Die ist zwar das Nanotechnologieforum, aber man könnte an dieser Stelle auch über Megatechnologieen sprechen. Der Unterschied in den Dimensionen könnte zwar größer nicht sein, aber dennoch stehen beide in enger Verbindung, da Projekte wie orbitale Türme, Terraforming oder gar Dyson-Spheren gerade wegen ihrer gigantischen Ausmaße und den enormen Anforderungen an Präzision und Belastbarkeit der Konstruktion nur mit Hilfe von Nanotechnologie realisiert werden können.
Neben der Frage ob und wie derartige Konstruktionen überhaupt realisiert werden können wäre natürlich auch interessant, warum man es tun sollte und was dafür und dagegen spricht.
Anläßlich der Lektüre des Romans "3001 - Die letzte Odyssee" von A.C.Clarke möchte ich diesen Bereich der Diskussion mit den orbitalen Türmen und Seilen beginnen. Darunter versteht man Konstruktionen, die von der Oberfläche eines Planeten bis in seinen stationären Orbit reichen. Die Idee derartiger Konstruktionen ist nicht neu und reicht bis zur Legende vom „Turmbau zu Babel“ zurück. Während man diese Idee jedoch lange Zeit als undurchführbar und gotteslästerlich hielt, wurde sie vom russische Ingenieur Yuri Artsutanov 1960 zum ersten mal ernsthaft in Erwägung gezogen und später von anderen Autoren als tatsächlich durchführbar erkannt.
Das Prinzip eines orbitalen Seils ist denkbar einfach: Man hängt ein Seil in den stationären Orbit eines hinreichend schnell rotierenden Planeten und verlängert es derart nach oben und unten, daß sich Schwerkraft und Zentrifugalkraft gegenseitig kompensieren, bis das untere Ende die Oberfläche des Planeten berührt. Dort wird es befestigt und noch ein kleines Stück nach oben verlängert, damit es sich durch die Zentrifugalkraft selbst stabilisiert.
Die Realisierung ist allerdings bedeutend schwieriger. Ein orbitaler Turm, der bis in die geostationäre Bahn reicht hatte eine Höhe von 36.000 km und würde mit seinem gesamten Gewicht auf sein Fundament drücken. Damit der Turm nicht einfach im Erdboden versinkt müßte sein Querschnitt zum Boden hin immer gerößer werden. Ein orbitales Seil, würde zwar keine Kräfte auf den Erdboden ausüben, hätte aber (bei konstantem Querschnitt) eine Länge von über 140.000 km. Die Zugbelastung, der das Material ausgesetzt ist liegt jenseits der Belastbarkeit aller bislang eingesetzten Baumaterialien. Zwar läßt sich die Belastung verringern indem das Bauwerk im unteren Bereich aus einem Turm und im oberen Teil aus einem orbitalen Seil zusammengesetzt wird, so daß die Druck- und zugbelastung im Fundament und im Orbit in der gleichen Größenordnung liegen, aber selbst dann wären alle bislang eingesetzten Baumaterialien überfordert. Noch bis vor kurzem galt der Diamant als einziger Werkstoff, der für die Realisierung derartiger Konstruktionen in frage kommt. Dies änderte sich 1985 mit der Entdeckung der Fullerene durch Richard F. Smalley, Robert F. Curl and Sir Harold W. Kroto, die im Jahre 1996 zurecht mit dem Nobelpreis für Chemie honoriert wurde. Für die Konstruktion von Megastrukturen sind dabei nicht die C60-Cluster, sondern die sogenannten Bucky-Tubes interessant. Diese Nanoröhren können theoretisch in beliebiger Länge hergestellt werden und zeichnen sich durch eine im Vergleich zum Stahl hundertfach höhere Belastbarkeit bei nur einem Viertel seiner Dichte aus. Dies macht sie zum idealen Werkstoff für Megakonstruktionen aller Art.
Mit der Entdeckung des geeigneten Werkstoffs ist es aber noch nicht getan. Es bleibt die Frage, wie man die gigantischen Mengen an Kohlenstofffasern in gleichbleibender Qualität produzieren und zu einem Bauwerk zusammensetzen soll. An dieser Stelle kommt die Nanotechnologie ins Spiel. Das gigantische Bauvorhaben wird am besten durch mikroskopische Maschinen realisiert, welche die gesamte Konstruktion aus einzelnen Atomen und Molekülen zusammensetzen. Zu diesem Zweck bringt man zunächst einige dieser Maschinen in eine geostationäre Umlaufbahn und versorgt sie dort mit den Rohstoffen, die sie brauchen, um sich selbst zu reproduzieren. Haben sie sich ausreichend vermehrt, Ordnet man sie an einer Konstruktion an, die dem gewünschten Querschnitt des zu errichtenden Bauwerkes entspricht oder gibt ihnen den Befehl sich selbst zu einer derartigen Struktur zusammenzuballen. Nun muß man sie nur noch mit Rohstoff und Energie versorgen und zusehen, wie das Seil immer länger wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Konstruktion von den Enden her verlängert wird, da die Zugbelastungen dort am kleinsten sind. Dem Menschen obliegt die Regulierung der Baugeschwindigkeit und die Versorgung der Nanomaschienen mit Rohstoffen, welche in Form von Asteroiden (kohlige Chondriten) in ausreichender Menge im All zur Verfügung stehen.
