunde (KWh) … was ist hier der Unterschied?

Energie ist Leben! Ohne Energie läuft nichts!

Vielleicht hilft es der Achtsamkeit und unserer Einordnung in die Welt und die Natur, wenn wir erkennen, dass wir selbst nur etwa 100 Watt sind! Manche von uns nur 80 Watt. Andere 120. – Wir sind Lebewesen und als solche eine Art Verbrennungsofen durch unseren Stoffwechsel. Unser Körper stellt eine „Leistungsbereitschaft“ zur Verfügung. Eben diese 80, 100, 120 Watt.

Bleiben wir bei 100 Watt, weil es sich damit gut rechnen lässt, denn Rechnen (können) ist ja eine aussterbende Kompetenz, obwohl unsere Zukunft davon abhängt. Diese 100 Watt stehen als Leistung bereit, so wie zum Beispiel ein Fahrrad-Ergometer in einem Fitness-Studio oder ihrer Fitness-Ecke. Wenn man diese Leistung aber nicht abruft, nicht füttert, nicht nutzt, dann steht der Fahrrad-Ergometer ungenutzt in der Ecke … und als Lebewesen sind wir tot.

Wenn wir die Leistung „nutzen“ wollen, müssen wir sie füttern.

Mit Energie!

Energie ist Leben! Ohne Energie läuft nichts!

Die kommt bei Lebewesen aus der Nahrung. Dort heißt das umgangssprachlich Kalorien, physikalisch: kCal oder Kilo-Joule. Man kann das aber auch in Kilo-Watt-Stunden umrechnen.

Das mit den verschiedenen Bezeichnungen dieser Einheiten und komplizierten Umrechnungsfaktoren haben sich wahrscheinlich Marketing-Psychologen ausgedacht, damit es den meisten Verbrauchern zu kompliziert wird, sich damit zu beschäftigen. Das ist sehr gut für die Wirtschaft. Denn dadurch macht die Sättigungsmittelindustrie enorm hohe Gewinne. Wir werden dadurch fett und krank. Das ist gut für das BruttoInlandsProdukt (BIP) und viele weitere Arbeitsplätze können geschaffen werden. Im Gesundheitswesen. In der Pflege. Und für ein paar, die noch Hoffnung haben wollen, bei Gesundheits-, Ernährungs- und Sport-Coaches.

Natürlich ist das eine böswillige Unterstellung 😊; wissenschaftsgeschichtlich hat das Gründe. Marketing-psychologisch werden diese Gründe aber möglicherweise als „Übergewinne“ abgeschöpft.

Wenn wir dann gefüttert sind - mit Energie -, hat der Ofen, der wir sind, genug Brennstoff, um diese Energie wieder abzugeben.

Die Erklärung:

Wenn eine Person etwa 2.500 kcal „verfrühstückt, luncht, vespert“, dann entspricht das etwa 3 Kilo-Watt-Stunden, also etwa der Energie eines 2000 Watt-Föns während 90 Minuten. Diese Energie gibt unser Körper zum größten Teil über den Tag wieder ab. „Ofen“ eben. Deshalb wird es unter einer Bettdecke warm … und im Bierzelt auch.

Beim Fahrrad-Ergometer kommt diese Energie vom Treten in die Pedale aus der Energie, die wir aus der Nahrung gezogen haben.

Um eine Kilo-Watt-Stunde auf einem Fahrrad-Ergometer zu erzeugen, also etwa 10 Stunden des Tagesbedarfs unseres „Lebewesen-Ofens“, müssten wir 100 Watt ganze 10 Stunden lang treten.

Die meisten von uns machen aber bereits nach etwa 20 Minuten auf dem Belastungs-EKG-Fahrrad zwischen 50 und 80 Watt beim Kardiologen schlapp. Das ist sehr kümmerlich, so kümmerlich, dass es sich kaum auszurechnen lohnt: 1,6 bis 2% einer Kilo-Watt-Stunde!

Also etwas mehr Respekt gegenüber der Energie, bitte!

Denn alternativ könnte man mit der Energie von 1 Kilo-Watt-Stunde zum Beispiel ein Gewicht von 3,6 TONNEN ganze 100 METER hochheben.

Jetzt muss der Aha-Effekt nicht durch übertriebene Impulskontrolle unterdrückt werden.

Zwischenerkenntnis: Wir wertschätzen Energie nicht genug!

Bei Maschinen kommt die Energie von außen: Strom, Benzin, Gas, …

Weil wir kein Gefühl für die Energie haben und sie uns scheinbar so billig zur Verfügung steht, gehen wir so verschwenderisch mit ihr um.

Die Straßenbauverwaltung stellt einen neuen Mitarbeiter für die Straßenmarkierung ein. Seine erste Aufgabe ist die Kennzeichnung eines durchgezogenen Mittelstreifens. … Der Neue geht ran wie Blücher. In der ersten Stunde schafft er den Rekord und schafft 30 Meter in dieser Stunde (drchgezogene Doppellinie 😊). Der Vorarbeiter ist begeistert und rechnet sich bereits aus, die Baustelle früher abschließen zu können.

