Widerstandsläufer: von den Anfängen der Windkraft bis zu modernen Windkraftanlagen

Als das erste Segel an einem Schiff zur Fortbewegung angebracht wurde, war die Nutzung der Windkraft geboren. Die ersten Windkraftanlagen der Menschheit waren Widerstandsläufer. Was unterscheidet sie von den modernen Auftriebsläufern ?

Ihre Einfachkeit kompensiert den geringen Wirkungsgrad – dadurch leisten sie auch heute noch einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Technikgeschichte von der Persischen Windmühle bis zum modernen Savonius-Rotor.

Kleinwindkraftanlage: Widerstandsläufer als Western-Windrad auf Malta

Auf einer Reise durch das Hinterland von Malta sind sie nicht zu übersehen: Kleinwindkraftanlagen. Doch anders als meisten heutigen Windkraftanlagen, dienen sie nicht der Stromerzeugung. Die Windkraft wird zum Antrieb von Wasserpumpen genutzt. Durch die wenigen Niederschläge ist die Landwirtschaft auf zusätzliches Grundwasser zur Bewässerung angewiesen. Die vielblättrigen Horizontalachsanlagen vom Typ Western-Windrad treiben mechanisch eine Kolbenpumpe an. Diese Art des Windenergiekonverters wurden 1854 von Daniel Hallada in den USA entwickelt, weshalb sie auch Amerikanische Windräder genannt werden.

Kleinwindkraftanlage auf Malta als Wasserpumpe zur Bewässerung
Kleinwindkraftanlage auf Malta als Wasserpumpe zur Bewässerung

Die einfache Bauweise komplett aus Stahlblechteilen und die robuste Mechanik zur Windnachführung und Sturmsicherung machen einen vollautomatischen Betrieb, ohne jegliche Elektrotechnik möglich.

Was ist der Unterschied zwischen Widerstandsläufern und Auftriebsläufern?

Widerstandsläufer:

Weht der Wind gegen ein Hindernis, wird ein Teil der Energie des Windes in Kraft umgewandelt, die das Hindernis vor dem Wind herschiebt. Das ist das Prinzip, welches Segelboote nutzen, um die Windenergie für die Antrieb des Schiffes zu nutzen. In Windkraftanlagen wird die Bewegungsenergie der Luftmassen in Bewegungsenergie des Rotors umgewandelt. Bei einem Western-Windrad wird der Winddruck gegen die schräg gestellten Rotorblätter in Rotationsenergie des Rades übertragen.

Widerstansläufer an einem Savonius-Halbschalen-Rotor
Widerstansläufer an einem Savonius-Halbschalen-Rotor

Die Graphik zeigt die Wirkungsweise eines Savonius-Rotors. Im Gegensatz zum Western-Windrad mit horizontaler Achse (HAWT), kann die vertikale Achse (VAWT) vom Savonius von allen Richtungen her angeströmt werden, ohne dass es eine Windnachführung braucht.

Auftriebsläufer:

Auftriebsläufer nutzen stattdessen den aerodynamischen Auftrieb, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Das Prinzip was bei Flugzeugen für Auftrieb sorgt, wurde auf Windkraftanlagen übertragen. Ihr Wirkungsgrad ist gegenüber Widerstandsläufern deutlich größer. Sie können mit relative kleinen, profilierten Rotorblättern eine größere Fläche im Windquerschnitt „ernten“. Dies spart Material, erfordert aber auch eine komplexe Steuerung und Sturmsicherung.

 

Auftrieb eines aerodynamischen Flügelprofiles einer HAWT / Windkraftanlage mit horizontaler Achse
Auftrieb eines aerodynamischen Flügelprofiles einer HAWT / Windkraftanlage mit horizontaler Achse

 

Wenn der Wind das Rotor-Profil trifft, strömt die Luft an dessen Unterseite ungebremst entlang, während sie an dessen Oberseite durch die Krümmung einen Umweg nehmen muss. Durch den längeren Weg strömt sie schneller, wodurch sich ein Unterdruck aufbaut. Dieser Unterdruck saugt das Rotor-Profil nach oben. Bei einer Windkraftanlage mit horizentaler Achse (HAWT) wird der Auftrieb der Rotorblätter durch die sternförmige Anordnung in Rotationsenergie umgewandelt.

Bei beiden Rotortypen kann die Achse entweder in horizontaler oder in vertikaler Ausrichtung angeordnet sein. Die typischen Windkraftanlagen zur Stromerzeugung sind Auftriebsläufer mit horizontaler Rotorachse. Sie haben den besten Wirkungsgrad, sind aber im Aufbau kompliziert und störungsanfällig. Das Western-Windrad ist auch eine Windkraftanlage mit horizontaler Achse, nutzt aber das Widerstandsprinzip. Der Savonius-Rotor hingegen ist ein Vertikalachser, ist aber ebenso ein Widerstandsläufer.

Widerstandsläufer: die Mutter aller Windkraftanlagen

Die erste Windkraftanlage wurde vermutlich in China gebaut. Die chinesische Windmühle war wie ein Karussell gebaut. Sie war mit mehreren Segeln ausgestattet, die sich selbstständig nach dem Wind ausrichteten. Die Windkraft wurde dazu genutzt, Wasser für die Bewässerung von Feldern zu pumpen. Bis zurück in das 7. Jahrhundert ist die Existenz der Persischen Windmühle nachgewiesen. Sie ähnelt stark dem Savonius-Rotor. Die Halbschalen waren jedoch als flächige Schaufeln aus einem Holzgerippe, welches mit Zweigen oder Matten bespannt wurde, gebaut. Mit ihrer Hilfe wurden Mahlsteine angetrieben.

Querschnitt einer Persischen Windmühle
Querschnitt einer Persischen Windmühle

Da bei der Persischen Windmühle die Schaufeln von beiden Seiten die gleiche Form hat, muss eine Hälfte des Rotors von dem Wind geschützt werden. Ansonsten würde der Rotor genauso stark gebremst werden, wie er auf der anderen Seite beschleunigt würde. Beim Savonius-Rotor ist dies durch die Halbschalen realisiert: die Halbschale hat einen größeren Luftwiderstand, wenn der Wind in die offene Seite bläst, als andersherum. Der Trichter auf der Windseite des Gebäudes hatte den Effekt, dass mehr Wind auf die Schaufeln gelenkt wird. Da der Trichter jedoch fest in das Gebäude integriert war, konnte nur Wind einer bestimmten Richtung optimal genutzt werden.