Es stellt sich natürlich die Frage, ob und wozu man ein derartiges Bauwerk errichten sollte. Diese Frage ist nicht einfach zu beantworten, da eine Reihe von Vor- und Nachteilen gegeneinander abgewogen werden müssen.
Zunächst die Vorteile:
- Lastentransport: Ein orbitales Seil ermöglicht es, Lasten mit einem elektrischen Aufzug in den Orbit eines Planeten zu transportieren oder von dort auf die Oberfläche zu bringen. Diese Methode ist wesentlich effizienter als jedes mobile Transportmittel und wäre sogar zum Nulltarif zu haben, wenn sich die nach oben transportierten Lasten mit den nach unten beförderten Lasten die Waage halten.
- Technologieentwicklung: Wie das Beispiel der Mondlandung gezeigt hat, führen Großprojete aller Art zu einer rasanten Entwicklung von Spitzentechnologien. In diesem Fall würden vor allem die Nanotechnologie und die Raumfahrt profitieren.
- Pestige: Das Bestreben des Menschen, sich mit monumentalen Bauwerken selbst Denkmäler zu setzen zieht sich durch die gesamte Geschichte. Die Sinnlosigkeit derartigen Tuns hat nicht verhindert, daß Steine zu Pyramiden oder Stahlträger zu einem Eifelturm zusammengesetzt wurden. Häufig war es sogar so, daß derartige Bauwerke als Sinnbild der Leistungsfähigkeit einer gesellschaft deren Zusammenhalt gefördert hat.
Dagegen stehen die Nachteile:
- Ressourcenbedarf: Auch wenn die eigentliche Arbeit sich praktisch von selbst erledigt, müssen sie notwendigen Ressourcen mit hohem Aufwand an Energie und Logistik zur Baustelle geschafft werden. Zudem verschlingen auch betrieb und Wartung einer derartigen Struktur unvorstellbare Ressourcen. Auch der Verwaltungsaufwand ist nicht zu unterschätzen beim Transport von Gütern muß die Corioliskraft überlistet werden. Dies geschieht am besten, indem ein kontinuierlicher Güterstrom in beide Richtungen aufrechterhalten wird. Kommt es hierbei zu Unregelmäßigkeiten, so gerät die gesamte Struktur in Schwingungen, die nur schwer zu kontrollieren sind. Ob der Aufwand, der beim Bau und Betrieb betrieben werden muß tatsächlich geringer ist, als bei mobilen Transportmitteln ist zu bezweifeln, zumal auch letztere von den Möglichkeiten der Nanotechnologie profitieren.
- Unfallrisiko: Sowohl beim Bau, als auch beim Betrieb des Turmes besteht das Risiko von Unfällen (z.B. durch Meteoriteneinschläge oder Zusammenstöße mit Raumfahrzeugen). Der schlimmste anzunehmende Unfall ist der Riß des Seils und der darauffolgende Kollaps seines unteren Endes. Dieses würde sich in Richtung Erde bewegen und dabei unter der Wirkung der Corioliskraft nach Osten neigen. Unter den dabei auftretenden Kräften würde es in Stücke gerissen werden, die oberhalb der Atmopsphäre einen riesigen Ring aus Trümmern bilden und innerhalb der Atmosphäre rings um den Äquator einschlagen würden. Der Obere Teil des Seils würde in einen höheren Orbit steigen und sich unter der Wirkung der Corioliskraft westwärts neigen. Das Ergebnis wäre eine Spur der Verwüstung, die sich quer um den Äquator zieht und eine Verseuchung des erdnahen Raumes mit Trümmern, welche eine ernsthafte Bedrohung der gesamten Raumfahrt darstellen. Die Beseitigung der Folgen eines derartigen Unfalls wäre eine Aufgabe für Generationen.
Besonders angesichts der Risiken und des zweifelhaften Nutzens eines derartigen Projektes ist es zu bezweifeln, ob es jemals auf der Erde in Angriff genommen wird. Das allerdings sieht auf dem Mars ganz anders aus. Zum einen sind dort die Bedingungen günstiger auf der Erde (geringere Gravitation) und zum anderen könnte sich im Fall einer Terraformierung des Planeten bei gleichzeitigem Abbau von Rohstoffen ein echter Bedarf für ein derartiges Transportsystem ergeben.
Das ist falsch.
Man würde solche Türme von oben bauen (müssen.)
Großen Asteroiden in gestationäre Umlaufbahn und Masse umverteilen.
Der Grundgedanke wurde von Clarke bereits vor Jahrzehnten in 'Fahrstuhl zu den Sternen' romanhaft ausgearbeitet.
Der Gedanke taucht in abgewandelter Form in Brian W. Aldiss Roman über die Endzeit der Erde auf. Titel kann bei Interesse eruiert werden.
