Archiv der Kategorie: Wissenschaft

In der Wissenschaft wir fleißig gearbeitet und geforscht, jedoch braucht es ab und an auch einen klugen Gedanken. Denn wenn eine Berechnungen versagen ist dies nicht Zufall, sondern Unwissen.

Bernd Sternal

Große Entdecker und Erfinder – Kokainentdecker Albert Niemann

In loser Folge möchte ich in nächster Zeit einige bedeutende deutsche Entdecker, Erfinder und Ingenieure vorstellen, deren Leistungen wir zwar alle kennen, die uns jedoch als Persönlichkeiten weitgehend unbekannt geblieben sind.
Wir jubeln Künstlern zu, Dichtern und Schriftstellern, mitunter auch religiösen Führern oder Politikern. Doch wer bejubelt schon Entdecker, Erfinder oder Ingenieure? Bereits seit Beginn der Industriellen Revolution weisen Technikphilosophen auf die Bedeutung von Entdeckertum und Ingenieurkunst hin, geändert hat sich jedoch bis heute nicht viel.

Albert Niemann – der Kokainentdecker
Schon bei den frühen Entdeckungsreisen, über den Altlantik, nach Südamerika wurden Entdecker auf den Cocastrauch aufmerksam. Die Einheimischen kauten die Blätter des Strauches. Für sie waren die Blätter Genussmittel und Nahrungsergänzungsmittel zugleich, zudem wurden sie für kultische und medizinische Zwecke genutzt.
Die ersten Cocasträucher kamen 1750 aus Südamerika nach Europa. Die Wirkung der Blätter faszinierte, jedoch war die Chemie noch nicht in der Lage die Wirkstoffe zu analysieren. Das tat als erster Albert Niemann im Jahr 1859/60.
Albert Friedrich Emil Niemann wurde am 20.Mai 1834 als Sohn eines Lehrers in Goslar geboren. 1849 wurde er Lehrling in der Göttinger Ratsapotheke. Nach Abschluss seiner Lehre begann Niemann 1852 an der Universität Göttingen Pharmazie und Botanik zu studieren. Zudem besuchte er Vorlesungen zur Chemie bei Prof. Dr. Friedrich Wöhler. Um seine Studien zu finanzieren arbeitete er bis 1858 in der Krankenhausapotheke in Linden bei Hannover. In jenem Jahr begann er auch sein pharmazeutisches Staatsexamen an der Universität Göttingen abzulegen. Dazu besuchte er auch Vorlesungen in Physik und Mineralogie. Zudem erhielt er die Möglichkeit als Assistent im Labor von Prof. Wöhler tätig zu sein.
Der österreichische Abenteurer Karl von Scherzer brachte 1859 von der Novara-Expedition auf Bitten Wöhlers einen Ballen Kokablätter nach Göttingen mit. Die Novara-Expedition (1857–59) war die erste und einzige groß angelegte Weltumsegelungsmission der Kaiserlich Österreichischen Kriegsmarine. Weltweit bekannt wurde sie durch die später als Bestseller in mehreren Sprachen veröffentlichten Berichte über die wissenschaftliche Ausbeute der Reise.
Bedingt durch sein Studium der Pharmazie und Botanik begann sich Niemann für die Cokablätter zu interessieren. Er isolierte 1860 als erster das Kokain in kristalliner Form aus diesen Kokablättern und gab ihm seinen Namen. Bei genaueren Untersuchungen stellte er unter anderem fest, dass es bei 98 °C schmilzt und beim weiteren Erhitzen in Salz- und Benzoesäure sowie Methanol und Ekgonin zerfällt.
