Perpetuum Mobile zwar nicht

Wissenschaft Physik
1

Hallo Experten.
Wie wir wissen, gibt’s sowas ja nicht,
und erst recht nicht, dass auch noch mehr Energie
dabei entsteht. Nun frag ich mich Folgendes:

Mal angenommen es gelinge technisch
einen Stromgenerator,
eine Elektrolyseanlage,
2 Luftballons aus reissfestem Material
und eine Seilrolle mit einem 10 KM langen Seil
im Meeresboden in 10 KM Tiefe zu verankern.
Das ganze hängt an einem Stromkabel.

Nun beginnt die Elektrolyseanlage an zu arbeiten.
Ein Ballon wird mit Wasserstoff gefüllt, einer mit Sauerstoff.
Die Menge ist jeweils das Volumen, wie es an der Erdoberfläche
wäre, ich sagmal, jeweils ein Kubikmeter.
Nun würde ich mal vermuten, dass die Luftballons
auf jeder Tiefe den Auftrieb bekommen, der jeweils einer
(ganz knappen) Tonne an der Wasseroberfläche entspricht.

Dann lässt man sie an dem Seil los, das dreht den Generator
an der Seilwinde am Meeresboden, der Strom über das Stromkabel liefert. Das bremst die Ballons auf 1 m/s Aufstiegsgeschwindigkeit.
Sie sind also etwa jeweils 3 Std unterwegs.
Das kommt also auf 60 KWh raus.
Und sind sie oben angekommen, kann man die Balloninhalte
miteinander zu Wasser verbrennen, (ohne Stickstoffabgase).
Dabei würd ich mal mit 70% thermischen Engergieverlust rechnen.
Beim Generator mit 10-20%, bei der Elektrolyse auch mit 20%.
Den Wasserwiderstand beim Steigen lassen wir mal ausser Acht,
es ging ja auch langsamer, dafür aber höhere Übersetzung an der Winde.
Dann lass ich das ganze wieder runter, und es geht von vorne los.

Man könnte den thermischen Verlust beim Verbrennen ausser Acht lässen, vielleicht, weil man auch thermische Energie haben will.
So verbleiben doch immerhin rund 50-60%.
Das ist doch eigentlich ganz gut, zumindest gemessen daran,
dass man für eine beliebige Zeit (das Festhalten der Ballons am Meeresboden) die Energie für 3 Stunden ohne Verluste durch die Lagerzeit speichern kann.
Vom Auftrieb verprech ich mir unterm Strich wohlgemerkt nichts,
denn es wird tief unterm Meeresspiegel unter hohem Druck
mehr Strom brauchen, um die gleiche Masse an Wasserstoff/sauerstoff
zu produzieren, wie an der Wasseroberfläche, es gibt ja kein Perpetuum Mobile.

2

Hallo,

Nun frag ich mich Folgendes:

was genau ist „folgendes“? In deinen Ausführungen folgt keine Frage.

[…]

Du gehst hier oft nur von ungefähren Angaben aus und lässt vieles „außer Acht“, das eigentlich nicht zu vernachlässigen ist. Einige Zusammenhänge verwechselst du auch, so bleibt zum Beispiel die Auftriebskraft beim Aufstieg nicht konstant.

Ich weiß ja nun nicht, was du genau erreichen willst. Wahrscheinlich hab ichs einfach nicht verstanden.
Wenn es nur darum geht, etwas Bewegung ins Meer zu bringen, macht es wahrscheinlich nichts, wenn du ein paar Größen vernachlässigst. Aber das kann man wohl erst genau beurteilen, wenn die Frage gestellt ist.

mfg
MB

3

Das Ganze funktioniert wirklich deswegen nicht, weil der Druck in der Säule eines Stoffes in einem Gravitationsfeld nicht konstant ist. Genau die Arbeit, die man gewinnt, geht einem beim Ausgleichen des Druckunterschiedes verloren.
Leider…

4

Man trennt elektrisch Wasserstoff und Sauerstoff
aus Wasser. Die Gase lagert man.
Anschliessend verbrennt man das Gemisch wieder,
um daraus Strom herzustellen.
Das gibt einen Energiespeicher.
Der hat eine negative Energiebilanz hinsichtlich
der elektrischen Energie. Es kommt wesentlich weniger raus
als man reingesteckt hat, allein wegen des thermischen
Verlusts, und auch wegen dem Aufwand, den Wasserstoff
lagerfähig zu machen, sprich hoch zu verdichten und
auch wegen den Kosten für die Druckbehälter.
Deren Herstellung benötigt ja auch Energie.

