Archiv der Kategorie: Technik

Technik – Fluch und Segen zugleich. Setzen wir sie zum Wohlergehen der Menschen ein!

Bernd Sternal

Terra preta – die Wundererde des südamerikanischen Dschungels

Zwischen 1492 und 1504 unternahm der italienische Seefahrer in kastilischen Diensten Christoph Kolumbus vier Entdeckungsreisen. Er suchte eigentlich den westlichen Seeweg nach Indien und China, entdeckte jedoch zunächst die Inseln der Karibik und auf seiner letzten Reise den Mittel- und Südamerikanischen Kontinent. Dort auf dem Gebiet des heutigen Honduras gründete er erste Kolonien auf dem Festland, wie zuvor auch auf Hispaniola.

Zwischen den europäischen Seefahrer-Nationen entbrannte ein Wettrennen um neue Kolonien in Mittel- und Südamerika: Jeder wollte der Erste sein, kostete es was es wolle. Ein Resultat dieser Kolonialisierungsbestrebungen war das Einschleppen von europäischen Krankheiten und Seuchen auf den neuen Kontinent, wogegen die einheimische Bevölkerung keine Abwehrkräfte besaß: Es kam zu gewaltigen Epidemien, die große Bevölkerungsteile hinwegrafften.

Der gewaltige Reichtum Südamerikas veranlasste die europäischen Herrscher jedoch ständig neue Expeditionen auf die Reise zu schicken. Schwer beladen mit Gold, Silber, Edelsteinen und vielen anderen wertvollen Dingen kamen die Schiffe dann zurück nach Europa, wenn sie denn zurückkamen.

Im Jahr 1532 landete der spanische Entdecker Francisco Pizarro als Erster an der Westküste Südamerikas. Von der peruanischen Küste aus marschierte Pizarro mit seinen Konquistadoren in das Land der Inka. Bereits einige Jahre zuvor wurden die Inka von für sie neuartigen Krankheiten (Pocken und Masern) heimgesucht, die sich über Mittelamerika nach Süden ausgebreitet hatten und massenhaft zum Tode führten.

Immer mehr europäische Invasoren kamen nach Südamerika und die Inka sowie andere südamerikanischen Völker waren den schwer bewaffneten Europäern nicht gewachsen: Sie mussten sich unterwerfen und gingen letztlich unter.

Jedoch waren die Inka und auch anderer südamerikanischen Völker und ethnologische Gruppen hochkultiviert und wiesen zudem einen hohen Organisationsgrad auf. Auch technisch und technologische hatten diese Völker vieles aufzuweisen, was uns bis heute Rätsel aufgibt. Entwicklungsgeschichtlich vergleicht man diese Völker gern mit den bronzezeitlichen Kulturen Eurasiens.

Für mein Verständnis hinkt dieser Vergleich jedoch recht stark. In unseren europäischen bronzezeitlichen Kulturen nahm die Sesshaftigkeit und damit die Feldwirtschaft erst ihren Anfang. Die Inka jedoch, die vergleichsweise gut erforscht sind, waren sowohl sesshaft, sie hatten zudem massive Steinbauten, Städte und Straßen, konnten bereits gut technisch und technologisch mit Metallen umgehen und sie verfügten über Terra preta.

Lange war die Wissenschaft – unsere westliche Wissenschaft – der Auffassung, die Hochkulturen Südamerikas, die Inka, Maya und Azteken und weitere Völker und Stämme, hatten ihre Städte und Wohngebiete nur auf den Hochebenen des Kontinentes. Im flachen, alles überwuchernden Urwald hingegen vermutete man kaum menschliche Lebensräume. Diese Annahme basierte wohl fast ausschließlich darauf, dass man kaum kulturelle Hinterlassenschaften im unendlichen und undurchdringlichen Dschungel fand und zudem der Auffassung war, dass der nährstoffarme Urwaldhumus keine Basis für Feldwirtschaft darstellte.