Niemann konnte seine Untersuchungen nicht vollenden und musste schwerkrank zu seiner Familie nach Goslar zurückkehren, wo er kurze Zeit später mit nur 26 Jahren am 19.01.1861 verstarb. Wahrscheinliche Todesursache war eine Vergiftung mit Senfgas, mit dessen Erforschung sich Niemann vor seinen Kokain-Studien intensiv beschäftigt hatte. In seiner Arbeit „Ueber die Einwirkung des braunen Chlorschwefels auf Elaylgas“ beschreibt er ein „dem Meerettichöl gleichendes und mit einem ähnlichen, wenn nicht so heftigen penetranten Geruch begabtes Öl“. Wahrscheinlich handelt es sich um Dichlordiäthysulfid, eine hochgiftige Substanz. Niemann erforschte und beschrieb diese Substanz und wurde auch ihr erstes Opfer, bevor sie als Senfgas (chemisches Kampfmittel) im 1. Weltkrieg eingesetzt wurde und tausenden Soldaten das Leben kostete.
Nach seinem Tod führte sein Kollege Wilhelm Lossen (1838–1906) seine Arbeiten weiter und bestimmte 1862 die Summenformel des Kokains C17H21NO4. Im 1879 Jahr entdeckte Vassili von Anrep (1852–1927) an der Universität Würzburg die schmerzstillende Wirkung des Kokains. Um 1884 kam es als lokales Anästhetikum in Deutschland in klinischen Gebrauch. ungefähr zur selben Zeit, als Sigmund Freud über dessen Wirkungen in seinem Werk über Coca schrieb: „Die psychische Wirkung des Cocainum mur. in Dosen von 0,05 bis 0,10 Gramm besteht in einer Aufheiterung und anhaltenden Euphorie, die sich von der normalen Euphorie des gesunden Menschen in gar nichts unterscheidet. Es fehlt gänzlich das Alterationsgefühl, das die Aufheiterung durch Alkohol begleitet, es fehlt auch der für die Alkoholwirkung charakteristische Drang zur sofortigen Betätigung. Man fühlt eine Zunahme der Selbstbeherrschung, fühlt sich lebenskräftiger und arbeitsfähiger; aber wenn man arbeitet, vermisst man auch die durch Alkohol, Tee oder Kaffee hervorgerufene edle Excitation und Steigerung der geistigen Kräfte. Man ist eben einfach normal und hat bald Mühe, sich zu glauben, dass man unter irgendwelcher Einwirkung steht.“
In den folgenden Jahrzehnten fand Kokain Eingang in zahlreiche medizinische Anwendungen. In der ersten Rezeptur des Erfrischungsgetränks Coca-Cola war bis 1906 einen Extrakt aus Cocablättern (und erhielt so seinen Namen) enthalten, sodass ein Liter Coca-Cola rund 250 Milligramm Kokain enthielt. Auch heute enthält Coca-Cola noch – allerdings nichtalkaloide – Inhaltsstoffe der Cocablätter. Auch sonst war Kokaingebrauch im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts in Europa weit verbreitet und legal. Die Gefährlichkeit der Substanz wurde nur allmählich erkannt, denn Kokain ist eine Rauschdroge mit hohem psychischen aber keinem physischen Abhängigkeitspotenzial.