Die Bilanz kann man nicht dadurch aufbessern,
dass man die Gase 10 KM unter Wasser trennt,
und die Auftriebskraft des Gases nutzt,
weil -wie ich annheme- man bei zusätzlicher Tiefe und damit Umgebungsdruck auch entsprechend mehr elektrische Energie braucht, um die gleiche Masse der Gase zu trennen. Meine Frage ist nun,
ob ich damit richtig liege.

Und ich hätte noch die Frage ob Wasserstoff wasserlöslich ist.

Und auch möcht ich fragen, wie es sich mit der Auftriebskraft
des Gases verhält. Als Körper in einem Ballon ist es tief unten
klein (weil komprimiert), kurz unter der Waseroberfläche
ist er gross, die Auftriebskraft bezogen auf die Masse des Gases
sollte aber gleich sein also etwa, oder nicht?
So ne Tabelle wär schön, wenns nicht so ist.

Ein m3 bei einem m Tiefe hat 1000KP Auftriebskraft
Ein m3 wird bei 1000m Tiefe zu 0,03 M3 und hat x KP Auftriebskraft
Ein m3 wird bei 2000m Tiefe zu 0,01 M3 und hat y KP Auftriebkraft
…

Mich interssiert insgesamt, ob man sich unter Wasser nicht ein erbeliches Mass an Aufwand sparen kann, den Wasserstoff
lagerfähig zu machen, sprich hoch zu verdichten,
denn der Umgebungsdruck hat ihn schon verdichtet.
Die Zusätzliche elektrische Energie die man unter Wasser
bei der Elektrolyse benötigt, holt man sich (teilweise)
wieder durch den Auftrieb raus.

Das ganze hat einen Energiewirtschaftlichen Hintergrund.
Betrachtete Energieträger sind Wind, Sonne und Atomkraft.
Keine der Energieträger hat im Betrieb CO2 Ausstoss.
Wind und Sonne haben im Betrieb keine Brennstoffkosten.
Atomkraft hat - zur Zeit- vernachlässigbare Brennstoffkosten.
Wind und Sonne sind aber nicht kontinuierlich,
oder steuerbar, kosten also Geld, also Wartung und Zinsen,
auch wenn keine Sonne scheint oder Wind weht.
Atomkraft ist zwar (von der Idee her) kontinuierlich,
aber schlecht steuerbar, der Bedarf schwankt stark über einen
Tag, bei vollständiger Abdeckung des Bedarfs durch Atomkraft,
würden übertrieben ausgedrückt alle Atomkrraftwerke nachts den gleichen Strom herstellen, wie bei Tage, keiner braucht oder bezahlt den Nachtstrom, das eingesetzte Kapital rentiert sich dann nicht.

Bei allen der drei Energieträger hat das Ausmasse von 50-70% wirtschaflicher Nichtnutzbarkeit, bezogen auf das eingesetzte Kapital.
Eine Anlage die mit 30-40% Verlust speichert, könnte sich schon lohnen.

Könnte man grosse Massen an Energie billig speichern,
fallen die Probleme weg, die bei fossilen Kraftwerken nicht
bestehen (aber CO2).
Eigentlich fällt dann die Atomkraft auch ins Hintertreffen,
denn die Anlagen sind sehr teuer und stossen auch nicht
auf besondere gesellschaftliche Akzeptanz bishin zu Widerstand,
mit schweren Waffen. Abfall und allgemeine Risiken wollen
wir mal nicht ansprechen.