Dann jedoch viel der Wissenschaft im Jahr 1871 erstmals die Schwarzerde Amazoniens auf. Man dachte jedoch zunächst, dass es sich dabei um natürliche Humuserde handeln würde. Damals fehlten noch die notwendigen Analyseverfahren um diesem Geheimnis auf die Spur zu kommen. Seit einigen Jahrzehnten ist die Untersuchung der Terra preta – portugiesisch für „Schwarze Erde“ – dann zunehmend intensiviert worden. Heute wissen wir: Der Boden besteht aus einer Mischung von Holz- und Pflanzenkohle, menschlichen Fäkalien, Dung und Kompost, durchsetzt mit kleinen Tonscherben und gelegentlich auch mit Knochenresten sowie Fischgräten. Mit dieser Analyse wurde ersichtlich, dass Terra preta nicht natürlichen Ursprungs sein konnte, sondern von Menschen geschaffen worden war. Zugleich wurde ersichtlich, dass Terra preta kein menschliches Zufalls- oder Abfallprodukt sein konnte, sondern bewusst produziert und auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht wurde.

Trotz des Erkenntnis-Zuwachses blieb die Frage offen, woher die südamerikanischen Ureinwohner diese Technologie und das erforderliche Wissen hatten. Zudem musste die angenommene menschliche Siedlungsdichte in diesen Terra-preta-Gebieten wohl stark nach oben korrigiert werden.

Auch war da noch die Legende vom „El Dorado“, von prächtigen Städten mitten im Urwald, von einem Herrscher der in Goldstaub badete. Dieser Mythos wurde bereits zur Zeit der Entdecker geboren und hielt sich hartnäckig über die Jahrhunderte, obwohl bereits Alexander von Humboldt nach seiner Amazonas-Expedition vor über 200 Jahren verkündete: „Da ist nichts dran.“

Doch solche Mythen lassen sich weder verbieten noch unterliegen sie dem logischen Denken und Handeln der Menschen, die nun mal gern an Wunder glauben.

Es sollten noch über 200 Jahre vergehen, bis ein wissenschaftlicher Beweis erbracht werden konnte, der alle bisherigen Thesen zum Dschungel Südamerikas in Frage stellen konnte.

Erst vor wenigen Wochen publizierten wissenschaftliche Fachzeitschriften eine sensationelle Entdeckung. Auf einer Fläche mit dem Durchmesser von 250 Kilometern war ein Wissenschaftsteam einer hoch entwickelten altamerikanischen Kultur auf die Spur gekommen. Das entdeckte Dschungelreich liegt dort, wo der brasilianische Bundesstaat Acre an den äußersten Norden von Bolivien grenzt. Beim Abholzen des Regenwaldes für Rinderweiden gab der Boden seine Vergangenheit in reichem Maße Preis. Luftbildaufnahmen trugen dann zum weiterem Erkenntnisgewinn bei.

Es wurden eine Vielzahl von geometrischen Figuren auf dem Urwaldboden entdeckt. Man nennt diese nun zunächst Geoglyphen (Erdzeichen) – wie wir sie aus den Hochlagen der Anden kennen, sie uns jedoch bis heute nicht erklären können – bis weiterte Erkenntnisse vorliegen. Über 200 dieser geheimnisvollen, mächtigen Erdbauten wurden bereits entdeckt. Es sind große Kreis- oder Rechteckanlegen, die von bis zu elf Meter breiten und drei Meter tiefen Doppelgräben umgeben sind. 55 Meter breite Straßen, flankiert von turmähnlichen Aufschüttungen verbinden diese rätselhaften Hinterlassenschaften einer alten, unbekannten Kultur.

Inzwischen hat das interdisziplinäre Forscherteam um Renzi und Pärssinen Reste von Hütten, Palisaden sowie Keramikscherben und von Menschenhand gefertigte Holzkohle gefunden; zudem wurden Vorrats- und Abfallgruben entdeckt. Es waren also keine Außerirdischen, die jene geheimnisvollen Erdbauten erreichtet haben, sondern Menschen. Damit jedoch endet der derzeitige Erkenntnis-Prozess.

Oder doch nicht ganz?! Organische Materialien können der Wissenschaft Auskunft über deren Alter geben. Es konnte ermittelt werden, dass diese Hinterlassenschaften zwischen 650 und 3 500 Jahre alt waren und die Siedlungen wohl schon vor dem Eintreffen der ersten Entdecker aufgegeben worden waren.

Und letztlich kommen wir wieder auf Terra preta zurück. Neuste wissenschaftliche Schätzungen sagen aus, dass dieser Kunsthumus im Amazonasgebiet auf etwa 10 Prozent der Fläche zu finden ist – so auch im Gebiet der Erdbauten von Acre.

Archäologen und andere Wissenschaftler, wie Bodenkundler, sehen in der Terra preta schon seit langem einen bedeutenden Baustein für die Hochkultur der Inka, Maya und Azteken.