Wärmedämmung – ein Mittel zum Klimaschutz? Teil 2

Das Wärmedämmung nicht in jedem Fall, und insbesondere nicht mit Wärmeverbundsystemen, ein adäquates Umweltschutzprojekt ist, habe ich in Teil 1 versucht darzulegen.
Heute möchte ich mich mit den diesbezüglichen Versprechen bezüglich Klimaschutz und Wirtschaftlichkeit auseinandersetzen.
Viele Hausbesitzer treiben die ständig steigenden Energiekosten um, sie wollen sparen und zudem die Umwelt schonen. Wärmedämmung wird dafür als Heilsbringer angepriesen und mit öffentlichen Mitteln subventioniert. Es werden Unsummen in die Fassadendämmung investiert, doch die Kritik von Fachleuten nimmt rasant zu. Die von den Gebäudebesitzern getätigten Investitionen sollen sich über die Jahre durch Heizkosteneinsparungen amortisieren. Außenfassadendämmung ist daher zunächst eine wirtschaftliche Entscheidung. Diese steht und fällt, mit einer realistischen Einschätzung der Investitionskosten incl. Folgekosten sowie der erzielbaren Einsparungen gegenüber dem ungedämmten Haus. Doch in der Regel wird dem Gebäudebesitzer die Entscheidung schon abgenommen, denn die Fassadendämmung ist politisch gewollt und für Neubauten und Sanierungen gesetzlich festgeschrieben. Auf jeden Fall ist sie ein riesiges Geschäft für die Baustoffindustrie und das Bauhandwerk.
Und zudem: welcher Bauherr kann die Kosten und Einsparungen schon selbst berechnen. Das machen in der Regel die Handwerksbetriebe, die sich auf Berechnungen der Baustoffhersteller und wirtschaftsnaher Institute stützen. Es ist nicht selten, dass in den Angeboten mit Einsparungen von 30 bis 60 Prozent geworben wird. Doch ist das korrekt?
Zur Berechnung wird der sogenannte U-Wert herangezogen. Das ist der Wärmedurchgangskoeffizient – abgekürzt mit U für unit of heat transfer – und stellt die Einheit des Wärmedurchgangs dar. Doch was sagt dem Laien das? Der U-Wert beschreibt, wie viel Wärme pro Quadratmeter Wandfläche nach draußen entschwindet, wenn die Temperatur draußen um ein Grad niedriger ist als drinnen.
Die SI-Einheit des U-Wertes ist also Watt/(Quadratmeter x Kelvin). Watt ist die Leistung, dargestellt in Energieumsatz pro Zeiteinheit. Quadratmeter ist die Fläche eines Gebäudeteils und Kelvin gibt den Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Außenfläche des Bauteils an (1 K entspricht 1 Grad C). So wird ein theoretischer Berechnungskoeffizient ermittelt, der als Basis für die angebliche Energieeinsparung erhalten muss. Der ermittelte Wert setzt voraus, dass der Wärmestrom über die Zeit konstant ist und das Bauteil chemisch, physikalisch und mathematisch über die ganze Fläche gleich ist: ein rein theoretischer Zustand.
Ohne Zweifel ist der U-Wert ein theoretischer Wert von praktischer Bedeutung. Bei entsprechenden Berechnungen kann man so schnell darauf kommen, dass eine gedämmte Außenfassade den U-Wert bis zu 80 Prozent verbessern kann. Das ist zwar rechnerisch richtig, aus diesen Prozenten allein nun Ableitungen über die zu erwartenden Heizkosteneinsparungen abzuleiten ist jedoch eine Fehleinschätzung. Zu viele weitere bedeutende Faktoren sind in diese Berechnung einzubeziehen: Ausrichtung des Gebäudes, Art der Heizungsanlage, Dämmeigenschaften anderer Gebäudeteile wie Fenster, Türen, Decken, Keller, Dach etc. Auch klimatische sowie Standortfaktoren spielen eine Rolle.
Rechenmodelle sollen helfen, doch diese sind auch nur Theorie und orientieren sich weder an den tatsächlichen Verbrauchswerten noch beziehen sie unterschiedliche Jahreswetter ein. Zudem werden bei allen Berechnungen die physikalischen Änderungen in der Wand, die sich bei einer Fassadendämmung zwangsläufig ergeben, nicht mit einbezogen. So kann eine gedämmte Fassade kaum Sonneneinstrahlung aufnehmen.
Weitere Ausführungen dazu möchte ich nicht machen. Ich denke es ist ersichtlich, dass der Einspareffekt häufig nicht der ist, der versprochen oder erwartet wurde. Dann wird die Wärmedämmungs-Investition schnell zu Kostenfalle, denn besonders die Lebensdauer der WDVS ist mangelhaft.
Wenn die Einsparrechnung nicht aufgeht sind besonders Mieter betroffen. Die Investitionen werden auf diese umgelegt und den teilweise erheblichen Mieterhöhungen werden angebliche drastische Heizkosteneinsparungen entgegengestellt. Leider rechnet sich die Außenfassadendämmung jedoch mehrheitlich nur für die Hausbesitzer.
Da die prognostizierten Energieeinsparungen nur selten die avisierten Höhen erreichen, ist auch der damit einhergehende Klimaschutz nur bedingt zu erzielen. Die Herstellung sowie die spätere Entsorgung der WDVS, sowie deren Energiebilanz, wollen wir bei diesen Betrachtungen außen vorlassen.