Bis zur Frühstückspause hält der neue Mitarbeiter den Rekord und schafft 100 Meter in den ersten beiden Stunden. Der Vorarbeiter freut sich und rechnet hoch: 400 Meter bis heute Abend. In den nächsten beiden Stunden bis zur Mittagspause schafft der neue nur noch 75 Meter. In den ersten beiden Stunden am Nachmittag dann nur 40 Meter. (Das Mittagessen war auch sehr fett- und kohlehydratreich).

Der Vorarbeiter fragt, woher der Leistungs-Abfall denn komme.

… „Na ja, Chef: Der Farbeimer steht ja so weit weg!“ …

Jetzt im Ernst:

Mensch, Digger … das wird ein dickes Ende nehmen

Energie – in der Erde – vergraben – man muss immer tiefer graben – das wird schon deshalb immer mühsamer – mühsam bedeutet teuer – mühsamer bedeutet teurer

Und hier sind die Kosten für die Umweltschäden und ihre Reparatur noch gar nicht drin. ... Die allerdings dann das BIP steigern, sofern noch etwas da ist, was sich dann aufzubauen lohnt. (Das ist EIN Systemfehler!)

Dasselbe Prinzip der Verteuerung des Witzes in der Länge gilt für die Höhe. Je höher wir wollen, desto ineffizienter. Die Verteuerung beruht auf dem Prinzip des sich vermindernden Wirkungsgrades.

Der Mount Everest ist der höchste Berg der Erde. Ich hatte in der Schule vor 45 Jahren gelernt 8.848 Meter. Heute sagt Wikipedia das immer noch. Allerdings kann sich das durch den Klimawandel ändern, wenn der Bezugspunkt der Meeresspiegel ist. Denn das Abschmelzen der Nordpoleises reicht, den Mount Everest um 6 bis 7 Meter zu verkürzen. Das Schmelzpotential der Antarktis legt noch einmal bis zu 60 Meter obendrauf. … Den Mount Everest interessiert das wenig, die Inseln und Küstenregionen sollte es alarmieren. … Aber ich schweife etwas ab, allerdings nur, weil die Dinge zusammenhängen. (Hier darf noch ein Spoiler nicht fehlen zur strategischen Kontinentalpolitik der Festlandsockel … demnächst).

By Carsten.nebel - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3494027

Oben wird die Luft dünn

Jedenfalls kennt bereits jedes Kind den Spruch: „Oben wird die Luft dünn“.  Und hier sind wir wieder bei der Metapher der Energieversorgung. Der notwendige Lebensatem, der uns Menschen versorgt, ist der Sauerstoff. Die Luft enthält davon etwa 21%. Der überwiegende Rest ist Stickstoff. Und die kleinsten Parteien, wie CO2 machen uns die Probleme (nicht direkt auf der Erde, sondern weil CO2 wie die Menschen in den Himmel strebt).

Wie auch immer: 21% Sauerstoff von 100 Lufteinheiten am Boden sind mehr als 21% von 33 Lufteinheiten auf dem Mount Everest. (Partialdruckvergleich 160 mmHg gegenüber 53 mmHg (mmHg = Millimeter Quecksilbersäule)).

Der Mensch passt sich entweder über mehrere zehntausend Jahre Entwicklung an diese Bedingungen der mageren Sauerstoffversorgung in der Höhe an, wie etwa die sogenannten Sherpas, die körperlich mit diesen geringen Sauerstoffsättigungen ständig leben können, oder die warmduschenden Gipfelstürmer aus den Touristenländern müssen sich bewusst sein, dass sie spätestens ab 5.000 Meter in eine Todeszone kommen.

Kleine Frage am Rande (Kern des Blogs sind ja inspirierende Fragen):

Wenn jetzt Bergsteiger mit möglichst wenig Sauerstoff den Everest besteigen wollen als Ego-Trophäe oder um berühmt zu werden oder weil die Aussicht da so schön ist (ohne künstlichen Sauerstoff gilt als die Königsklasse des Bergsteigens), … die „angepassten Sherpas“ aber die gesamte Ausrüstung für sie nach oben tragen, … ihr ahnt die Frage: Wie gerecht ist der Ruhm verteilt? … Wer jetzt einen Vergleich zur Tour de France sieht, … mit den Wasserträgern, die den Star im Windschatten bis auf die letzten 10% der Strecke ziehen und dieser dann mit Kraftreserve glänzen kann, …

Moral von der Metapher:

Oben wird die Luft dünn. Jeder zusätzliche Schritt in die Höhe wird schwerer. Mit jedem Schritt nimmt die Leistungsfähigkeit ab, mit jedem Meter Höhe der Wirkungsgrad unseres Stoffwechsels als Energiequelle. Wer dann nur einen Augenblick strauchelt, bekommt nur ein kurzes Zeitfenster, … sonst gewinnen der Berg, die Natur, die Naturgesetze. Unweigerlich.