Kleinwindkraftanlagen: Der Savonius-Rotor als moderner Widerstandsläufer

Obwohl Widerstandsläufer die ersten von Menschen gebauten Maschinen zur Nutzung der Windkraft darstellen, sind sie keine Relikte aus einer vergangenen Era. Moderne Widerstandsläufer setzen zwar auf das gleiche Prinzip, wurde aber über die Zeit hinweg stetig optimiert. Der Savonius-Rotor hat den Vorteil, dass auch böige Winde aus unterschiedlichen Richtungen ihm nichts ausmachen. Windkraftanlagen mit horizontaler Achse (HAWT) müssen immer in den Wind gedreht werden. Aus diesem Grund werden sie meist auf großen Türmen gebaut, weil in der Höhe der Wind konstanter weht und weniger oft die Richtung wechselt. Savonius-Windkraftanlagen eignen sich besonders in Bodennähe als Kleinwindkraftanlagen, wo der Wind durch Bäume und Häuser turbulenten Verwirbelungen unterworfen ist.

Verdrillter Savonius-Rotor als Kleinwindkraftanlage in der Stadt (Quelle: Popolon CC BY-SA 4.0)
Verdrillter Savonius-Rotor als Kleinwindkraftanlage in der Stadt (Quelle: Popolon CC BY-SA 4.0)

Auf dem Foto ist ein verdrillter Savonius-Rotor mit zwei Halbschalen-Ringen mit je drei Halbschalen zu sehen. Die verdrehte Form sorgt für einen vibrationsarmen Lauf des Rotors, da in jeder Position des Rotors der Wind auf das gleiche Profil vom Rotor trifft. So erfährt der Rotor bei der Rotation immer ein konstante Beschleunigung. Die Halbschalen sind zum Zentrum hin offen und versetzt angeordnet. Strömt der Wind in eine Halbschale, so wird dieser in die entgegengesetzte Halbschale umgeleitet und überträgt damit auch auf diese einen Teil der Strömungsenergie. Damit kann der Wirkungsgrad im Vergleich zur Persischen Windmühle noch einmal deutlich gesteigert werden. Diese Merkmale des Savonius-Rotors machen ihn besonders interessant für Kleinwindkraftanlagen im urbanen Raum. Auf Dachkanten oder Flachdächern können sie einen wichtigen Beitrag für die Energiewende leisten.


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Öko-Kerzen: Welche Alternativen gibt es zu Kerzen aus Erdöl oder Palmöl?

Es ist gar nicht so leicht nachhaltige Kerzen zu finden, doch es gibt sie! Für diese Öko-Kerzen wurde kein wertvoller Regenwald gerodet oder Erdöl verbraucht.   „Öko-Kerzen: Welche Alternativen gibt es zu Kerzen aus Erdöl oder Palmöl?“ weiterlesen

Plastikmüll: Mehlwürmer fressen Polystyrol-Kunststoff

Erdölbasierte Kunststoffe galten bislang nicht als biologisch abbaubar. Über Jahrzehnte zersetzen sie sich langsam und reichern sich als Mikroplastik in der Nahrungskette an. Doch Mehlwürmer scheinen etwas zu können, was eine Lösung für die stetig wachsenden Müllhalden an Kunststoff-Müll darstellen könnte.

Biologischer Kunststoff-Abbau

Zerfressen wie ein Schweizer Käse: Der Forscher von der Stanford Universität präsentierte einen weißen Polystyrol-Block, der von Frasgängen der Mehlwürmer durchlöchert war. Den Mehlwürmern war es möglich, dem Kunststoff lebenswichtige Nährstoffe zu entziehen. Bislang ging man davon aus, dass dieser Kunststoff in der Natur ohne die Wirkung von UV-Strahlung nicht abgebaut wird. Verantwortlich für die Zersetzung von Polystyrol sind Bakterien im Darm der Mehlwürmer. Ihnen ist es möglich, Kunststoff so zu zersetzen, dass die  Mehlwürmer daraus ihre Nährstoffe beziehen können. In den Ausscheidungsprodukten der Würmer ist der Kunststoff so weit biologisch abgebaut, dass er Pflanzen als Dünger dienen kann.

Polystyrol-Kunststoff als Nahrung

In den Experimenten fraßen 100 Mehlwürmer pro Tag circa 34 bis 39 Milligramm Polystyrol. Hochgerechnet auf einen weiß-braunen Kaffeebecher aus einem Automaten (Gewicht: 4,2g) bräuchten es circa 11.200 Würmer, um ihn innerhalb eines Tages zu zersetzen. Diese Relationen zeigen, dass riesige Mengen Mehlwürmer nötig wären, um mit dem Müllaufkommen von Polystyrol-Produkten mitzuhalten.

Mehlwürmer als biologische Kunststoffentsorgung?

Polystyrol  ist in vielen Produkten unseres täglichen Lebens enthalten. Einweg-Geschirr, Joghurt-Becher, abgepackte Wurst- und Käseprodukte oder die Kunststoffschalen von Weintrauben und Champignons – viele Lebensmittel sind in Polystyrol verpackt. Als Schaumstoff oder expandiertes Polystyrol (EPS) kommt es als Fassadendämmstoff, Polstermaterial oder Isoliermaterial (z.B. Styropor) zum Einsatz. Dass Recycling von Polystyrol ist aufwändig und aufgrund von Verschmutzungen und Belastung mit anderen Chemikalien (z.B. Flammschutzmittel) ökologisch zwar notwendig, ökonomisch aber unrentabel. Deshalb wandert ein Großteil in die Müllverbrennung. Mehlwürmer könnten zur biologischen Umwandlung von Polystyrol in Dünger im Rahmen des Cradle-to-Cradle Verfahren eingesetzt werden. Die Masse an Polystyrol, die weltweit als Müll anfällt und bereits in den Meeren und Deponien sich angereichert hat, würde riesige Mehlwurm-Farmen in jeder größeren Stadt benötigen.