Wärmedämmung – ein Mittel zum Klimaschutz? Teil 1

Wir müssen unsere Umwelt und Natur schützen und dem Klimawandel nach Möglichkeiten entgegenwirken. An dieser Aussage sind keine Zweifel zu hegen. Doch leider sind die Mittel die zum Erreichen dieser hehren Ziele führen sollen nicht immer probat.
Ein Beispiel dafür ist zweifellos die Bautechnik der Wärmedämmung. Mit Energie muss man sparsam umgehen, ohne Frage. Das trifft insbesondere auch auf Heizwärme zu. Noch vor wenigen Jahrzehnten waren in unseren Wohnhäusern nur ausgewählte Räume beheizt; die Küche wurde durch den Kochprozess automatisch erwärmt. Türen und Fenster wurden in der kalten Jahreszeit geschlossen gehalten, um die Wärme nicht ins Freie entkommen zu lassen. Gebaut wurde mit unterschiedlichen Materialien, die jedoch alle eines Gemein hatten: Sie waren natürlichen Ursprungs.
Diese alten Bautechniken, Türen und Fester aus Holz, Fachwerk, 240 mm Ziegelsteinwände, Decken aus Holz, Stroh, Lehm und so weiter, waren schlecht geeignet um die Wärme in den Gebäuden zu halten. Zugluft und Wärmebrücken sorgten unstrittig für nicht geringe Wärmeverluste.
Dann kam die Bauforschung in Zusammenarbeit mit der Bauwirtschaft auf die Idee der Wärmedämmung im industriellen Stil. Die Wärme in den Gebäuden halten, dadurch Energiekosten und natürlich Energieträger sparen, was letztlich Geldbeutel und Umwelt schont. Grundsätzlich eine gute, eine sehr gute Idee. Aber nicht immer wird eine gute Idee auch gut umgesetzt – besonders, wenn man zu viel des Guten will.
Man entwickelte Türen und Fenster aus PVC, Aluminium und Holz sowie Verbundstoffen, die keinen Luftzug mehr durchlassen und deren Scheibensysteme mehrfach isoliert sind. Weiterhin wurden Bau- und Isolierstoffe für Innen- und Außenisolierungen sowie Dachisolierung entwickelt. Toll: Können so doch auch Häuser älterer Bauart auf modernen Isolationsstandard gebracht werden. Das kostet zwar einiges Geld, amortisiert sich jedoch nach einem berechenbaren Zeitraum und dann spart man Geld und tut zudem was Gutes für die Umwelt und das Klima.
So dachte wohl, inspiriert von der Bauwirtschaft, auch die Politik. Allen voran sprangen die Grünen auf den schon fahrenden Zug der Wärmedämmungseuphorie auf. Und da unsere Politiker immer bemüht sind uns Bürgern mittels unserer Steuern Wohltaten zukommen zu lassen, wurden gewaltige Förderprogramme aufgelegt. Zudem wurde, wie in Deutschland üblich, alles in Gesetze gegossen, in diesem Fall in die En-EV. Bürokratisch kann nicht einfach und verständlich sein, daher heißt dieses Gesetz „Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagetechnik bei Gebäuden – Energiesparverordnung“.
Wir Deutschen haben eine seltsame Mentalität entwickelt: Alles was es an Förderungen vom Staat gibt, muss mitgenommen werden – koste es was es wolle. Dazu werden sogar teure Kredite aufgenommen.
Jedoch wie sieht die Realität aus? Halten die vollmundigen Wärmeisolierungs-Versprechen das, was sie versprechen.
Ein Gebäude ist in gewisser Weise eine Art lebender Organismus. Es muss atmen können, Wärme und Kälte aufnehmen und abgeben, Feuchtigkeit aufnehmen und abgeben. Es folgt physikalischen und chemischen Gesetzmäßigkeiten, die wir Menschen nicht unbegrenzt außer Kraft setzen können. Nie zuvor waren Gebäude so auf unser Wohlgefühl konzipiert wie heute. In den kalten Monaten werden alle Räume wohl temperiert, in den warmen Monaten hingegen klimatisiert, also gekühlt. Die Folgen dieser teilweise erheblichen Temperaturdifferenzen sind Spannungen in den Gebäuden, die durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen verbauten Materialien entstehen. Können diese Spannungen nicht ausgeglichen werden oder abfließen, so kommt es zu Gebäudeschäden, die sich insbesondere durch Risse darstellen.
Zudem herrschte nie zuvor in den Räumen von Gebäuden eine Luftfeuchtigkeit wie in unseren Tagen. Es wird geduscht, gebadet, gewaschen, getrocknet, gespült, gekocht, gekühlt, wir haben Haustiere, Aquarien, Zimmerpflanzen, Luftbefeuchter und vieles mehr. Alles das gibt Feuchtigkeit in den Räumen ab, die irgendwo hin muss.
