Die Lösung der Energieprobleme der Menschheit

[ Zauberspiegel Wissenschaft Ideenfabrik ]

Geschrieben von vdh am 31. August 2005 16:01:25:

Sehr geehrte Damen und Herren,

zu Ihrer Information hier ein Erfindungsgebot, das nach einem Gutachten der Fraunhofer-Gesellschaft die Lösung der Energieprobleme der Menschheit bedeutet: Ich habe durch die technische Simulation biologischer Zelluhren eine neue mit "Magnet-Kraft-Maschine" bezeichnete Energietechnik erfunden, die vergleichbar ist mit der Erfindung einer elektrischen Batterie für kleine und große Anwendungen bis über den Gigawattbereich hinaus. Funktionsweise: Ein Elektromotor beschleunigt einen Generator und verbraucht nur ca. 10 % des vom Generator erzeugten Stroms. Dies geschieht dadurch, dass die Anziehung im Generator durch die Abstoßung eines zusätzlichen Rotorsegmentes kompensiert und so der Generator bei der Erzeugung von Elektrizität nicht mehr abgebremst wird. Die verbleibenden 90 % können als umweltfreundliche Energiequelle, d.h. als mobile oder stationäre Kraftwerke ("power plants") genutzt werden, beispielsweise für Motoren von Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen, für Häuser und Wohnanlagen, Betriebe und Industrieanlagen.

Die Kompensation von Anziehung und Abstoßung kann ich Ihnen anhand eines Modells aus Türschnappermagneten demonstrieren. Was fehlt sind serienreife Prototypen, Werkstätten oder geeignete technische Laboratorien und Produktionsanlagen. Ich habe nahezu unbegrenzt Kapital für die Entwicklung und die wirtschaftliche Verwertung meiner mit Magnetkraftmaschine bezeichneten Erfindung. Stellenabbau ist nicht schwer, Stellenaufbau dagegen sehr. Der Aufbau innovativer Maschinenfabriken ist willkommen. Auch mein Gründungsvorhaben "Institut für Physiologie und Simulationsforschung" ist von den Banken wohlwollend zur Kenntnis genommen worden. Um Kostenvoranschläge für die Vergabe der veranschlagten Sach- und Personalmittel vorlegen zu können suche ich qualifizierte mathematisch-naturwissenschaftliche, ingenieuerwissenschaftliche, technische und betriebswirtschaftliche Fachkräfte oder gerne auch einfach nur Mitstreiterinnen und Mitstreiter - Alter gleich.

Das Schutzrecht ist sichergestellt. Investor ist die Kreditanstalt für Wiederaufbau. Sparkasse und Deutsche Bank sind interessiert. Für die Forschung und Entwicklung serienreifer Prototypen stehen Sach- und Personalmittel i. H. v. 5 Mio EUR zur Verfügung. Für die Markteinführung kann weiteres Kapital aktiviert werden. Die verauslagten Gelder gedenke ich durch die geschäftliche Verwertung meiner Erfindung für alle Beteiligten gewinnbringend zurückzuzahlen.

Sicherheit ist Trumpf. Voraussetzung für die Mitarbeit am Projekt ist der sichere Umgang mit den naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen - oder zumindest ein Interesse am Umweltschutz. Da da die Technologieentwickelgruppe der FhG nach anfänglich großem Interesse jedoch gar nichts mehr zu garantieren vermochte, möchte ich nun Sie herzlich zwecks Fehlersuche und Diskussion für die weitere Projektplanung einladen. Informationen hierzu finden Sie im Anhang. Wenn Sie die Diskussion lesen möchten und Fehler finden, wäre ich Ihnen sehr dankbar, wenn Sie mich unter Angabe des entsprechenden Absatzes darauf hinweisen mögen. Die Absätze sind nummeriert. Auch wenn Sie keine Fehler finden, freue ich mich auf die Diskussion.

Sind Sie interessiert am Projekt "Magnet-Kraft-Maschine" mitzuwirken?