Die schwarze Erde „Terra Preta“ hat zwei bedeutende Eigenschaften im Hinblick auf die Bodenfruchtbarkeit. Wesentlich dafür ist die Speicherfähigkeit von Nährstoffen, die wiederum vom Kohlenstoffgehalt stark beeinflusst wird. Terra preta ist in der Lage doppelt so viel Stickstoff und sogar viermal soviel Phosphor speichern wie der natürliche Urwaldhumus. Daneben enthält sie im Durchschnitt 250 t/ha organischen Kohlenstoff und 50 t/ha Pflanzenkohle, entsprechend dreimal mehr, bzw. siebzigmal mehr als umliegende, natürliche Bodentypen.

Doch wie kamen die südamerikanischen Ureinwohner zu diesen Erkenntnissen und wie kamen sie zu ihrer Technologie der Herstellung von Terra preta? Fragen über Fragen und keine erschöpfenden Antworten.

Heute wissen wir, wie Terra preta künstlich produziert werden kann. Ob dieses „Biokohleprodukt“, das in Deutschland von Joachim Böttcher unter dem Namen „Palaterra“ hergestellt und verkauft wird, mit der Terra preta aus dem Amazonasgebiet verglichen werden kann, ist jedoch strittig. Dennoch sind die Anbauresultate von dieser Schwarzerde beeindruckend und eröffnen ganz neue Horizonte, um Nahrungsmangel auf unserem Planeten für immer zu verbannen. Die moderne Wissenschaft vermag sehr viel.

Terra preta ist ein Produkt tropischen Klimas, das einen langwierigen Prozess durchläuft und dessen einzelne Entstehungskomponenten nicht mit denen in Deutschland und Europa vergleichbar sind. Dennoch sind die Aktivitäten in zahlreichen Ländern Terra preta neu zu erfinden und damit die Landwirtschaft zu revolutionieren wohl ein prägnantes Zukunftsthema.

Autofreie Städte – Eine Utopie der Zukunft?

Bereits in diesen Tagen wird viel über die Belastungen des Autoverkehrs in den Städten diskutiert. Besonders stark betroffene Metropolen wie Hamburg oder Stuttgart basteln seit längerer Zeit an praktikablen Lösungen, mit deren Hilfe es möglich ist, sich gegen die negativen Einflüsse der dicht bevölkerten Straßen zu stemmen. Doch handelt es sich bei der autofreien Innenstadt tatsächlich um eine Utopie? Und welche Schritte wären in den kommenden Jahren notwendig, um sich dieser anzunähern?

Verkehr in der Stadt (Foto: Sternal Media)Verkehr in der Stadt (Foto: Sternal Media)

Alternativen in Stuttgart

Die Stuttgarter Straßenverkehrsbetriebe (SSB) verzeichnen bereits seit Jahren stabile Umsatzzahlen. Dies ist insofern für das Unternehmen nicht relevant, als dass es nicht primär danach strebt, einen Gewinn zu erzielen. Es zeigt jedoch die Tatsache, dass immer mehr Stuttgarterinnen und Stuttgarter dazu bereit sind, sich innerhalb der eigenen Stadt mit Bus und Bahn fortzubewegen.

In den medialen Fokus geriet Stuttgart in den vergangenen Jahren besonders aufgrund von starken Feinstaubbelastungen. Mehrmals pro Jahr wird seither der Feinstaubalarm ausgerufen, bei dem die Bürgerinnen und Bürger dazu aufgerufen sind, das Auto in der Garage zu lassen. Stattdessen werden vergünstigte Tickets für den Nahverkehr angeboten. Auch ein Fahrverbot für Diesel wurde längst diskutiert und wird neue rechtliche Fragen aufwerfen. Pikanterweise ist Stuttgart zudem bekannt für den starken Einfluss der Autoindustrie, der diesen Vorhaben ebenfalls im Weg stehen könnte.

Neue Möglichkeiten werden geschaffen

Bereits in den vergangenen Jahren zeigten sich große Städte wie Stuttgart sehr bemüht, um sich dem Problem des zunehmenden Verkehrs in den Weg zu stellen. Dafür spielte immer wieder auch der Ausbau des öffentlichen Nahverkehrs eine wichtige Rolle. Schließlich müssen Alternativen bereitstehen, sollte es eines Tages tatsächlich dazu kommen, dass keine Autos im Privatverkehr mehr in die Innenstadt fahren dürfen. Entsprechend wurden die Gelder bereits in den vergangenen Jahren erhöht, um zum Beispiel neue Verbindungen und Linien zu schaffen oder deren Takt deutlich zu erhöhen. Dies geschieht stets mit dem Ziel, auch die öffentlichen Verkehrsmittel zu einer bequemen Art zu machen, um sich von A nach B zu bewegen.