Das ist nicht gesagt. Um das Belastungsminimum zu erzielen müßte der Turm an drei Stellen gleichzeitig gebaut werden. Die erste befindet sich zu Beginn der Bauarbeiten auf der Erde und bewegt sich mit der Spitze des Turmes nach oben. Die beiden anderen bewegen sich von der geostationären Bahn ausgehend gleichzeitig nach oben und unten. Wenn man das Seil nur vom Orbit aus errichten will, so wäre die maximale Zugbelastung am Ende der Arbeiten genau so goß, wie die maximale Druckbelastung beim Bau vom Erdboden aus. In diesem Fall wäre es aber egal, ob man oben oder unten beginnt.
Man muß die Asteroiden erst einmal einfangen und in die geostationäre Bahn schaffen, was nicht ohne Energieaufwand möglich ist. Das genügt aber noch nicht nicht. Von dort aus müssen sie gegen den Wiederstand der Corioliskraft zu den Baustellen an den Enden der Konstruktion geschafft werden, was zusätzlich Energie erfordert. Der logistische Aufwand ist dabei nicht zu unterschätzen. Wenn die Baugeschwindigkeit am oberen und unteren Ende des Seils nicht exakt aufeinander angestimmt wird, bewegt sich das Seil in vertikaler Richtung und beginnt durch zu driften und sich zu krümmen.
Sonnensegel für Erdorbitannäherungskurs, computerisierte Austrimmung.
Unspannend.
Ist das Nanomaterial aber wirklich ausgelegt für diese Bauweise?
Ich vermute ja, hörte aber gerne Fundierteres.
Das dürfte die sinnvollste Variante sein. Das dauert zwar ewig lange, aber im Vergleich zur Bauzeit spielt das eine untergeordnete Rolle.
Genau da liegt das Problem. Die Brocken können nicht so einfach in den Erdorbit driften, weil der bereits vom halbfertigen Turm blockiert wird. Statt dessen müssen sie zunächst aus der Ekliptik herausmanövriert werden und in Höhe der geostatiönären Bahn wieder in diese einschwenken. Diese Manöver sind mit Sonnensegeln allein nicht zu bewältigen, weil dabei Kräfte senkrecht zum Sonnenwind auftreten. Auch die radiale Beschleunigung des Materials beim Transport durch das Seil zu den Baustellen an dessen Enden kann nicht ohne Weiteres mit Sonnensegeln realisiert werden, weil diese, je nach dem ob es nach oben oder unten geht, in entgegegesetzte Richtungen erfolgen muß, der Sonnenwind aber nur in eine Richtung "bläst". Zur Stabilisierung des Turm und zur Dämpfung von Schwingungen wären derartige Segel allerdings hilfreiche Konstruktionen.
Ich vermute ja, hörte aber gerne Fundierteres.
Zwar wird mit Hochdruck an der Entwicklung von B-C-N-Nanopartikeln und -röhren geforscht, von denen man sich noch größere Festigkeiten als von gewöhnlichen Bucky-Tubes verspricht, aber bisher sind letztere die einzig realisierten. Allerdings wären gewöhnliche Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer Zugbelastbarkeit die hundert mal so groß ist wie die von Stahl bereits stark genug, um ein echtes orbitales Seil vom Weltall aus auf die Erdoberfläche herabzulassen, ohne daß es von unten durch einen Turm gestützt werden müßte. Dabei würde man allerdings hart an deren Belastungsgrenzen geraten, was aus sicherheitstechnischen Gründen problematisch ist.
Bereits jetzt lassen sich derartige Nanoröhren mit einem zehntel Millitmeter Länge und Ausbeuten um 70% durch Verdampfen u
Wo ist das Ende meines Beitrags geblieben?
Verdammmte Sauerei! Jetzt muß ich die ganzen Links noch einmal suchen.
Zum Glück stand es noch im Cache:
Bereits jetzt lassen sich derartige Nanoröhren mit einem zehntel Millitmeter Länge und Ausbeuten um 70% durch Verdampfen und Rekristalklisieren von Kohlenstoff unter Anwesenheit von Katalysatoren herstellen [Quelle] und die Entdecker der Fullerene sagen eine Produktion von endlosen Fasern für das Ende des Jahrzehnts voraus.
Was die Herstellung von Bucky-Tubes durch Nanomaschienen angeht, so scheint das deren leichteste Übung zu sein, wenn man entsprechenden Artikeln glauben schenken darf.
Beim Bau vom Boden aus sind Fasern allerdings nicht das geeignete Material, weil sie keinen großen Druckbelastungen standhalten. Man wird statt dessen andere Materialien, wie Verbundwerkstoffe auf der Basis von Nitriden oder Karbiden verwenden, die mit Fasern verspannt werden können.
Hier wage ich Widerspruch.
Aus den Brocken sollte man den größten Teil des Turmes und des Gegengewichtes (gleicher Masse?) erstellen.
Warum da schon ein Turm in Höhe von 36000 km rumstehen sollte, das hat sich mir noch nicht erschlossen.
Kann man nicht gegen den Sonnenwind kreuzen?
Wie jeder Süß- und Salzwassersegler auch?
Ich will nicht verhehlen, daß ich grundsätzlich für Nanomaschinen viel näherliegende, alltäglichere und Zauber-ähnlichere Anwendungen für erstverwirklichbar halte.