Kunststoff-fressende Bakterien

Im Darm der Mehlwürmer konnten bislang unbekannte Bakterien-Arten gefunden werden, die für den Abbau von Polystyrol verantwortlich sind. Diese befinden sich nicht nur im Darm von Mehlwürmern bzw. Mehlkäfern (Tenebrio molitor), sondern auch im Schwarzkäfer (Zophobas morio). Dadurch können beide Polystyrol verdauen. Dies könnte ein Ansatz sein, zukünftig diese Bakterien das Kunststoff-Recycling einzusetzen. Große Mengen von diesen Bakterien-Kulturen könnten ein gangbarer Weg sein, neue Formen der ökologischen Kunststoffentsorgung zu finden.


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3 Gründe sich statt vegetarisch konsequent vegan zu ernähren

Viele Menschen entscheiden sich aus Umweltschutz und ethischen Gründen dazu, sich fleischfrei zu ernähren. Doch ohne Tiermast und Schlachthöfe funktioniert auch eine vegetarische Ernährung nicht. Was ist der Unterschied zwischen vegan und vegetarisch? 3 Gründe, warum eine vegane Ernährung der vegetarischen vorzuziehen ist.

10% der deutschen Bevölkerung ernähren sich vegetarisch, 1,1% leben vegan (Quelle: Reishunger)

1. Tierschutz – auch bei vegetarischer Ernährung werden Tiere geschlachtet

Keine Tiere zu essen bedeutet nicht, dass Tiere dadurch nicht transportiert, gemästet und geschlachtet werden. Die Produktionsbetriebe für Milch und Eier sind quasi identisch mit den Betrieben für die Fleischproduktion.

Ohne Steak, keine Milch – ohne Milch, keinen Käse

Die Milchkuh gibt Milch, doch das macht sie nicht freiwillig. Kühe lassen sich nur melken, wenn sie ihre Kälber säugen. Eine Milchkuh hat etwa eine Lebenserwartung von vier bis fünf Jahren. Dann sinkt ihre Milchleistung und Krankheiten häufen sich. Die Kuh ist nicht mehr profitabel genug und wird geschlachtet. Da ihr Fleisch durch die intensive Milchproduktion nicht mehr besonders schmackhaft ist, wird es nur noch als Hackfleisch weiterverarbeitet und landet in der Fleischtheke.
In der Lebenszeit einer Milchkuh kalbt diese circa drei bis vier Mal. Die Kälber werden zeitnah von der Mutterkuh getrennt – denn ihre Milch ist für den Menschen bestimmt und nicht für das Kalb. Die männlichen Kälber gehen entweder in die Kälbermast (fünf bis sechs Monate) oder in die Bullenmast (15 bis 18 Monate) und werden anschließend geschlachtet. Den weibliche Kälbern ist  entweder eine Zukunft als Milchkuh vorherbestimmt oder sie wandern, wie ihre männlichen Artgenossen, in die Kälbermast.

Männliche Küken als Abfall

Nicht anders läuft es in der Produktion von Eiern ab. In befruchteten Eier reifen entweder Hähne oder Hennen heran. Da in der Fleischindustrie spezielle Hühnerlinien genutzt werden, legen diese als Legehenne entweder viele Eier oder haben als Masthühner einen hohen Fleischansatz. Männliche Küken von Legehennen können natürlich keine Eier legen. Auch zur Mast taugen sie nicht, weil sie weniger Fleischansatz haben als Masthühner. Sie haben dadurch keine Wert und werden kurz nach dem Schlüpfen getötet. Entweder sie landen im Schredder oder werden vergast.

2. Umweltschutz – Futtermittelproduktion verbraucht einen Großteil der weltweiten Ackerflächen

Circa 90% der weltweiten Soja-Ernte und 50% des weltweit angebauten Getreides wird ausschließlich zur Tiermast verwendet. Dies ist ein sehr verschwenderischer Weg, um die notwendigen Kalorien für die Ernährung zu bekommen. Denn für die Produktion von 1kg Fleisch braucht es 22kg Getreide und 20.000l Wasser. [Quelle: Ist vegane Ernährung gesund?]
Würden sich alle Menschen vegetarisch ernähren, würde zwar die Zahl der Masttiere sinken, doch ohne Futtermittelproduktion könnte der weltweit steigende Bedarf an Milch, Käse, tierischen Fetten und Lederprodukten nicht befriedigt werden.

Nicht zu vernachlässigen ist der Beitrag der konventionellen Landwirtschaft mit Gülle Kunstdünger zum Klimawandel. Durch dessen Folgen wie starke Niederschläge oder lange Trockenzeiten kommt es in einigen Regionen zu Hungersnöten. Klimaflüchtlinge sind die Folge.

3. Menschenschutz – vegane Ernährung reduziert Landgrabbing

Als Landgrabbing oder Landraub bzw. Landnahme wird die oftmals gewaltätige Aneignung von Landflächen bezeichnet. Auftraggeber sind internationale Agrarkonzerne, Banken, Pensionskassen oder andere mächtige Institutionen oder Gruppen. Die ansässige Bevölkerung verliert damit die Möglichkeit, selbst Nahrungsmittel für den Eigenverbrauch oder als Einkommensquelle anzubauen. Vertreibung, Flucht und Armut sind die Folgen. Auf den illegitim angeeigneten Agrarflächen werden dann Agrarprodukte für den Weltmarkt produziert. Also auch Futtermittel für die Tiermast. Schätzungen zufolge, gehen weltweit von 50 Millionen bis 220 Millionen Hektar Ackerland aus, die durch Landgrabbing enteignet wurden. Zum Vergleich: die EU hat eine Fläche von 180 Millionen Hektar.