Mit freundl. Gruß

v. d. Heyde

(Dipl.-Biologe (Uni) Frank von der Heyde, Bremen)

Institut für Physiologie und Simulationsforschung in Gründung


DISKUSSION (Stand 31.08.2005)

Modellstudien an den Mechanismen Biologischer Uhren verifiziert durch ein Magnet-Kraft-Maschine genanntes elektromagnetisch-mechanisches Rückkoppelungssystem


1. Die belebte Natur offenbart eine Vielfalt von hochentwickelten Struktur- und Funktionsprinzipien, deren Simulation, Modifikation und Verifikation einerseits hilfreich für das Verständnis der biologischen Vorgänge ist und andererseits systematisch neue technische Systeme ergibt. Im Sinne der Simulationsforschung beruht dieses Forschungsprojekt darauf, die Funktionselemente einer biologischen Uhr der Pflanzen, die in konstantem Laborlicht ohne periodische Umweltsignale die mit circadianer Rhythmus bezeichnete annähernd 24-stündliche Periodizität der cosinusartigen Schwingung der Sauerstoffkonzentration reguliert, durch technische und die konstante Lichtenergiezufuhr durch die in Magneten gepeicherte elektromagnetische Energie zu ersetzen. Das Ergebnis dieser Simulation und der darauf aufbauenden Modifikation sind ein neues Modell einer biologischen Zelluhr und ein Magnet-Kraft-Maschine genannter elektromagnetisch-mechanischer Rückkoppelungsmechanismus, der nach derzeitigem Stand der Diskussion die Lösung der Energieprobleme der Menschheit bedeutet. Um dieses Resultat auf Herz und Nieren prüfen zu können, werden im Folgenden das biologische Uhrenmodell, die technische Simulation und die Modifizierung der technischen Simulation im Detail beschrieben, mit dem Ziel, die naturwissenschaftlich-mathematische Grundlage dieses Projektes abzusichern, das dem Umweltschutz dienen soll.


2. Ungeachtet der gleichbleibenden Zufuhr von Dauerlicht und Nährstoffen reguliert eine biologische Uhr in photosynthetisierenden Pflanzenzellen die Sauerstoffproduktion unter konstanten Laborbedingungen nach dem Anstieg auf einen Maximumschwellenwert für etwa 12 Stunden wieder herunter und sukzessive nach dem Absinken auf einen Minimumschwellenwert für ungefähr 12 weitere Stunden wieder herauf, bis das Maximum abermals erreicht ist und der nächste Zyklus mit einer Periodendauer von circa 24 Stunden beginnt. Die circadiane Schwingung der Sauerstoffkonzentration wird gemäß der prinzipiell für möglich gehaltenen Modellvorstellung unmittelbar durch Destabilisieren und Stabilisieren von Licht absorbierenden Chlorophyllen verursacht, sodass die pflanzlichen Lichtsammelkomplexe zwar einem konstanten Photonenbeschuss ausgesetzt sind, die zur Wasserspaltung für die Freisetzung von Sauerstoff benötigten Elektronen jedoch nur phasenweise ejizieren. Die biologische Grundlage des Modells, das der Einfachheit halber mit Photosynthese-Uhr bezeichnet wird, ist das zentrale Dogma der Molekularbiologie. Dies besagt, dass die genetische Information als DNS-Sequenz gespeichert ist, durch den Mechanismus der Transskription in Form von RNS-Molekülen verfügbar gemacht wird und durch den Mechanismus der Translation die Aminosäuresequenz von Strukturproteinen und Enzymen kodiert. Das Modell der Photosynthese-Uhr beschreibt demgemäß, wie die Aktivität eines Genes (x) die Synthese eines Chlorophyll stabilisierenden Proteins (y) steuert, das die Freisetzung von Sauerstoff (z) aktiviert. Im Sauerstoffmaximum (z-max) wird das Gen (x) schlagartig durch einen Hemmfaktor blockiert. Die Hemmung (-) des Genes (x) dauert etwa 12 Stunden an, währenddem das Protein (y) mit gewisser Halbwertszeit zerfällt und die Konzentration von Sauerstoff (z) sinkt. Im Sauerstoffminimum (z-min) gibt der Hemmfaktor das Gen (x) wiederum schlagartig für rund 12 weitere Stunden frei (+), das Protein (y) aktiviert erneut die Sauerstoffproduktion, das Konzentrationsmaximum (z-max) wird abermals erreicht und der nächste circadiane Zyklus durchlaufen.