Insbesondere in der (erweiterten) Biologie.
Spannende Vorstellung, MrStupid. Mir ist allerdings nicht klar, wie dieser Aufzug funktionieren soll und warum genau dies zum Nulltarif zu haben wäre.
Wenn Du eine Röhre durch die Erde buddeltest und sie luftfrei hieltest, so könntest Du in den Schacht springen, und bis zum Ende aller Zeiten hin und her pendeln.
Ähnlich hier. Die Arbeit, die beim Rauftransport aufgebracht wird, die gibt es beim Rücktransport wieder retour.
Alexander Virchow,
Warum da schon ein Turm in Höhe von 36000 km rumstehen sollte, das hat sich mir noch nicht erschlossen.
Ich bin ursprünglich davon ausgegangen, daß das Material nicht vor Baubeginn in der geostationären Bahn geparkt wird, sondern erst während der Bauarbeiten kontinuierlich angeliefert wird. In diesem Fall würde dort natürlich ein Turm stehen, weil dessen Bau im geostationären Orbit beginnt.
Der Grund für diese Annahme bestand in den Problemen, welche die Stabilisierung eines derartig riesigen Materiallagers erfordert. Immerhin bereitetet bereits die Stabilisierung der Bahnen geostationärer Satelliten große Probleme, obwohl sie so weit voneinander entfernt sind, daß gravitative Wechselwirkungen keine Rolle spielen.
Eine Alternative habe ich dabei allerdings übersehen:
Man könnte nämlich das gesamte Material zunächst in einem künstlichen Mond in der geostationären Bahn konzentrieren und diesen dann als Basis für den Bau des Seils verwenden und anschließend zur Raumstation ausbauen. Zwar würde man auch Energie benötigen, um das Material von diesem Mond gegen seine Anziehung herunterzuschaffen, aber das kann man mit elektrisch betriebenen Förderanlagen realisieren..
Für die Kompensation der Corioliskraft nach dem Rückstoßprinzip sehe ich momentan aber noch keine Alternative. Dieser Energiebedarf wäre ungefähr so hoch, als würde man das gesamte Material des Turmes von der Oberfläche des Planeten mit Raketen an seinen endgültigen Platz schaffen. Das ist der Tribut, den Impuls- und Energieerhaltungssatz fordern.
Wie jeder Süß- und Salzwassersegler auch?
Das Kreuzen erfordert eine seitliche Führungskraft. Segelboote erzeugen diese Kraft, indem sie sich mit ihrem Rumpf oder einem Schwert gegen das Wasser abstützen. Gegen das Vakuum kann man sich aber nicht abstützen. Ein kreuzen, wie man es vom Segelbooten kennt, ist im All also nicht möglich. Man kann es aber in gewissen grenzen durch Swing-By-Manöver ersetzen.
Dazu ein Beispiel:
Ein Asteroid soll Kohlenstoff für den Bau des Turmes liefern. Dazu wird man den Asteroiden zunächst mit Hilfe des Sonnenwindes nach außen beschleunigen, wobei er seine Winkelgeschwindigkeit verringert und in eine stark exzentrische Ellipse einschwenkt, die bis hinab zur Merkurbahn reichen kann. Gemäß den Kepplerschen Gesetzen erreicht er dabei eine zu große Geschwindigkeit, um einfach von der Erde eingefangen zu werden. Die Abbremsung erfolgt am besten durch einen geeigneten nahen Vorbeiflug an einem der inneren Planeten (der Sonnenwind kann den Asteroiden nur beschleunigen). Dabei ist es günstig, ihn vorerst in einer sonnennahen Bahn zu belassen, weil dort genug Solarenergie zur Verfügung steht, um die Mineralien schnell aufzuschließen. Nach Abschluß der Rohstoffveredlung wird das Material wiederum mit Hilfe des Sonnenwindes in eine höhere Umlaufbahn gehoben, und in der Erdbahn vom künstlichen Mond eingefangen.
Dieses Manöver wäre sogar während der Bauarbeiten möglich, da der Materialnachschub wegen der Neigung der Erdachse gegen die Ekliptik wahlweise von oben oder unten in die Umlaufbahn einschwenken kann ohne die Bahn des Turmes zu kreuzen.
Annette,
Am besten verwendet man elektromagnetische Aufzüge, die genau so funktionieren wie ein normaler Elektromotor. Ein deratiges transportsystem ist keine Zukunftsmusik, sondern wurde im Transrapid bereits serienreif realisiert (dort allerdings horizontal).
Warum das Ganze zum Nulltarif zu haben ist hat Alex bereits angedeutet. Das Zauberwort heißt Energieerhaltungssatz. Die Energie, die beim Transport nach unten frei wird, kann zum Transport nach oben genutzt werden. Wärmeverluste können durch Verwendung supraleitender Spulen minimiert werden. Für letztere kann dasselbe Material verwendet werden, welches auch als Baumaterial für die tragende Konstruktion des Turmes dient. Bucky-Tubes werden nämlich unter bestimmten Bedingungen zu Supraleitern.