Landlosenbewegung – die Opfer von Landgrabbing organisieren sich

Im „Sojagürtel“ von Südamerika werden hauptsächlich Sojabohnen für die europäische Tierhaltung angebaut. Dieser erstreckt sich über Brasilien, Paraguay und Argentinien. In riesigen Monokulturen werden hier mit hohem Einsatz von Pestiziden und Dünger gentechnisch verändertes Soja angebaut. Das Nachsehen haben zehntausende Bauern und Bäuerinnen, die von ihren Feldern vertrieben wurden. Denn je größer die Monokulturen sind, desto eher rentiert sich die kapitalintensive Landwirtschaft mit teurem Saatgut und High-Tech Landwirtschaftsmaschinen. Die Vertriebenen haben sich zu zahlreichen Landlosenbewegungen zusammengeschlossen. Die größten sind zum Beispiel die international ausgerichtete Organisation La Via Campesina (dt.: der bäuerliche Weg) oder in Brasilien die Movimento dos Sem Terra (dt.: Bewegung der Landarbeiter ohne Boden). Beide setzen sich für eine Landreform und eine gerechte Justiz ein. Sie kritisieren die Willkür von Polizei und Militär in den betroffenen Ländern und den Einfluss von großen multinationalen Agrarkonzernen auf Politik. Werden Feldfrüchte direkt gegessen (also vegan – ohne Umweg über Tiere) ist Flächenverbrauch nur ein Bruchteil im Vegleich mit Futtermittelanbau.

Vegan ist das konsequente Vegetarisch

Die Art und Weise wie wir uns ernähren hat großen Einfluss auf die Umwelt und die Lebensbedingungen der Menschen, die direkt oder indirekt von der Nahrungsmittelproduktion betroffen sind. Die Weg der Nahrungsmittel ist viel weiter als nur bis zum nächsten Supermarkt. Die Produktionskette vieler Nahrungsmittel (besonders von tierischen Produkten) reicht quer über den gesamten Globus. Die Änderung von einer fleischhaltigen Ernährungsweise hin zu einem vegetarischen Konsumstil geht in die richtige Richtung. Vegetarismus ist ein sinnvolles Übergangsstadium hin zum Veganismus. Wer vegan lebt, entscheidet sich konsequent für den Schutz von Menschenrechten, sowie Tier- und Umweltschutz.


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Buch-Rezension: Die Ökofalle – Nachhaltigkeit und Krise (Christoph Spehr)

Öko liegt im Trend und nachhaltige Lebensstile werden für immer mehr Menschen ein Thema. Doch warum hilft dies nicht den gegenwärtigen Trend im Ressourcenverbrauch zu stoppen? Spehr zeigt, warum ein grüner Kapitalismus die Probleme nicht lösen wird und ohne eine Herrschaftskritik, ökologische Lebensstile sinnlos sind. „Buch-Rezension: Die Ökofalle – Nachhaltigkeit und Krise (Christoph Spehr)“ weiterlesen

Ökologischer Fußabdruck – seit dieser Woche zerstören wir unsere Lebensgrundlage

Am 1. August  2018 war der Tag, an dem wir alle erneuerbaren Ressourcen der Erde für dieses Jahr aufgebraucht haben. Für den Rest des Jahres betreiben wir Raubbau an der Natur und leben über unsere ökologischen Grenzen. Wie hat sich unser ökologischer Fußabdruck verändert und wie steht es im Ländervergleich?

World Overshoot Day – der Tag an dem wir über die Verhältnisse leben

Das Global Footprint Network errechnet für jedes Jahr den Zeitpunkt, an welchem wir jedes Jahr die ökologische Belastungsgrenze für das Leben auf der Erde erreichen. Der Earth Overshoot Day  für das Jahr 2018 war diese Woche. Dies bedeutet, dass wir für den Rest des Jahres mehr Wälder abholzen, als nachwachsen können, mehr Fische fangen, als für die Erholung der Fischbestände benötigt werden und mehr CO2 durch die Verbrennung von Öl und Kohle ausstoßen, als die Wälder und Ozeane absorbieren können.

Verbrauch an Erden pro Land, wenn alle denselben Lebensstil hätten (Daten: 2016 www.overshootday.org)
Verbrauch an Erden pro Land, wenn alle denselben Lebensstil hätten (Daten: 2016 www.overshootday.org)

Wie wird der ökologische Fußabdruck berechnet?

Das Footprint Network ist eine Forschungseinrichtung, die sich der Berechnung von regionalen und nationalen Flächenverbräuchen widmet. Zu diesem Zweck werden wie in einem Buchhaltungssystem die Flächen an intakten Biosystemen berechnet, die Menschen in einer Region brauchen, um ihre Konsumbedürfnisse zu befriedigen. Zum Beispiel für die Menge des Fleisch- und Fischkonsums wird die notwendige Fläche berechnet, die an Weideland und Fischereigebieten notwendig ist, um diesen Bedarf zu decken. Alle Flächenanteile für die Herstellung der Konsumgüter werden addiert und bilden damit den ökologischen Fußabdruck für die Menschen in einem Land. Der World Overshoot Day ist der Tag, an welchem alle Menschen auf der Welt die Ressourcen konsumiert haben, die auf unserem Planeten innerhalb seiner ökologischen Grenzen erzeugt werden können.

Eigenen Fußabruck berechnen

Wie ist dein ökologischer Fußabdruck? Dafür findes du im Netz verschiedene Rechner, die anhand von einzelnen Fragen deinen Flächenverbrauch berechnen. So erfährst du, wie viele Erden benötigt würden, wenn alle deinen Lebensstil hätten.

Ökologischer Fußabdruck der Menschheit wächst

Der Tag, an dem der World-Overschoot-Day ist, verlagert sich immer weiter an dem Jahresanfang. Das heißt, trotz Zunahme von ökologischem Bewusstsein in der Bevölkerung, wächst der Ressourcenverbrauch der Menschheit. 1971 war das Jahr, an dem die Menschheit erstmals am 21. Dezember alle Ressourcen für das laufende Jahr vor Jahresende verbraucht hatte. Dieser Tag verschob sich von von Jahr zu Jahr immer weiter in Richtung Jahresbeginn – bis zum 1. August 2018.

Armut ist ökologisch vorteilhaft

Hätte alle Menschen den Flächenverbrauch von Indien, würden wir prima auf unserem einen Planeten leben können – es wäre eine global nachhaltige Gesellschaft. Erstaunlich ist, dass je ärmer die Bevölkerung eines Landes ist, desto ökologischer lebt sie. In der Studie wurden 150 Länder miteinander verglichen. Die EinwohnerInnen von Eritrea leben am nachhaltigsten. Dicht gefolgt von der Bevölkerung von Osttimor und Haiti. Den größten Flächenverbrauch pro Kopf hat Luxembourg, Australien, USA und Kanada.