3. Die Modellvorstellung vom circadianen Regulationsprinzip der Photosynthese-Uhr beschreibt einen Mechanismus der allosterischen Genregulation durch Produkthemmung unter der Annahme eines unbekannten Hemmfaktors. Ein solcher Hemmfaktor könnte z.B. ein DNS bindendes Protein sein, dass in zweierlei stabiler Struktur, d.h. allosterisch, als aktive und inaktive Konfiguration vorkommt, wobei angenommen wird, dass die Aktivierung des Hemmfaktors die Inaktivierung (-) der Photosynthese und die Inaktivierung des Hemmfaktors die Aktivierung (+) der photosynthetischen Sauerstoffproduktion bewirkt. Der Hemmfaktor wäre ähnlich dem roten Blutfarbstoff Hämoglobin mit vielen Sauerstoffbindestellen ausgestattet, die aktive Konfiguration würde das Gen (x) durch Protein-Nukleinsäure-Wechselwirkung hemmen (-) und die inaktive Konfiguration die hemmende DNS-Bindung reversibel lösen (+). Bei Erreichen des Sauerstoffmaximums wären alle Sauerstoffbindestellen besetzt, der Hemmfaktor nähme die aktive Konfiguration an und die Sauerstoffkonzentration begänne zu sinken. Erst wenn alle Sauerstoffbindestellen allmählich durch Konzentrationsausgleich wieder frei geworden sind, ist mit einer gewissen Verzögerung das Bestreben der molekularen Struktur des Hemmfaktors, die zweite stabile, inaktive Konfiguration anzunehmen, energetisch stärker als die hemmende Nukleinsäurebindung der aktiven Konfiguration. Die Sauerstoffkonzentration begänne wieder zu steigen, zu sinken und der Vorgang sich mit annähernd konstanter Periode von Zyklus zu Zyklus zu wiederholen.


4. Es mag die Vorstellungskraft ein wenig unterstützen, die Photosynthese-Uhr technisch zu simulieren. Die Simulation ist ein gebräuchliches methodisches Werkzeug auf dem Gebiet der für biologischen Uhren zuständigen Chronobiologie (Chronos, grsch. Zeit) und auch in diesem Falle hilfreich bei der Modellfindung gewesen. Ausgangspunkt der Überlegungen war, den relativ komplizierten Mechanismus der allosterischen Regulation durch Produkthemmung anhand eines einfachen sich selbsttätig ein- und ausschaltenden elektromagnetischen Kippschaltermechanismus zu veranschaulichen und ein freischwingendes System zu simulieren, das ungeachtet konstanter Energiezufuhr autonom oszilliert. Dazu seien in Gedanken der Mechanismus der Transskription des betrachteten Gens (x) durch einen Elektromotor (x), der Mechanismus der Translation des entsprechenden Proteins (y) durch eine an den Motor gekoppelte Schwungmasse (y) und die photosynthetische Produktion von Sauerstoff (z) durch einen ebenfalls vom Motor gesteuerten Generator (z) ersetzt gedacht. Der Generator möge den Elektromagneten eines Kippschalters mit Strom speisen, bis der Magnet ein Maximum (z-max) an elektrischer Energie gespeichert hätte und den Motor ausschaltete (-). Da das auch den Generator ausschalten würde, entspräche das einer Produkthemmung, die mit gewisser Verzögerung erst dann wieder aufgehoben wäre, wenn der Kippschalter nach dem Entmagnetisieren im Minimum (z-min) gespeicherter elektrischer Energie in die Augangsstellung zurückfederte, um sodann den Motor und den daran gekoppelten Generator erneut zu starten (+). Dazu müsste das technische System über eine Stromquelle verfügen, die ein Akkumulator (w) sein könnte und dem Motor die zum Neustarten benötigte Energie zuführte. Dann würde die Simulation die Photosynthese-Uhr als einen Oszillator veranschaulichen, der mathematisch wie eine Pendeluhr, deren Pendel alle 24 Stunden 12 Stunden in die eine und 12 weitere Stunden in die andere Richtung ausschlägt, durch eine Cosinusfunktion angenähert werden kann.