Um das besser entscheiden zu können, habe ich den Energiebedarf für die verschiedenen Bauvarianten abgeschätzt. Da der Energiebedarf bei konstantem Turmdurchmesser direkt Proportional zu seiner mittleren Dichte und seinem Querschnitt ist, erspare ich mir die Berechnung konkreter Beispiele und gebe nur den entsprechenden Proportionalitätsfaktor f an.
Beim Bau vom Orbit aus erspart man sich zwar einen großen Teil der potentiellen Energie, die für das Anheben des Materials bis zu seiner endgültigen Position über der Erdoberfläche benötigt wird, dafür muß man aber aktiv gegen die Corioliskraft ankämpfen und zudem am oberen Ende des Turms ein Gegengewicht anbringen, welches die Konstruktion in der Umlaufbahn hält, solange der Boden nicht erreicht ist. Den entsprechenden Energiebedarf erhält man mit f=1.20*1017m2/s2.
Beim Bau vom Erdboden aus muß man die gesamte potentielle Energie selbst aufbringen. Würde man dieselbe Konstruktion bauen, welche man vom Orbit aus errichtet, ergäbe das ein f von 1.26*1017m2/s2. Bereits jetzt ist zu sehen, daß der Anteil der potentiellen Energie am Gesamtenergiebedarf verschwindend klein ist. Hinzu kommt, daß man beim Bau von der Erde aus den Turm bis zu einer gewissen Höhe zum Nulltarif beschleunigen kann, indem man den Drehimpuls der Erde ausnutzt. Beendet man den Bau darüber hinaus im Bereich der geostationären Bahn, kommt man insgesamt auf f=1.48*1015m2/s2.
Zwar ist der Bau vom Erdboden aus mit großen technischen Problemen verbunden, da z.B. ein Fundament errichtet werden muß, welches den enormen Druckbelastungen standhält, aber angesichts der Möglichkeit auf diese Weise gänzlich auf das Rückstoßprinzip zu vertichten und gleichzeitig den Energiebedarf auf weniger als 2% zu senken ist es durchaus nicht selbstverständlich, daß man vom Orbit aus beginnt.
Der Energiebedarf liegt übrigens in überschaubaren Dimensionen. Mit ihrer derzeitigen Energieproduktion würde die Menscheit gerade einmal 35 Jahre benötigen um die für die Errichtung eines 150000km langen orbitalen Seiles mit einer mittleren Dichte von 100kg/m3 und einem Durchmesser von 100m notwendige Energie aufzubringen und die für einen entsprechenden orbitalen Turm mit 36000km Höhe bereits innerhalb eines halben Jahres. Da in Zukunft mit einer weiteren Steigerung der globalen Energieproduktion zu rechenen ist, sollte dies also kein Problem darstellen.
Um das mal anschaulicher zu machen:
Die benötigte Energie pro Zeiteinheit würde in beiden Fällen wieviel % der Erdoberflächengesamtsonneneinstrahlung bedeuten?
Wie hoch wären die Kosten pro transportiertes Kilogramm bei maximaler Systemauslastung und einer Abschreibung über 100 Jahre?
Die Sonne liefert in der Erdbahn 1,4 kW/m2, von denen 30% sofort wieder reflektiert werden. Die verbleibenden 70% ergeben mit der Querschnitsfläche der Erde von 1.28*1014m2 eine Leistung von 1.25*1017W. Wenn man die gesamte eingestrahlte Energiemenge in Nutzarbeit umwandeln könnte, dann stünde die für die Errichtung des oben beschriebenen orbitalen Seiles notwendige Energie innerhalb von 12 Tagen zur Verfügung. Praktisch ist das aber unmöglich, da der zweite Hauptsatz der Thermodynamik einen Wirkungsgrad von 1 verbietet und der überweigende Teil der eingestrahlten Energie für andere Zwecke benötigt wird. Geht man davon aus, daß 1% der Erdoberfläche mit Solarzellen gepflastert ist, die einen Wirkungsgrad von 50% haben und subtrahiert zusätzlich 23% von der eingestrahlten Lichtmenge, die zur Verdampfung von Wasser und für den Transport der Wassermassen verwendet werden, so kommt man auf eine Zeit von 10 Jahren. Wenn die Menschheit nur 10% dieser Solarenergie für den Bau des Seils opfert, kann es innerhalb von 100 Jahren fertig gestellt werden.
Diese Rechung wird allerdings hinfällig, wenn die Energie bei der Veredlung der Materialien in einer sonnennahen Umlaufbahn im All akkumuliert wird, wie ich es weiter oben beschrieben habe.
Das ist schwer zu berechnen. Dazu müßte man die genaue Konstruktion des Seils und seine Belastbarkeit, sowie sein Betriebsweise und die Art der transportierten Güter kennen. Zudem stellt sich die Frage, wie man die Kosten angeben will, wenn man nocht nicht einmal weiß, ob es bei Fertigstellung des Seils überhaupt noch Geld gibt. Man könnte lediglich abschätzen, wie hoch die Transportkosten wären, wenn das Seil bereits heute stehen würde.
