Der Stromkrieg um 1890
Um 1890 begann sich in den USA die Elektrifizierung der Städte und vor allem der Industrien durchzusetzen. Marktführer war der Erfinder Thomas Alva Edison mit seiner Firma Edison General Elektric, der ein 110V-Gleichspannungsnetz etablieren wollte. Sein Konkurrent George Westinghouse, der unter anderem von Nicola Tesla beraten wurde, erkannte jedoch die Schwierigkeiten, die eine Energieübertragung bei einer so geringen Spannung mit sich bringen musste. Je mehr Leistung das Netz lieferte, umso höher war der Stromfluss in den Kabeln und somit auch der Spannungsabfall allein am Transportweg. Um eine flächendeckende Versorgung zu gewährleisten, müssten sehr viele ortsnahe Kraftwerke errichtet werden. Für die gängige Praxis war diese Lösung also allein aus technischer Sicht untauglich.
Temperatureinfluss auf dem elektrischen Widerstand
Der Widerstand eines elektrischen Leiters verändert sich mit der Temperatur. Dies gilt auch für Kupferleiter, die zur Hochspannungsübertragung verwendet werden und als Freileitungen im besonderen sehr starken Temperaturschwankungen über die Tages- und Jahreszeiten ausgesetzt sind. Sollen die Leitungen sowohl in klirrend kalten Jahreszeiten als auch in heißen Sommermonaten zuverlässig funktionieren, dann dann genügt es nicht, lediglich die Beziehungen aus Querschnitt, Länge und dem spezifischen Widerstand zu betrachten.
Problemfall: Neodym
Neodym (Nd, Ordnungszahl: 60) gehört zu den so genannten "seltenen Erden". Neodym wurde erstmals vom österreichischen Chemiker Carl Auer von Welsbach isoliert. Auer von Welsbach gehört zu den Mitbegründern des bekannten Leuchtmittelherstellers OSRAM und erfand den Zündstein, der noch heute die Grundlage der Einweg-Feuerzeuge ist. Seine Entwicklungen und sein Schaffen kann im Auer von Welsbach-Museum in Althofen (Kärnten, Österreich) besichtigt werden: http://www.auer-von-welsbach-museum.at/de/
Die meisten derzeit bekannten und erschlossenen Vorkommen befinden sich in China. Neodym und andere seltene Erden sind jedoch erforderlich für die Herstellung von moderner Kommunikationselektronik, von leistungsfähigen Mini-Motoren, für Akkuschrauber und nicht zuletzt von Windkraftgeneratoren. Magnete, die aus Eisen-Neodym-Bor gefertigt werden, erreichen eine Remanenz von weit über 1 T und können eine Koerzitivfeldstärke von fast 2800 kA/m haben. Mit derartig starken Magneten können leistungsfähige Generatoren gebaut werden, die dennoch extrem klein und leicht sind. Diese Anforderungen stellen moderne Windkraftwerke.
Die Gewinnung von Neodym ist mit großen Umweltbeeinträchtigungen verbunden. So werden unter anderem Uran und giftiges Thorium freigesetzt. Die in China gängigen Standards im Bergbau entsprechen nicht denen Europas. Das ruft Kritiker von Windkraftanlagen mit Neodymgeneratoren auf den Plan und führt zu weiteren Widerstand gegen regenerative Energietechnologien. Dies ist allerdings erheblich zu kurz gesprungen, denn so gut wie kein Widerstand regt sich gegen moderne Akku-Staubsauger und gegen gefärbtes Glas, bei dessen Herstellung Neodym seit Jahrzehnten eine große Rolle spielt.
Es sei allerdings weiterhin erwähnt, dass auch die Förderbedingungen für Kohle in China nicht den europäischen Standards entsprechen und natürlich auch beim Abbau von Uran, was für den Betrieb von Kernkraftwerken benötigt wird, ganz erhebliche Umweltschäden in Kauf genommen werden. Es wäre also unfair, allein das Argument des umweltschädlichen Neodym-Abbaus ins Feld zu führen und dafür den weiteren Betrieb von Kernkraftwerken und die Nutzung fossiler Brennstoffe mit drastischen Konsequenzen für Mensch und Umwelt zu akzeptieren. Windkraftanlagen sind also auch beim Einsatz von Generatoren mit Neodym eine insgesamt umweltfreundlichere Alternative zur Erzeugung elektrischen Stroms.
(rs/02-2012)
Mit Elektromagnetismus erklärbare Effekte
Mit den elektromagnetischen Grundlagen lassen sich verschiedene Effekte erklären, die in der Elektrotechnik eine wichtige Rolle spielen:
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Wirbelstom
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Skineffekt
Diese Effekte basieren auf dem Prinzip, dass wechselnde Magnetfelder in elektrischen Leitern Spannungen induzieren, die wiederum einen Strom treiben, wenn der Kreis geschlossen ist.
Magnetfeld einer Spule
Interessant wird nun die Annahme, ein gestreckter, Strom durchflossener Draht werde zu einem Kreis gebogen. Folgt man dem Draht nun in Stromrichtung und nimmt an, der Draht wäre rechtsläufig zum Kreis gebogen, dann wird das magnetische Feld von oben in die Mitte des Kreises verlaufen. An der Unterseite wird das Magnetfeld den Kreis verlassen. Dort wird also der magnetische Nordpol des Drahtkreises sein, was wieder – wie im Experiment, vgl. Beitrag „Ein Strom durchflossener Leiter“ – mit einer Kompassnadel nachgewiesen werden kann. Oberhalb des Kreises befindet sich demzufolge der Südpol.