Naturgesetzartig. (vgl. Blog Barry Schwartz)

Das mit dem Energieinhalt ist beim Gas übrigens genauso. Daher „normiert“ man den Gasgehalt auf einen Normkubikmeter Nm³.

Der Hochhausbau ist ebenfalls eine gute Beobachtungsempfehlung. Die Menschen lieben den Wettbewerb, die Rekorde. Während der Mount Everest eine natürliche Grenze auf der Erde darstellt, versuchen Menschen die Grenzen ständig zu verschieben.

Dabei bremst uns die Physik. Das Volumen wächst in der dritten Potenz. Das bedeutet: Doppelt so groß, 8 mal so schwer. (Deshalb ist der Kölner Dom nur 157 Meter hoch, weil für höhere Turme hätte man die Fundamente überproportional stärker auslegen müssen, dafür gab es kein Material).

… Zu unseren Potenz-Problemen erscheint in Kürze ein Blog Potenz-Probleme. Weil die derzeitigen Probleme im Wesentlichen solche Potenzprobleme (Exponentialfunktionen) sind, gibt es zu diesem Thema auch einen Workshop.

Der folgende Ruder-Vergleich beinhaltet noch einen weiteren Aha-Effekt. Es geht hier bei dem „immer mehr“ nicht einfach um geometrische Höhe oder nur die Länge, sondern auch um die Masse und Widerstände und das Verhältnis des erzielten Nutzens zur Masse.

Die Weltrekorder der Männer über 2000 Meter liegen bei etwa 6 Minuten 30 Sekunden für einen Einer. In einem Doppel-Zweier (jeder hat zwei Ruderblätter = Skull), also mit doppeltem Einsatz, sind sie gerade mal 30 Sekunden schneller, oder schlappe 7,7%. Verdoppelt man wieder, in einem Doppel-Vierer nur weitere 30 Sekunden. Und wenn man dann mit einem Achter richtig klotzen will, erkennt man die Grenzen. Erstens gibt es keinen Doppel-Achter, in dem jeder zwei Ruderblätter hätte, sondern nur einen sogenannten Riemen-Achter, in dem immer abwechselnd ein Ruder nach links und eines nach rechts geht. Und weil das Ganze bei 8 sich am Ruder reißenden Männern leicht aus dem Takt kommen kann, braucht man dann auch noch einen Steuermann. Dieser wiederum doppelte Einsatz mit sogar zusätzlichem Koordinationsaufwand bringt dann nur weitere 12 Sekunden.

Grafisch sieht das Ganze dann so aus.

Für die Erbsenzähler, die jetzt etwas zum Methodikbruch einwenden wollen, weil 8er Riemen mit den Doppel-Skull-Booten nicht ganz vergleichbar sei:

Der Unterschied zwischen Skull und Riemen liegt beim Zweier bei 9 Sekunden, die das Riemenkonzept langsamer ist, beim Vierer bei 6 Sekunden.

Der Steuermann kostet beim 2er 25 Sekunden, beim Vierer 21 Sekunden und beim Achter weiß man es nicht, weil es keinen Vergleich gibt.

Alles in Allem ändert eine solche Kommastellen-Genauigkeits-Haarspalterei nichts an den naturgesetzlichen Zusammenhängen.

Gesetz des abnehmenden Grenznutzens

Als Zusatzerkenntnis fällt das Gesetz des abnehmenden Grenznutzens zusätzlicher Ressourcen heraus. Wenn man die Leistung des Flaggschiffs, also des spektakulären 8er mit Steuermann als Maximalleistung definiert, dann erreicht bereits ein „Einer“ mit 8 Leuten weniger 82% dieser Leistung.

Dieses Gesetz wird uns noch an anderen Stellen begegnen, etwa beim Konsum. Hier ist es unmittelbar einleuchtend, dass die erst Maß auf dem Münchner Oktoberfest nach langem Warten auf das „o‘zapft is“ den höchsten Genuss stiftenden Nutzen bringt, die 10. Maß aber möglicherweise in die Notaufnahme oder Ausnüchterungszelle.

Und auch bei allem, was mit Sicherheit und Risiko zu tun hat. Es GIBT physikalisch keine 100% in der Statistik. Man kann Bauteile oder Prozesse auf Nachkommastellen der 99% versuchen zu optimieren. Das ist alles sehr teuer. Aber es gibt in der physikalischen Welt keine 100%.

Es ist daher auch sicher nicht zu verwegen die Schlussfolgerung zu ziehen: Einen Marathon kann mensch nicht im Sprinttempo gewinnen. (hierzu gibt es noch einen gesonderten Beitrag).

Alle sich im Ergebnis verschlechternden Wirkungsgrade verschlechtern sich nicht linear, sondern überproportional, also exponentiell.

Das wird uns noch weiter beschäftigen.

Im nächsten Beitrag wird der Lösungsweg für das Autofahren dargestellt.