Auch eine Abschätzung, wie lange es dauert, bis sich der Aufwand beim Bau der Einrichtung rentiert ist nicht so einfach. Dazu müßte man den Aufwand zunächst bis ins einzelne kalkulieren und bräuchte zudem Angaben über die Rentabilität anderer Transportmethoden.
Wenn ich konkrete Angaben über die Dimension des Bauwerkes (Höhe, Belastbarkeit, Querschnitt, mittlere Dichte usw.) und seine Arbeitsweise (kontinuierlich/diskontinuierlich, einseitiger Transport oder Gegenstrom usw.) hätte und als Konkurrenz nur Raketen mit chemischen Triebwerken in Betracht ziehe, könnte ich versuchen, eine derartige Abschätzung zu machen, aber das würde sicher ziemlich lange dauern.
Du mußt ein solches Projekt immer so kalkulieren, daß die NASDAQ das Geld rausrückt.
Also mit aktuellen Projektkalkulationen zu heutigen Preisen.
Zur Not mußt Du humpsen.
;-)
(Am Rande gesprochen: Ich finde übrigens die ersten zaghaften Ansätze zur Börsenfinanzierung der Terraformung des Mars sehr reizvoll.)
Wo wir gerade beim Geld sind, könnten wir uns ja mal Gedanken um die Wirtschaftlichen Folgen der Nanotechnologie machen, welche neben ungeahnten Möglichkeiten auch ungeahnte Probleme mit sich bringt.
Theoretisch könnten alle in Saus un Braus leben, weil sich niemand Gedanken um lästige Einzelheiten der Energiegewinnung und Produktion machen müßte. Wenn Produkte aller Art je nach Bedarf wie Kohlrabis wachsen, gäbe es weder eine produzierende Wirtschaft noch einen Einzelhandel.
Praktisch wird das aber mit Sicherheit nicht so sein, da es der Mensch liebt, sich das Leben schwer zu machen. Wenn wir annehmen, daß die Materieprogrammierung so schnell von statten geht, daß zu Beginn ihrer Nutzung dasselbe wirtschaftliche Denken vorherrscht wie heute, dann würden die Entwickler alles daran setzen, ihre Produkte nur zahlenden Kunden zu überlassen.
Was bedeutet das im Einzelnen? Der Traum von einem Haus, das sich auf Befehl einfach von selbst baut, wird wohl selbst bei Verfügbarkeit der entsprechenden Technologie ein solcher bleiben. Tatsächlich werden die allgegenwärtigen Nanomaschienen ihre Arbeit erst beginnen, wenn man ihren Entwicklern eine entsprechende Summe überwiesen hat. Genau so wird es auch in allen anderen Bereichen aussehen. Ein solcher Umgang mit der Nanotechnologie wirft erhebliche ökonomische Probleme auf. Wegen der ungeheuren Produktivität der Technologie, werden nur noch sehr wenige hochqualifizierte Arbeitskräfte benötigt. Der Großteil der Bevölkerung wäre schlicht und ergreifend überflüssig. Bei einer Arbeitslosigkeit von weit über 90% stellt sich die Frage, woher die Bevölkerung das Geld nehmen soll, um die Nutzung der Nanotechnologie zu bezahlen. Und das ist nur eines von vielen Problemen.
Auch im Kriegsfall wären die Folgen unabsehbar. Die Biowaffen würden ihren Platz als gefährlichste Massenvernichtungsmittel verlieren, da sie neben nanotechnologischen Waffen wie plumpe Keulen erscheinen. Ein Gleichgewicht des Schreckens, wie bei den Atomwaffen ist nicht möglich, da man Nanowaffen unbemerkt und damit ohne die Gefahr eines unweigerlichen Gegenschlages einsetzen kann. Wenn es nicht gelingt, Konflikte vollständig zu unterbinden darf man sich in den nächsten Jahrhunderten getrost auf hundert Millionen, wenn nicht gar Millarden von Toten einstellen.
Von den unweigerlichen Betriebsunfällen ganz zu schweigen. Man stelle sich nur einen nanotechnologischen GAU in Form einer außer kontrolle geratenen Nanomaschiene vor, die sich explosionsartig vermehrt und hemmungslos Aminosäuren frißt. Bis es gelingt der Seuche mit einem geeigneten Antikörper Einhalt zu gebieten könnte es bereits zu spät sein.
(Das wäre doch eine hübsche Idee für eine SF-Story: Marsianer erfinden die Nanotechnologie und löschen versehentlich ihre ganze Biossphäre aus.)
Egal ob Lösungen für diese Probleme gefunden werden oder nicht dürfen wir uns schon langsam von der Gesellschaft, wie wir sie heute kennen verabschieden.
Nein, das siehst Du ganz falsch. Das ist ähnlich, wie bei Software. Jeder kann heute kostenlos mit recht anspruchsvoller Software arbeiten, teuer werden Speziallösungen, Support, Anpassungen.
Ebenso wird es sich mit Nanomaschinen verhalten. Die Patentierbarkeit ist eh zeitlich eingeschränkt, es wird eine Linux-Fraktion geben, es wird sich als sinnvoll erweisen, bestimmte Basisanwendungen zur Förderung der Marktpositionierung frei zur Verfügung zu stellen.