Ländervergleich – Unterschiede im Lebens- und Konsumstil

Die Studie vom Footprint Network unterscheidet einzelne Länder und berechnet den Flächenverbrauch der notwendig wäre, wenn alle Menschen den Lebens- und Konsumstil der EinwohnerInnen dieses Landes hätten. Das Land mit dem größten Fußabdruck ist Australien mit 5,4 Erden, dicht gefolgt von den USA mit 4,8 Erden. Da Australien eher dünn besiedelt ist, reicht die Fläche von Australien aus, um alle EinwohnerInnen zu versorgen. Die USA allerdings bräuchte eine Fläche, die mehr als doppelt so groß wäre, wie das eigene Land. Deutschland steht mit 3,1 Erden auf Platz 6 und bräuchte ebenso mehr als die doppelte Landesfläche. China steht auf Platz 12 und wir bräuchte nur 2,0 Erden, wenn wir alle in China leben würden.

Armut ist ökologisch vorteilhaft

Hätte alle Menschen den Flächenverbrauch von Indien, würden wir prima auf unserem einen Planeten leben können – es wäre eine global nachhaltige Gesellschaft. Erstaunlich ist, dass je ärmer die Bevölkerung eines Landes ist, desto ökologischer lebt sie. In der Studie wurden 150 Länder miteinander verglichen. Die EinwohnerInnen von Eritrea leben am nachhaltigsten. Dicht gefolgt von der Bevölkerung von Osttimor und Haiti. Den größten Flächenverbrauch pro Kopf hat Luxembourg, Australien, USA und Kanada.

Warum China ökologischer ist als gedacht

Durch die Bevölkerungsgröße (ca. 1,4 Mrd) ist China das Land, was global den größten Flächenverbrauch hat. Gleich danach kommt die USA mit nur 0,32 Mrd EinwohnerInnen und dann Indien (1,2 Mrd) und Russland mit 0,14 Mrd EinwohnerInnen. Dies zeigt, dass China und Indien zwar einen hohen Flächenverbrauch haben, aber pro Kopf betrachtet sehr viel ökologischer leben als wir in Europa, Nordamerika oder Japan. Erst ein umweltschädlicher Konsumstil mit Flugreisen, Privatauto, Einfamilienhaus und fleischreicher Ernährung machen es möglich, dass der Flächenverbrauch viel höher ist, als unser Ökosystem verkraften kann. Aus diesem Grund ist der ökologische Fußabdruck in hoch industriealisierten Ländern so hoch.


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Campingkocher als Holzvergaser – Kochen ohne Gas und Müll

Taugen Holzvergaser fürs Camping? Einen Erfahrungsbericht zu diesem Modell gibt es hier. Gaskocher für Camping oder Survival-Wanderungen haben einen großen Nachteil: wenn das Gas der Gaskartusche leer ist, ist es vorbei mit dem Kochen. Die Alternative sind Holzgaskocher. Brennstoff aus Ästen lässt sich überall dort finden, wo auch Bäume sind. Der Artikel beschreibt, wie ein Holzvergaser-Campingkocher funktioniert.

Vom Hobo-Stove zum Holzvergaser-Kocher

Aus Konservendosen können sich einfache Holzkocher auch unterwegs leicht selbst gebaut werden. Solche Hobo-Stoves sind aber relativ ineffizient. Sie brauchen viel Holz, dass kontinuierlich nachgelegt werden muss und brennen teilweise nur unter starker Rauchentwicklung. Auch liegt die Temperatur der Flammen weit unterhalb von Gaskochern. Wer also Geduld mitbringt und CO2-neutral den Outdoor-Kaffee kochen möchte, hat mit Holz als Brennstoff eine gute Alternative.

Vom Holzfeuer zum Holzvergaser

In einem Hobo-Kocher wird das Holz wie in einer kleinen Feuertonne verbrannt. Kalte Luft wird durch Löcher am Boden der Dose von außen angesaugt und verbrennt das Holz in der Konservendose. Löcher am oberen Rand sorgen dafür, dass die Verbrennungsgase abziehen können und Luft von unten nachströmen kann. Holzvergaser verbrennen das Holz nicht direkt. Sie entziehen dem Holz erst das brennbare Holzgas. Dieses besteht aus:

  • Kohlendioxid (49%)
  • Kohlenmonoxid (34%)
  • Methan (13%)
  • Wasserdampf (abhängig von der Trockenheit vom Holz)

Kohlenmonoxid (CO) ist hochgiftig, aus diesem Grund dürfen diese Holzvergaser nur im Freien benutzt werden, da sonst Erstickungsgefahr besteht! Holzgas als Gasgemisch hat einen Heizwert von 8,5 MJ/m3. Propan, welches in Gaskartuschen von Gaskochern verwendet wird dagegen 93,2 MJ/m3 – ist also bedeutend energiereicher.

Wie funktioniert ein Holzvergaser-Kocher?

Das Prinzip der Holzvergasung ist die Pyrolyse. Unter Sauerstoffmangel wird das Holz erhitzt, wodurch Holzgas frei wird. Dieses kann nach Durchmischung mit Sauerstoff entzündet werden. Im Holzvergaserkocher wird in der Pyrolysezone das Holz durch ein erstes Holzfeuer erwärmt, bis die Pyrolyse einsetzt. Bei diesem Prozess wird das Holz in Holzgas und Asche zersetzt. Das Holzgas steigt auf und wird am oberen Rand mit sauerstoffreicher Heißluft vermischt und verbrennt. Die Heißluft wurde vorher durch Löcher am unteren Rand des Kochers von außen eingesogen und erwärmt sich an der innen liegenden Wand der Pyrolyse-Kammer.

Steckbarer Holzvergaser-Kocher aus Edelstahl

Wie ein tragbarer Holzkocher für das Camping aussehen kann, zeigen folgende Bilder. Er ist aus robusten Edelstahl hergestellt und lässt sich auf ein kleines Packmaß zusammenstecken. Es werden verschiedene Versionen ab circa 16€ angeboten, wie z.B. Holzofen von Aokay*.