Eine der Folgen ist Schimmelbildung, die häufig den Wohnungsinhabern angelastet wird. Es wird dann offeriert, dass ein verändertes Heiz- und Lüftungsverhalten Abhilfe bringen könnte. Das mag in Einzelfällen zutreffen, in der Regel jedoch basiert die Schimmelbildung auf baulichen Mängeln, insbesondere bei der Innenraumisolierung.
Weitaus problematischer ist wohl die Außenfassadenisolierung zu sehen. Und sie gerät immer wieder erneut in den Fokus der Kritik. In der Regel werden heute sogenannte Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) eingesetzt. Diese sind vergleichsweise preisgünstig und stellen eine einfache Lösung dar Energieverluste durch die Gebäudehülle zu senken und dass, ohne sich allzu sehr Gedanken über die bauphysikalischen Zusammenhänge im Gebäude machen zu müssen. So jedenfalls argumentiert die Bauwirtschaft und auch die Politik.
Nach neuesten Schätzungen wurden deutschlandweit bisher etwa 900 Millionen Quadratmeter dieser Verbundisolationen auf Fassaden verklebt. WDVS bestehen aus einem schwer zu trennenden Materialmix: Polystyrol- Dämmschicht, Kunststoffarmierungsgewebe, kunststoffmodifizierte Zementkleber sowie Fassadenfarben. Letztere werden stark mit Algiziden und Fungiziden angereichert, damit die Fassaden länger wie neu aussehen. Ständig kommen weitere chemische Substanzen hinzu, um die Verbundstoffe zu verbessern. Über deren Wirkung auf die Umwelt sowie auch den menschlichen Körper sind kaum Aussagen zu treffen.
Nachfolgend möchte ich auf die Umweltfreundlichkeit von WDVS eingehen, wirtschaftliche Betrachtungen folgen in einem weiteren Beitrag. Über die Lebensdauer der WDVS lässt sich bisher noch nichts Abschließendes aussagen, denn sie werden erst seit Ende der 1980er Jahre verbaut. Experten schätzen jedoch eine Lebensdauer von etwa 30 Jahren. Mehr als dreiviertel unserer Gebäude wurden vor 1980 gebaut. Wären durch den Krieg nicht so viele Gebäude zerstört worden, wäre die Anzahl alter Gebäude noch weitaus höher. Gebäude können also bei sachgemäßer Pflege technisch durchaus eine Lebenserwartung von mehreren Hundert Jahren haben. Von diesem Blickwinkel aus, ist es von wenig Bedeutung, ob eine Wärmedämmung 25 oder 35 Jahre hält. Die Lebensdauer ist von Umweltgesichtspunkten aus einfach zu kurz, gegenüber konventionellen Baustoffen, wie Mauerwerk.
Wir können also davon ausgehen, dass die ersten Dämmsysteme bald entsorgt werden müssen und in der Folgezeit werden es immer mehr. Demnach müssen in den nächsten 30-40 Jahren alle geschätzten 900 Millionen Quadratmeter entsorgt werden und es kommen immer neue Massen davon hinzu.
Im Herbst 2015 wurde zur Entsorgung von WDVS eine kleine Anfrage vom Hessischen Landtag beantwortet. Demnach gibt es eine verlässliche Zahlenbasis für das zu erwartende Rückbauvolumen in den kommenden Jahren bislang nicht. Auf die Frage „Welche Recyclingtechnologien sind erprobt?“ gab es diese Antwort: Technologien zum Recycling, also zur stofflichen Verwertung von Polystyrol aus WDVS, sind aktuell nicht verfügbar.
Weiter Fakten erspare ich Ihnen. Sieht jedoch so Umwelt- und Klimaschutz aus? Etwas Energie einsparen – dazu demnächst mehr – und dafür hunderte Kubikmeter Sondermüll fabrizieren?
Der Architekt Christoph Mäckler, ehemaliger Vorsitzender des Bundes Deutscher Architekten, plädiert dafür nachhaltig und klimagerecht zu bauen, anstatt Gebäude in Kunststoff zu verpacken. Eine weiche Dämmschicht aus geschäumtem Kunststoff habe nicht die gleiche Lebensdauer wie eine gemauerte Wand – meint Mäckler. „Nachhaltig bauen bedeutet, ein Gebäude so zu errichten, dass es auch noch in hundertfünfzig Jahren genutzt werden kann und nicht nach 30 Jahren wieder abgerissen oder erneuert werden muss.“ Dies müsse bei der Energiedebatte berücksichtigt werden, meint Mäckler. Er fordert auch von Gesetzgeber für Neubauten Wärmeverbundsysteme zu untersagen. Stattdessen sollte so geplant und konstruiert werden, das durch entsprechende Wanddicken Dämmstoffe überhaupt nicht erst nötig werden.
Demnächst Wirtschaftlichkeit von WDVS