Energieineffizientere Lösungen gibt es gratis, die Updates kosten.
Materieprogrammierung wird den allgemeinen Marktgesetzen folgen, wie wir sie aus der allgemeinen Programmierung kennen.
Das Haus auf der grünen Wiese wird also gratis wachsen. Allein, es wird ein Stangenhaus sein. Für ein Architektenhaus wirst Du bezahlen müssen. Oder selbst in die Programmierung einsteigen.
Das ist möglich - aber letztlich teuer, als zu kaufen.
Dienstleistungsgesellschaft - das wird das zentrale Motiv auch des 21. Jahrhunderts sein.
Tja. Wir könnten das zusammenschreiben. Du mit Schwerpunkt auf den Fakten, ich mit Blick auf die Prosa. Eine Innovation: Das Schreiben findet im Glashaus statt. Ich schalte ein Forum nur für uns zwei, in dem alle anderen lesen können. Sowie ein Zweites, in das Dritte Assoziationen und Anregungen einstellen können.
Na, wie wär's, Stupid?
Ich bin dabei.
das ist endlich mal eine wirklich gute Idee. Gratuliere.
'Der Spiegel' berichtet in Ausgabe 15/2000 auf Seite 247:
"Biomechanik
Säge im Erbgut
Der Physiker Wolfgang Heckl von der Universität München dringt mit seinen Nano-Manipulator in das unvorstellbar kleine Reich der Zelle vor. Das Gerät arbeitet mit einem Stäbchen, welches an der Spitze nur ein Atom dick ist. Dem Taststock des Blinden vergleichbar, fühlt diese Spitze, wenn sie an andere Atome stößt, woraus sich ein Bild der Umgebung errechnen läßt. Zudem kann man die Spitze zum Sägen und Schneiden einsetzen. Dazu hat Wolfgang Heckl einen Joystick entworfen: So kann er seine Sonde durch das Erbgut manöverieren und gezielt Chromosomen zerteilen.'
Nun, Nano-Manipulatoren sind nicht wirklich neu. Aber dies ist das erste Mal, daß ich von einer konkreten biologischen Anwendung lese. Und nicht nur von Laborversuchen an standardisierten Oberflächen.
In ein paar Jahren dürfte sowas zum Standardangebot jedes Chemiebaukastens und jedes Kaufhausmikroskops gehören.
Nach der Beschreibung handelt es sich bei dem Gerät um ein verbessertes Kraftmikroskop. Bisher wurden diese Dinger verwendet, um die Stärke chemischer Bindungen zu messen, indem man so lange an einem Atom zieht, bis es vom Molekül abreißt. Das Gerät von Wolfgang Heckl scheint die konsequente Weiterentwicklung dieser Technologie zu sein - zwar nicht völlig neu, dafür aber mit mit völlig neuen Anwendungsmöglichkeiten. Letztere liegen nicht nur in der Biologie und Medizin, sondern auch in der Nanotechnologie selbst. Man verfügt jetzt nämlich über das notwendige Werkzeug zum Bau von Nanomaschienen.
Und, wenn ich das hinzufügen darf, um Oberflächen abzutasten und Einzelatome auf ihnen zu verschieben. Die Aufnahmen solchen Nano-Schriftzüge wie 'IBM' sind mE so zustandegekommen.
Ein weiteres Beispiel moderner nanotechnologischer Fertigungsprozesse:
Wie leistungsfähig sind flüssige Solarzellen?
Neue Technologie könnte die Erzeugung von Sonnenstrom bald wirtschaftlicher machen
Die Produktion von Solarzellen ist sehr Energieaufwendig. So auch hier bei der Firma Alligator Sunshine Technologies GmbH in Berlin-Rudow.
Foto:ZB
Von Marcus Franken
Gelsenkirchen — Nicht auf Rekorde bei den Wirkungsgraden, sondern auf eine kostengünstige Produktion setzen die Forscher des Gelsenkirchener Instituts für angewandte Photovoltaik GmbH (INAP). Mit einer Weiterentwicklung der so genannten Grätzel-Zelle will Klaus Peter Hanke vom INAP-Institut bald Solarmodule auf den Markt bringen, die eine Kilowattstunde Sonnenstrom für knapp die Hälfte der heute üblichen zwei Mark produzieren. Der Trick: Die Gelsenkirchener Wissenschaftler kommen bei der Produktion ohne teure Grundstoffe und Reinraumtechnik aus.
Das Prinzip der „nanostrukturierten farbstoffsensibilisierten Solarzelle“ geht auf den deutschen Wissenschaftler Michael Grätzel zurück, der heute an der „Eidgenössischen Hochschule“ (EPFL) in Lausanne arbeitet. Auf einem Trägerglas wird dabei zunächst eine leitfähige Schicht aufgetragen, die als Minuspol der Zelle dient. Darüber wird per Siebdruck eine Lage Titandioxid aufgebracht und durch Einbrennen fixiert. Das Titandioxid ist fest mit dem Glas verbunden, aber in sich porös. Die schwammartige Substanz bietet eine große Oberfläche, auf der ein roter Rutheniumkomplex mit photoelektrischer Wirkung aufgebracht wird. Nach oben wird die Zelle wieder mit beschichtetem Glas abgeschlossen, das als Pluspol dient.
