Energie sparen - Fortbewegung

 
Eine hochinteressante Tatsache ist, daß die Fortbewegung als solche keinerlei Energie kostet. Ein einmal beschleunigter Körper würde ohne jeden Kraftaufwand mit konstanter Geschwindigkeit Ewigkeiten und beliebige Strecken zurücklegen. Wären da nicht die Reibungsverluste durch die Luft und die Schwerkraft der Erde....

Manchmal sehen wir am Ende der Abenddämmerung einen sehr hellen "Stern" langsam von West nach Ost über den ganzen Himmel ziehen. Es ist die Internationale Raumstation ISS, die mit rund 28.000 km/h in knapp 400 km Höhe die Erde umkreist. Die Raumstation besitzt als Antrieb nur winzige Korrekturdüsen, die nur ganz selten die in dieser Höhe nur minimale Luftreibung ausgleichen. Ansonsten umkreist unsere ISS die Erde völlig antriebslos. (*)

Auf unseren Verkehr auf der Erde übertragen, bedeutet das zunächst mal, daß die Fortbewegung als solche »gratis« ist. Der Energieaufwand besteht erst mal nur darin, einen schweren Körper auf eine gewisse Geschwindigkeit zu bringen, die Beschleunigungsphase. Ein Auto, das 1.500 kg wiegt und von 0 auf 130 km/h beschleunigt werden soll, benötigt 978.009,3 kg*m²/s² oder 978 kWs oder 0,27 kWh Energie. Das entspricht ungefähr einem halben Weinglas Benzin (0,07 l) bei einem angenommenen Wirkungsgrad des Motors von 30%. Danach rollt das Auto einfach, jedoch müssen u.v.a. die Reibungsverluste an der Luft, sowie der Rollwiderstand der Reifen ausgeglichen werden, ein erheblicher Aufwand. Beim Bremsvorgang kann die hineingesteckte Energie von rund 0,27 kWh prinzipiell wieder zurückgewonnen werden (Rekuperation).

Diese dahinter steckenden Naturgesetze gelten selbstverständlich auch für das Flugzeug, den Zug und das Schiff. Die hauptsächlichen Optimierungen betreffen dabei stets den Luftwiderstand (Aerodynamik) bzw. Wasserwiderstand (Hydrodynamik, Fluiddynamik). Außerdem ist der Antrieb, der hauptsächlich zum Ausgleich dieser Reibungsverluste verwendet wird, mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad auszustatten. Hier hakt es derzeit noch gewaltig, denn trotz aller Fortschritte sind hier kaum mehr als 30% erreicht worden. Beträchtlich höhere Wirkungsgrade bringen hier Elektroantriebe mit 90% und darüber. Schwierigkeiten bereiten hier die Techniken zur Energiespeicherung, die noch ziemlich unterentwickelt sind.

Eine weitere Optimierung läßt sich dadurch erreichen, daß sich möglichst viele Personen und Güter möglichst wenig Fahrzeuge teilen. In Sachen Personenbeförderung ist die Energiebilanz eines voll besetzten Zugs unschlagbar günstig, für den einzelnen Fahrgast nur leider ein teures Vergnügen mit ungewisser Reisedauer und oft umständlicher Umsteigerei.

(*) Streng genommen befindet sie sich ständig im freien Fall und beschreibt eine hyperbolische Kurve, deren Anfangs- und Endpunkt zusammenfallen und damit die elliptische Bahn um die Erde beschreibt.
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