Holzvergaser-Campingkocher von Aokay*

Ein ausführlicher Test dieses Holzgaskochers habe ich hier geschrieben.

Holzvergaser im Transport-Zustand
Holzvergaser im Transport-Zustand

Im Transport-Zustand ist der Holzgas-Kocher 7cm hoch und hat einen Durchmesser von 13cm. Zusammengesteckt ist er dann 16cm hoch. Klappbare Topfhalter können für große Töpfe nach außen geklappt werden.

zusammengesetzter Holzvergaser-Kocher
zusammengesetzter Holzvergaser-Kocher

Einen ausführlicher Test dieses Holzgaskochers habe ich hier geschrieben. Diese Version von Holzgaskochern kommen ohne jegliche Lüfter und Batterien aus. Dafür erfordert es einige Übung, den Kocher zu bedienen.

Elektrische Holzvergaser-Campingkocher

Teurere Modelle unterstützen das Anzünden des Kochers durch einen kräftigen Luftstrom. Dadurch entwickelt die Brennkammer schneller die notwendige Temperatur für die Pyrolyse. Solch ein Modell ist beispielsweise der Holzvergaser-Campingkocher von BioLite* Dieser verfügt über einen internen Akku, welches durch das Holzfeuer wieder geladen werden kann. So kann beim Kocher gleich das Smartphone über USB aufgeladen werden.

Elektrischer Holzvergaser Campingkocher von BioLite
Elektrischer Holzvergaser Campingkocher von BioLite*

Der Lüfter bringt beim Anmachen des Kochers genügend Sauerstoff in die Brennkammer. So kommt er schnell auf die notwendige Temperatur, damit die Pyrolyse startet. Vorteil ist, dass der Kocher weniger raucht und nicht in den ersten Minuten unvermittelt ausgeht. Das spart Zeit und Frust, wird aber mit zusätzlichem Gewicht erkauft. Aber die Möglichkeit elektronische Geräte durch den eingebauten Generator laden zu können, ist ein unschätzbarer Vorteil.


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Definition Nachhaltigkeit: Kritik des Drei-Säulen-Modells aus ökologischer, ökonomischer und sozialer Nachhaltigkeit

Gewichtetes Drei-Säulen-Modell der Nachhaltigkeit als Verbesserung zum alten Modell von 1998 (Quelle: TransitionsBlog.de)

Was ist nachhaltig? Nachhaltigkeit wird oft gefordert – vielen ist aber unklar, was es genau bedeutet. Durch das Drei-Säulen-Modell aus sozialer, ökologischer und ökonomischer Nachhaltigkeit hat die Definition einen enormen Bedeutungsverlust erfahren. Was ist die Kritik an dem Modell und warum ist es nicht geeignet, nachhaltige Entwicklung zu fördern?

Drei-Säulen-Modells: ökologische, soziale und ökonomische Nachhaltigkeit

Eine Definition, die sich weit verbreitet hat ist das Drei-Säulen-Modell. Es wurde 1998 im Abschlussbericht der Enquete Kommission des Deutschen Bundestages „Schutz des Menschen und der Umwelt – Ziele und Rahmenbedingungen einer nachhaltig zukunftsverträglichen Entwicklung“ vorgestellt. Um Nachhaltigkeit zu erfassen, wurden drei Dimensionen definiert: ökologische, soziale und ökonomische Nachhaltigkeit. Durch Handlungsziele in allen drei Dimensionen soll sichergestellt werden, dass die heutige Gesellschaft nicht auf Kosten der Enkel und Urenkel lebt.

Ökologische Nachhaltigkeit

  • erneuerbare Ressourcen sollen nur in dem Maße ausgebeutet werden, wie sie nachwachsen
  • nicht-erneuerbare Ressourcen sollen nur in einem Umfang verbraucht werden, wie diese gleichzeitig durch erneuerbare Ressourcen ersetzt werden können
  • Umweltverschmutzung und Treibhausgasemissionen sollen sich im Rahmen der Aufnahmekapazität der Umweltmedien bewegen
  • Gefahren für die menschliche Gesundheit durch anthropogene Einwirkungen sollen vermieden werden

 Ökonomische Nachhaltigkeit

  • persönliche Initiative soll gefördert werden
  • Eigeninteresse soll in den Dienst des Gemeinwohls gestellt werden
  • Preise sollen eine Lenkungsfunktion auf dem Markt wahrnehmen: sollen Knappheit der Ressourcen, Senken, Produktionsfaktoren, Güter und Dienstleistungen wiedergeben
  • Wettbewerb ist so zu gestalten, dass funktionierende Märkte entstehen, die durch Innovationen die Anpassung an zukünftige Erfordernisse gewährleistet
  • ökonomische Leistungsfähigkeit einer Gesellschaft sollen qualitativ und quantitativ gesteigert werden oder zumindest konstant gehalten werden

Soziale Nachhaltigkeit

  • Menschenwürde und Entfaltung der Persönlichkeit für jetzige und zukünftige Generationen
  • jedes Mitglied der Gesellschaft erhält Leistungen aus den sozialen Sicherungssystemen (nach geleisteten Beiträgen oder nach Bedürftigkeit)

Kritik des Drei-Säulen-Modells

Alle drei Dimensionen diese Modells der Nachhaltigkeit weisen Schwachstellen auf. Allgemein sind die Formulierungen ungenau, weshalb es schwierig konkrete Handlungsmöglichkeiten aus dem Modell abzuleiten. Auch über die Art und Weise, wie die Änderung unserer Gesellschaft durch nachhaltige Entwicklung erreicht werden kann, bleibt unklar.