Zwischen den beiden Polen befindet sich ein kaum ein Millimeter dicker Film mit einer Elektrolytflüssigkeit. Wenn Sonnenlicht durch das Glas auf die Farbschicht fällt, wird der Rutheniumkomplex angeregt und gibt Elektronen an die Titandioxidschicht ab, die über die leitende Schicht auf der Glasplatte zur Minuselektrode wandern. Über den Stromkreis, den Gegenpol aus Iod und den Elektrolyten werden die Ladungen wieder zum Farbkomplex transportiert: Es fließt also ein Strom.
Die Höhe der Zellenspannung hängt vom Absorptionsverhalten des Farbkomplexes ab. Die bislang vom INAP entwickelten Module sind etwa sieben Millimeter hoch, sechs Millimeter davon entfallen auf die Glasscheiben.
Weil die Produktionsverfahren sich nicht von den bekannten Standards der Glas- und Druckindustrie unterscheiden, kann man laut Hanke die Kosten der geplanten Module bereits gut voraussagen. Dabei fallen vor allem die Kosten für das Glas und den Rutheniumkomplex ins Gewicht. Titandioxid, das sonst als Weißpigment in Wandfarben eingesetzt wird, macht weniger als zehn Prozent der Produktionskosten aus.
Anders als bei der Herstellung von Siliziumzellen wird keine Reinraumtechnik benötigt. Die Anforderungen an die Qualifikation der Mitarbeiter sind so gering, dass die Module auch in Entwicklungsländern produziert werden könnten.
Zwar werden auch die INAP-Module mit 80 bis 90 Pfennig pro Kilowattstunde nicht mit mitteleuropäischen Strompreisen konkurrieren können. Aber in wenig erschlossenen Gebieten wären die Zellen den teuren Kraftwerken und Leitungsnetzen überlegen, ist Hanke überzeugt.
Der Wirkungsgrad seiner Grätzel-Zellen liegt bei sieben Prozent. Zum Vergleich: Übliche Siliziumzellen haben heute etwa einen Wirkungsgrad von 14 Prozent und monokristalline Siliziumzellen können gar bis zu 20 Prozent der einfallenden Sonnenenergie in Strom umwandeln. „Aber das sind bloß Olympiarekorde für die Galerie“, sagen Fachleute. Solche Spitzentechnologien seien für die Stromerzeugung unbezahlbar.
Darum setzen die Gelsenkirchener Forscher auf die Serienfertigung der Flüssigkeitsmodule. Doch Hanke gibt zu: „Bisher haben wir die Zellen und Module nur im Labor hergestellt.“ Und Fachleute wie Frank Willig, Professor am Hahn-Meitner-Institut in Berlin, weisen darauf hin, dass die neuen Solarzellen die nötige Lebensdauer von 20 Jahren noch nicht erreichen.
Fraglich sei auch, ob die elektrochemische Farbschicht sich mit der Zeit verändert und ihre gewünschten Eigenschaften verliert. Überdies habe man noch keinen Dichtstoff gefunden, um die Seiten der Solarzellen günstig und sicher zu verschließen. Doch die Messergebnisse des INAP machen Klaus Peter Hanke zuversichtlich: „Wir haben ein Solarmodul 19 Monate stabil betrieben.“ Damit sei er dem Ziel der langen Lebensdauer sehr nahe gekommen. Nun sollen die Zellen bei eisigen Wintertemperaturen und knalligem Sonnenschein getestet werden.
Beim Aufbau einer Pilotproduktionsanlage wird Hanke neben verschieden Stromerzeugern von der Firma Pilkington Solar unterstützt, die als Tochter der Flachglas AG Gesellschafter bei INAP ist. Auch andere Unternehmen haben sich bereits Rechte gesichert: Die Uhrenfirma Swatch besitzt eine Lizenz, um die neuen Zellen exklusiv in ihre Uhren einzubauen.
Nun. Wenn diese 'primitive' Produktion sich eines Tages auch noch selbst kontrolliert.....
Eines nicht allzu fernen Tages, wie ich vermute.
Das wurde mit einem Rastertunnelmikroskop gemacht. Derartige Elektronenmikroskope könne nur Oberflächen abtasten oder manipulieren, indem sie mit einer bewegliche Spitze darüber fahren, deren Länge variiert wird. Für die Manipulation von biologischen Molekülen sind sie daher nicht geeignet.
Dafür benötigt man die bewegliche Spitze eines Kraftmikroskopes. Diese Geräte sind noch empfindlicher als Elektronenmikroskope und können sogar van-der-Waals-Wechselwirkungen messen.
Stupid,
gestern gab's zuviel Hatschi zum Abendbrot, sowas macht einen ja immer denkerisch.
Also, was hieltest Du von Nanorobotern zur Windeleminierung? Kleine, solargetriebene Monster, die oben rumfliegen, und kleine Lichtpulse auf die bösen Windelemente abballern.
Und überhaupt: Wetterkontrolle, Regenmelken: Müßte all das nicht machbar sein?