Tja, und die oben entstandene thermische Energie
(und auch sonstige thermische Energie aus Kraftwerken)
könnte man vielleicht nach unten leiten,
und die Ballons erwärmen, wenn man sie dann ins kalte
Tiefwasser leitet, solle ihr Auftrieb auch höher sein,
bis sie wieder abgekühlt sind.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

5

Hallo,

[…] Das gibt einen Energiespeicher.

so weit komme ich mit, das ist ja nichts neues, sondern funktioniert auch über Wasser wunderbar.

Es kommt wesentlich weniger raus
als man reingesteckt hat

„Wesentlich“ weniger jetzt nicht unbedingt. Wenn man es geschickt anstellt kann man damit Wirkungsgrade von etwa 80% erreichen, und das ist sogar ziemlich gut.

auch wegen den Kosten für die Druckbehälter.
Deren Herstellung benötigt ja auch Energie.

Die darfst du aber hier nicht mitrechnen.

weil -wie ich annheme- man bei zusätzlicher Tiefe und damit
Umgebungsdruck auch entsprechend mehr elektrische Energie
braucht, um die gleiche Masse der Gase zu trennen.

Ich bin mir nicht sicher, aber ich glaube nicht, dass das der Fall ist. Ich würde eher vom Gegenteil ausgehen.

Wenn du deine Elekrolyseanlage im Meer versenkst musst du aber bedenken, dass das Meer nicht aus destilliertem Wasser besteht. Da schwimmt jede Menge Kram drin rum, der dir deine Elektrolseanlage ganz schnell kaputt macht.

Und ich hätte noch die Frage ob Wasserstoff wasserlöslich ist.

Ja, ist er. Laut Wikipedia passen 1,6mg Wasserstoff in einen Liter Wasser.

Als Körper in einem Ballon ist es tief unten
klein (weil komprimiert), kurz unter der Waseroberfläche
ist er gross

[…]
Mich interssiert insgesamt, ob man sich unter Wasser nicht
ein erbeliches Mass an Aufwand sparen kann, den Wasserstoff
lagerfähig zu machen, sprich hoch zu verdichten,
denn der Umgebungsdruck hat ihn schon verdichtet.

Da widersprichst du dir selbst, denn zuerst dehnt sich der Ballon aus, während er aufsteigt, und dann willst du die Kompression (d.h. das Volumen des Ballons) doch konstant halten.

Tja, und die oben entstandene thermische Energie
(und auch sonstige thermische Energie aus Kraftwerken)
könnte man vielleicht nach unten leiten,
und die Ballons erwärmen, wenn man sie dann ins kalte
Tiefwasser leitet, solle ihr Auftrieb auch höher sein,
bis sie wieder abgekühlt sind.

Verstehe ich nicht. Wenn du die Ballons unten erwärmst, dehnt sich das Gas aus und ist damit nicht mehr so stark komprimiert. Das ist doch das genaue Gegenteil von dem, was du erreichen willst.

Außerdem ist es nicht gerade umweltschonend, wenn du einfach mal so in 2km Tiefe das Meer aufwärmst. Da kannst du auch weiterhin Kohlekraftwerke bauen.

mfg
MB

6

Hallo Fragewurm,

Dann lässt man sie an dem Seil los, das dreht den Generator
an der Seilwinde am Meeresboden, der Strom über das Stromkabel
liefert. Das bremst die Ballons auf 1 m/s
Aufstiegsgeschwindigkeit.
Sie sind also etwa jeweils 3 Std unterwegs.
Das kommt also auf 60 KWh raus.

Du vergisst hier die Masse von 10km Seil.

Einerseits nimmt der Auftrieb der Ballons beim Aufsteigen ab, andererseits nimmt die Masse des Seils mit jedem Meter zu.
Die Dinger werden somit gar nie an der Oberfäche ankommen.

Mal abgesehen ob die Ballons nach oben kommen:
Das Seil muss zunächst einmal mindestens eine Reissfestigkeit von 1 Tonne haben um die Kraft zu übertragen. Ist der Ballon fast oben angekommen, muss das Seil diese 1 Tonne plus das Gewicht von den 10km Seil aushalten um nicht zu reissen.

Die Masse kann man verringern in dem das Seil konisch ist, das bringt dir aber auch nicht viel.