Ganz automatisch wird im Falle von Fahrverboten auch die Bedeutung des Fahrrads wieder in die Höhe steigen. Viele Städte verfügen heute jedoch nicht über eine Infrastruktur, die sich den Bedürfnissen und Wünschen der Radler anpasst. Dies verdeutlicht der ADFC immer wieder in einem groß angelegten Vergleich der individuellen Voraussetzungen in Deutschland.
Gleichzeitig wird noch viel Zeit ins Land gehen, bis auch für Fahrradfahrer wieder bessere Strukturen vorherrschen. Wenige Ausnahmefälle, wie zum Beispiel Kopenhagen, verdeutlichen andere Schwierigkeiten. Dort musste sich die Stadt dazu durchringen, hohe Summen in die Hand zu nehmen, um eine passende Infrastruktur für die vielen Radler zu schaffen. Die Effekte blieben dabei jedoch nicht aus. Inzwischen ist jeder zweite Kopenhagener bereits mit dem Fahrrad unterwegs.

Fahrradparkplatz in der Stadt
Fahrradparkplatz in der Stadt (Foto: Sternal Media)

Die Weichen der Zukunft

Der Weg zur autofreien Innenstadt, die zumindest für private PKW unzulässig ist, scheint demnach ein realistischer aber langwieriger zu sein. Sofern es der Bewegung gelingt, sich weiter stabil zu verhalten und auf die Vorzüge des Wandels aufmerksam zu machen, so gibt es in jedem Fall die Chance, einen Einfluss auf die bestehenden Strukturen zu nehmen.

ABS (Antiblockiersystem) – auch für Fahrräder!

ABS ist wohl eine der segenreichsten Erfindungen in der Fahrzeug- und Flugzeugtechnik. Blockieren die Fahrzeugräder bei einer notwendigen Vollbremsung, so verliert der Fahrer/Pilot schnell die Kontrolle über sein Fahrzeug/Flugzeug, das dann häufig nicht mehr zu steuern ist. Mit zunehmender Leistung der Fahrzeuge/Flugzeuge und damit einhergehender hoher Geschwindigkeit, wurde dieses physikalische Problem zu einer immer größeren Gefahr im Verkehr.

Antiblockiersysteme sind keine neue Erfindung, bereits 1903 beantragte der Franzose Paul Hallot ein Patent für einen Bremskraftregler für Eisenbahnen. 1928 erhielt Karl Wessel ein Patent für einen Bremskraftregler für Kraftfahrzeuge und 1940 fanden durch Fritz Oswald erste Versuche mit einem elektromagnetischen Bremskraftregler statt. Jedoch war eine Überführung der Erfindung in die Serienreife damals noch nicht möglich.

Zuerst wurde dann jedoch ein Blockierverhinderungssystem nicht bei Landfahrzeugen sondern in der Luftfahrt eingesetzt. Die Flugzeuge waren immer größer und schneller geworden, was 1952 den US-Amerikaner Vincent Hugo Bendix veranlasste ein System zu entwickeln, das ein Flugzeug beim Bremsen nach der Landung in der Spur hielt. Ab 1952 wurden dann verschiedene Flugzeugtypen mit dem von Dunlop Rubber entwickelten Maxaret-Anti-Skid ausgerüstet.

Es dauert jedoch noch fast zwanzig Jahre, bis ein derartiges System auch in Serie in einem PKW verbaut wurde. Ab 1971 bot der Chrysler-Konzern sein Luxusmodell Imperial mit einem Sure Brake genannten elektronischen Antiblockiersystem von Bendix an, das Vorder- und Hinterräder regelte.

1978 brachte Bosch sein elektronisches Antiblockiersystem auf den Markt; gleichzeitig wurde der Begriff ABS von Bosch rechtlich geschützt. Verfügbar war das System allerdings zuerst nur bei der Mercedes-Benz S-Klasse, dann bei der BMW 7er Baureihe. Erst ab 1985 gab es dann den ersten Großserien-PKW mit ABS: den Ford Scorpio. Zwei Jahre später zog der VW-Konzern mit zahlreichen Modellen gegen hohe Aufpreise nach. Heute ist fast jeder neuausgelieferte PKW mit ABS ausgestattet was auch für LKW gilt.