Fehlende Priorisierung: ohne intakte Umwelt keine Gesellschaft – Ökologie als Basis für menschliches Leben

Die drei Dimensionen werden als gleichrangig dargestellt. Die Theorie geht zwar davon aus, dass sie integrativ betrachtet werden sollen, doch die Säulen bauen aufeinander auf. Denn ohne eine intakte Natur ist unsere Gesellschaft nicht möglich. Nur sie versorgt uns mit dem lebenswichtigen Elementen wie saubere Luft, Trinkwasser und fruchtbare Böden für die Landwirtschaft. Die Ökonomie ist die Organisation, wie wir diese Ressourcen nutzen, um Güter herzustellen und diese zu verteilen. Aus diesem Grund wurden verschiedene Modelle abgeleitet, wie z.B. das gewichtete Drei-Säulen-Modell, das Ein-Säulen-Modell oder die Nachhaltigkeitspyramide.

Unklare Belastbarkeit der Umweltmedien – wie stark darf die Klimaerwärmung sein?

Nach wie vor ist sich die Wissenschaft uneinig darüber, wie belastbar die Umweltmedien tatsächlich sind. Das komplexe System mit gegenseitigen Abhängigkeiten sind noch nicht komplett verstanden. Aus diesem Grund sind Belastbarkeitsgrenzen eher Vermutungen, statt gesicherte Fakten. Wichtige Schlüsselstellen beim Klimawandel sind die sogenannten „Tipping Points“ – Kipp-Punkte im Klimasystem, bei deren Überschreitung unvorhersehbar tiefgreifenden Änderungen im globalen Klimasystem ausgelöst werden. Solche Kipp-Punkte sind beispielsweise Methan-Emissionen aus den auftauenden Permafrostböden oder vom Grund der Ozeane, Veränderungen in der ozeanischen Zirkulation im Nordatlantik oder das Schmelzen des Meereises und der Gletscher mit der damit verbundene Abnahme der Albedo (Reflektion von Sonnenstrahlen an weißen Gletscher- und Schneeflächen). Deren Einflüsse auf den Klimawandel sind noch unklar, weshalb genaue Kapazitätsgrenzen nicht formuliert werden können. Aus diesem Grund ist es wichtig sofort zu handeln, weil die reale Gefahr besteht, solche Kipp-Punkte gerade zu überschreiten oder schon überschritten zu haben.

Trugschluss grüner Kapitalismus: Festhalten an marktbasierten Lösungen ist gescheitert

Viele Fakten weisen darauf hin, dass marktbasierte Lösungen (z.B. Einpreisung von Umweltschäden bei der Produktion oder Handel mit Emissionsrechten),  bislang gescheitert sind. Die erhoffte Lenkungsfunktion durch die Preisbildung am Markt hat versagt. Weltweit erleben wir einen globalen Anstieg von umweltschädigenden Konsumstilen: Flugreisen nehmen zu, der Fleischkonsum wächst und die Ausbeutung und Verbrennung von fossilen Energierohstoffen (Erdöl, Erdgas, Kohle) wächst, bis die Lagerstätten erschöpft sein werden. Auch der Versuch des Handels mit Emissionrechten, kann als gescheitert angesehen werden. Das Konzept, den Ausstoß an klimarelevanten Treibhausgasen an Gebühren zu knüpfen und als Emissionszertifikat auf dem Markt handelbar zu machen scheiterte daran, dass zu viele Zertifikate ausgestellt wurden. So brach der Preis für die Verschmutzungsrechte ein und die erhoffte Emissionsreduktion erfolgte nicht, da Umweltschutz für die Konzerne keinen finanziellen Anreiz darstellte.

Soziale Produktionsstandards spielen bei Kaufentscheidungen kaum eine Rolle

Die Formulierung von sozialen Zielen bei der nachhaltigen Entwicklung ist sehr ungenau. Sie betont die Wichtigkeit von sozialen Sicherungssystemen, doch wie sieht die globale Realität aus? Mindeststandards wie existenzsichernde Löhne, sichere Arbeitsverträge, Kranken- und Rentenversicherung oder ausreichend Arbeitsschutz sind für viele ArbeitnehmerInnen ein unerreichbares Ziel. Im Bericht der International Labour Organisation „Kernarbeitsnormen der ILO – Gute Arbeit weltweit!“ wird aufgezeigt, wie weltweit das Recht auf Koalitionsfreiheit für gewerkschaftliche Arbeit behindert wird und in vielen Ländern immer noch Zwangsarbeit, Kinderarbeit oder Diskriminierung am Arbeitsplatz an der Tagesordnung sind. Da die Lieferketten für die Einzelteile unsere Computer oder T-Shirts über den gesamten Globus laufen, ist es eher die Regel dass bei deren Produktion soziale Mindestsstandards nicht beachtet wurden.

Unsere Billig-Produkte = schlechte Löhne bei der Produktion

Das Drei-Säulen-Modell der Nachhaltigkeit übersieht hier die Verflechtung einer international agierenden Arbeitsteilung bei der Produktion. Die soziale Arbeitsstandards vom Verkäufer in Deutschland haben nichts mit den fehlenden Standards der Näherinnen in Bangladesh zu tun, die die Jeans nähten, die er verkauft. Durch den geringen Preis der Jeans profitieren wir aber direkt davon, dass die Näherinnen in Bangladesch keinen angemessenen Lohn für ihre Arbeit bekommen. Auch die Umweltschäden, die durch die Produktion der Baumwolle (Brandrodung, Pestizide, Dünger), der Farben und durch den Transport der Hose entstanden sind, werden nicht behoben. Würden Umweltschutz und soziale Mindeststandards mit in den Preis einfließen – würden viele bestimmt weniger Hosen kaufen. Eine Preisbildung, die diese Aspekte berücksichtigt, ist Fairer Handel. Doch dieser führt immer noch ein Nischendasein.
Diese Punkte zeigen auf, dass nachhaltige Entwicklung auf Grundlage des Drei-Säulen-Modells schwer geplant werden kann. Die Ziele sind nicht genau definiert, konkrete Handlungsanweisungen fehlen und es existiert keine besondere Relevanz für die Ökologie. Diese ist aber die Grundlage menschlichen Lebens.