MfG Peter(TOO)

7

Hallo, deine Ballons steigen niemals auf, weil es garkeine echten Ballons gibt: je grösser die Tiefe, desto stärker wird das Gas darin komprimiert, und der Auftrieb nimmt dementsprechend ab. Da Gase komprimierbar sind, Wasser dagegen kaum (physikalisches Grundwissen!!!) gibt es sogar einen Punkt, ab dem das komprimierte Gas dichter ist als das Wasser, ab dieser Tiefe abwärts sinkt der „Ballon“ sogar nach unten.

Schon in 90 m Tiefe beträgt der Auftrieb nur noch 10%.

Gruss Reinhard

8

Hallo Experten.

Danke für eure Antworten.
Hier hatte jemand schon mal die selbe Idee,
die er natürlich sofort verwarf, und er wollte
nur noch wissen, warum sie nicht aufgeht.
http://keinepanik.nib.cc/forum.php?req=thread&id=470
Da ist eine Chemikerin, die sagt, dass sich das Elektrolyse
Ergebnis nei zunehmender Tiefe nicht verschlechtert,
ein anderer sagte doch, wie ich.

Klar, der Ballon wird vom Wasser zusammengedrückt,
das Wasser selbst aber nicht, so ist der Ballon
bei zunehmender Tiefe immer weniger in der Lage, Wasser zu vedrängen,
und das Archimedische Printip besagt, dass die Auftriebskraft so
gross ist, wie das Gewicht des verdrängten Wassers.

Wie wir wissen, gibt’s sowas ja nicht,
und erst recht nicht, dass auch noch mehr Energie
dabei entsteht. Nun frag ich mich Folgendes:

Mal angenommen es gelinge technisch
einen Stromgenerator,
eine Elektrolyseanlage,
2 Luftballons aus reissfestem Material
und eine Seilrolle mit einem 10 KM langen Seil
im Meeresboden in 10 KM Tiefe zu verankern.
Das ganze hängt an einem Stromkabel.

Nun beginnt die Elektrolyseanlage an zu arbeiten.
Ein Ballon wird mit Wasserstoff gefüllt, einer mit Sauerstoff.
Die Menge ist jeweils das Volumen, wie es an der Erdoberfläche
wäre, ich sagmal, jeweils ein Kubikmeter.
Nun würde ich mal vermuten, dass die Luftballons
auf jeder Tiefe den Auftrieb bekommen, der jeweils einer
(ganz knappen) Tonne an der Wasseroberfläche entspricht.

Dann lässt man sie an dem Seil los, das dreht den Generator
an der Seilwinde am Meeresboden, der Strom über das Stromkabel
liefert. Das bremst die Ballons auf 1 m/s
Aufstiegsgeschwindigkeit.
Sie sind also etwa jeweils 3 Std unterwegs.
Das kommt also auf 60 KWh raus.
Und sind sie oben angekommen, kann man die Balloninhalte
miteinander zu Wasser verbrennen, (ohne Stickstoffabgase).
Dabei würd ich mal mit 70% thermischen Engergieverlust
rechnen.
Beim Generator mit 10-20%, bei der Elektrolyse auch mit 20%.
Den Wasserwiderstand beim Steigen lassen wir mal ausser Acht,
es ging ja auch langsamer, dafür aber höhere Übersetzung an
der Winde.
Dann lass ich das ganze wieder runter, und es geht von vorne
los.

Man könnte den thermischen Verlust beim Verbrennen ausser Acht
lässen, vielleicht, weil man auch thermische Energie haben
will.
So verbleiben doch immerhin rund 50-60%.
Das ist doch eigentlich ganz gut, zumindest gemessen daran,
dass man für eine beliebige Zeit (das Festhalten der Ballons
am Meeresboden) die Energie für 3 Stunden ohne Verluste durch
die Lagerzeit speichern kann.
Vom Auftrieb verprech ich mir unterm Strich wohlgemerkt
nichts,
denn es wird tief unterm Meeresspiegel unter hohem Druck
mehr Strom brauchen, um die gleiche Masse an
Wasserstoff/sauerstoff
zu produzieren, wie an der Wasseroberfläche, es gibt ja kein
Perpetuum Mobile.