1985 begann zudem die Ära des ABS auch im Segment der Motorräder. Leider sind bis heute nur schnelle, leistungsstarke und teure Motorräder mit ABS ausgestattet, obwohl das System für Zweiräder von besonders großer Relevanz für deren Sicherheit ist. Zudem sind die Motorrad-Systeme von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich und ein System, welches auch uneingeschränkt kurventauglich ist, gibt es bisher nicht.

Einige physikalische Erläuterungen zum Bremsverhalten können wohl zu diesem Thema etwas mehr Übersicht schaffen: Die max. negative Beschleunigung (umgangssprachlich Bremsverzögerung) hängt immer auch vom Fahrbahnzustand sowie den Reifen ab. Sie wird dementsprechend zwischen 10-25 % Schlupf erreicht. Bei 100 Prozent Schlupf, also der höchsten negativen Verzögerung, blockiert das Rad oder die Räder schließlich. In diesem Zustand findet nur noch Gleitreibung statt, was ein Lenken des Fahrzeuges unmöglich macht. Hingegen ist eine max. Bremswirkung nur bei Roll- bzw. Haftreibung zu erzielen, die zudem das Fahrzeug lenkfähig hält. Moderne Antiblockiersysteme steuern daher die Bremskraft an jedem Rad, so dass kein Rad blockiert und an jedem ein möglichst optimaler Schlupf erzielt wird. Dennoch ist ein ABS-System kein Freifahrtschein um die Gesetze der Physik außer Kraft zu setzen. Zu viel Komponenten spielen im Gesamtkontext eine wichtige Rolle: der Fahrer, die Reifen, der Fahrbahnbelag, der Fahrbahnzustand und nicht zuletzt die spezifische Situation.

Diesen Beitrag habe ich jedoch verfasst, weil nun auch ABS für E-Bikes, und demnächst auch für ganz normale Fahrräder, zur Verfügung steht.

Der Weltmarktführer für ABS-Systeme, die Firma Bosch, hat nun eine „Abflugsicherung“ für Pedelecs auf den Markt gebracht, denn bei Zweiradfahrern bremst die Angst immer mit. Besonders bei den immer populäreren E-Bikes ist ein hohes Gefahrenpotential vorhanden, wie ich aus eigener Erfahrung sagen kann: Bei unbefestigtem Untergrund rutscht beim Bremsen gern das blockierend, Vorderrad weg, auf griffigem Straßenbelag hingegen bewirkt das Bremsen – insbesondere mit leistungsstarken Hydraulikbremsen – gern einen Überschlag, also das Anheben des Hinterrades.

Bosch-E-Bike-ABS: Das rund 500 Euro teure und 800g schwere System wird in der Regel zusammen mit den hydraulischen Scheibenbremsen installiert. Bei den üblichen Hydraulikbremssystemen wird zunächst durch betätigen des Bremshebels Druck erzeugt, der die Bremsbelege an die Bremsscheibe presst. Das von Bosch konzipierte ABS-System regelt nur die Vorderradbremse, hat jedoch an beiden Rädern Sensoren. Das Steuersystem am Lenker erkennt an Hand eines Drehzahlvergleichs, ob das Vorderrad blockiert oder das Hinterrad abhebt und leitet entsprechend der vorliegenden Messwerte eine Regelung ein. Dazu wird über ein gesteuertes Magnetventil Hydraulikflüssigkeit in einen Vorratsbehälter geleitet, so dass sich die Bremskraft an Vorderrat so reduziert, dass ein Blockieren verhindert wird. Federsysteme sorgen dafür, dass sich der Bremszylinder schnell löst. Ist dadurch eine optimale Bremsleistung erreicht worden, schaltet das Magnetventil um und der Normalbetrieb der Bremsanlage wird wiederhergestellt.

Ein tolles ABS-System hat Bosch da für E-Bikes entwickelt. Es ist zwar noch arg teuer, wird wohl aber bald als serienmäßiges System preiswerter und stellt für Pedelec-Fahrer, besonders wenn diese flott unterwegs sind, ein wirklich relevantes Fahrsicherheitssystem dar, auf das viele Radler sicherlich bald nicht mehr verzichten möchten.