Starke Nachhaltigkeit als Gegenkonzept zum Drei-Säulen-Modell

Das Konzept der Starken Nachhaltigkeit geht zurück auf Konrad Ott und Ralf Döring. Es legt den Schwerpunkt auf die Ökologie. In der ökologischen Dimension gibt es einen Grundbestand an den Ressourcen der Natur, die geschützt werden müssen: also gesunde Wälder, saubere Gewässer, schadstofffreie Luft. Diese Ressourcen werden als nicht austauschbar angesehen und sollen erhalten und nach Möglichkeit ausgebaut werden. Austauschbarkeit bedeutet im unkritischen Drei-Säulen-Modell, dass von einer Säule etwas weggenommen werden kann, wenn es einer anderen Säule zugute kommt. Eine weitere Abholzung der Regenwälder (Ökologie) könnte demnach durch weniger Treibhausgase aus Kohlekraftwerken (Ökonomie) kompensiert werden. In der Denkweise der Starken Nachhaltigkeit sind natürlichen Ressourcen nicht austauschbar und müssen deshalb unter allen Umständen geschützt werden. Auch wenn dies zu Lasten der anderen Dimensionen geht. Denn nur eine intakte Natur ist die Grundlage, die es späteren Generation überhaupt erst ermöglicht auf der Erde zu leben.

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Kunststoff Recycling zu Hause: HDPE aus Plastikabfall

Recycling-Code Nr. 2 für HDPE auf einer Kunststoff-Verpackung für Waschmittel (Quelle: Transitionsblog.de CC BY-SA 3.0)

Kunststoff-Verpackungen aus HDPE umgeben uns in vielen Bereichen im Haushalt. Warum ist Polyethylen als Werkstoff für DIY Ideen so praktisch und wie lässt sich der Kunststoff von anderen Plastik-Sorten unterscheiden? Hier erfährst, wie du HDPE im Haushaltsmüll erkennst und warum es der beste Kunststoff für die ersten Recycling-Experimente ist.

Plastik-Alleskönner: Eigenschaften von HDPE

HDPE steht für High-Density-Polyethylene, also Polyethylen mit hoher Dichte. Dieses wird als harter Kunststoff in vielen Plastikprodukten in unserem Alltag eingesetzt. Zum Beispiel als Plastik-Deckel für Tetra-Packs und Getränkeflaschen, als Behälter für Shampoo und Waschmittel oder als Material für Regentonnen, Kanister oder Yoghurt-Bechern. Ebenso gibt es auch Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE – Low-Density-Polyethlene), welches als weicher Kunststoff vorwiegend für Plastiktüten oder z.B. in biegsamen Plastik-Deckeln von Brotdosen eingesetzt wird.

Plastik-Verpackungen aus Polyethylen (HDPE) im Haushalt
Plastik-Verpackungen aus Polyethylen (HDPE) im Haushalt

Unterschiede zu anderen Kunststoffsorten

Kunststoffe lassen sich grob in drei Sorten einteilen: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Elastomere sind weich und können unter Druck kurzzeitig ihre Form verändern, sind also elastisch. Duroplaste ist hart und spröde. Es kann seine Form nicht verändern. Durch Druck und Hitze wird es zerstört. Thermoplaste hingegen ist auch fest, schmilzt aber bei hohen Temperaturen und kann dann in eine neue Form gebracht werden. Nach dem Abkühlen ist es wieder fest und behält sein neue Form bei. Polyethylen ist ein thermoplastischer Kunststoff. Ohne Farbstoffe ist es ein milchig-trüber, fester Kunststoff. Ab einer Temperatur von 130°C beginnt er langsam zu schmelzen. Seine Oberfläche ist eher wachsartig und nicht so glatt und fest wie von PET-Flaschen. Aufgrund seiner Dichte schwimmt er auf Wasser – dadurch kann er z.B. von Polystyrol unterschieden werden, welches eine geringfügig höhere Dichte als Wasser hat und deswegen untergeht. Da HDPE relativ unempfindlich gegen viele Chemikalien ist, wird er viel für Behälter für Haushaltschemikalien eingesetzt.

Polyethylen erkennen: Recycling-Code und Abkürzungen auf Plastik-Verpackungen

Um die Sortierung unterschiedlicher Kunststoffe zu erleichtern, hat sich die Kunststoff-Industrie auf eine einheitliche Kennzeichnung geeinigt. Auf Plastik-Verpackungen findet sich ein Recycling-Code, der Auskunft über den Kunststoff gibt. Das Recycling-Symbol besteht aus einer Pyramide aus drei Pfeilen, die eine Zahl oder Buchstabenkombination umschließen. Für Polyethylen hoher Dichte steht der Recycling-Code „2“ oder auch „02“. Alternativ wird der Zahlencode auch durch die Buchstabenkombination PE (Polyethylen) oder auch HDPE bzw. PE-HD ersetzt. Oftmals besteht ein Plastik-Produkt aus unterschiedlichen Kunststoffen. Jedes Kunststoffteil sollte einen eigenen Code tragen. Plastik-Flaschen sind oft aus PET (Recycling-Code 01) und der Deckel dazu aus HDPE. Meine Brotdose besteht aus Polypropylen (PP bzw.  Recycling-Code 05) und der Verschluss aus LDPE (04).

HDPE als DIY Werkstoff zum basteln und bauen

Statt Kunststoffe im Baumakrt zu kaufen, bietet Recycling viele ökologische Vorteile. Besonders vor dem Hintergrund, dass industrielles Recycling von Kunststoff-Müll im Rahmen vom Grünen Punkt kaum stattfindet und noch oft in der Müllverbrennung landet. Nachhaltiger ist das eigene Recycling zu Hause. Die Vorteile von HDPE sind seine hohe Verfügbarkeit, einfache Bearbeitung mit Holzwerkzeugen und die geringe Schmelztemperatur. Um es auf den Punkt zu bringen: es lässt sich einfach schmelzen, schweißen, bohren, sägen und ist dennoch fest und widerstandsfähig.

Plastiktüten mit Bügeleisen zu robusten Folien verarbeiten

Plastiktüten und Folien aus LDPE lassen sich mit einem Bügeleisen zu robusten Folien verschweißen.

Plastiktüten in LDPE lassen sich mit dem Bügeleisen zu festen Folien verschweißen
Plastiktüten in LDPE lassen sich mit dem Bügeleisen zu festen Folien verschweißen

Viele Tüten übereinander ergeben nach dem Verschweißen eine robuste Folie, die wie Leder vernäht oder mit anderen Folien zusammengefügt werden kann.


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