5. Die technische Simulation ist hilfreich für das Verständnis des circadianen Regulationsprinzips, wobei der Zusatz nicht fehlen darf, dass die biologischen Vorgänge nicht selten komplizierter sind, als im einfachsten Falle angenommen. Wie auch immer, ohne einen Energiespeicher würde auch der Photosynthese-Uhr die für das Neustarten der Photosythese benötigte Energie fehlen. Die Hinzunahme eines vierten Funktionselementes in das Modell der Photosynthese-Uhr erweist sich deshalb also als biologisch sinnvoll, denn die Photosynthese-Uhr würde ohne einen zellulären Energiespeicher nicht funktionieren, weshalb einige die Chronobiologie grundsätzlich angehende Bemerkungen angebracht sind. Der Akkumulator (w) könnte im biologischen Modell dem pflanzlichen Stärkespeicher entsprechen, der die chemische Energie der bei photosynthetischer Sauerstoffproduktion gebildeten Kohlenhydrate innerhalb der Zelle auch nachts, bzw. auch dann, wenn die Photosynthese im Dauerlicht gehemmt wird, verfügbar macht. Charles Darwin (1880) vermutete, dass die Pflanzen auf diese Weise bereits in der Dunkelheit die für die Photosynthese benötigten molekularen Strukturen bereitstellen, um gleich zu Beginn des Tageslichtes eine im Morgentau besonders hohe Energieausbeute zu erzielen. Zudem ist wichtig, dass auch dieses räumlich-zeitliche Modell einer biologischen Uhr die Annahme der circadianen Regelung einer positiven Rückkoppelung bei zunehmender Aktivität und einer negativen Rückkoppelung bei abnehmender Aktivität bestätigt, wie anderswo für den Mechanismus der die Tages- und Nachtaktivität des Gehirns regulierenden Kopfuhr diskutiert wird. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass verschiedene gleichzeitig in einzelligen Lebewesen operierende biologische Uhren nachgewiesen sind. Die Chronobiologie spricht deshalb vom intrazellulären Uhrenladen ("clock-shop of intracellular oscillators") als die derzeitige wissenschaftliche Arbeitsgrundlage auf diesem Gebiet.


6. Demgemäß kann der Zuwachs der Sauerstoffkonzentration als eine positive Rückkoppelung aufgefasst werden, wenn die zur Stabilisierung der Chlorophylle erforderliche chemische Energie nicht nur dem pflanzlichen Energiespeicher entnommen, sondern auch direkt durch die momentane Photosyntheserate bestimmt wäre. Der Energiestoffwechsel würde so photosynthetisch gewonnene Energie ohne gewisse Verzögerung also sofort verfügbar machen. Je mehr Energie die Photosynthese für die zusätzliche Stabilisierung der Chlorophylle gewinnen würde, desto höher der Zuwachs der photoelektrischen Aktivität und umso stärker die Zunahme der momentanen Photosyntheserate, bis umgekehrt die Produkthemmung im Maximum der Sauerstoffkonzentration eine abnehmende Photosyntheserate durch negative Rückkoppelung auslöste. Mit diesen Annahmen lässt sich aus dem Modell der Photosynthese-Uhr ein Rückkoppelungsmodell ableiten, das theoretisch erklärt, wie die Photosyntheseaktivität (z) Energie für die Verstärkung von Genaktivität (x) und Proteinsyntheseaktivität (y) gewinnt, das die Photosyntheseaktivität (z) wiederum verstärkt. Diese Rückkoppelung mit den technischen Funktionselementen aus dem Pendeluhrenmodell zu simulieren wird nunmehr sowohl hinsichtlich gewisser Analogien als auch im Hinblick auf wesentliche Unterschiede interessant, die Ausgangspunkt weiterer bionischer Überlegungen sind. Einsetzen der technischen Funktionselemente Elektromotor (x), Schwungmasse (y) und Generator (z) in die Variablen des Rückkoppelungsmodells ohne Produkthemmung ergibt sofort das Magnet-Kraft-Maschine genannte elektromagnetisch-mechanische Rückkoppelungssystem, das die den Motor bewegende magnetische Energie (x) in rotatorische, die Rotationsenergie (y) im Generator in elektrische und die elektrische Energie (z) durch positive Rückkoppelung amplifizierend in magnetische Energie (x) transformieren kann. Das Geräteschema impliziert eine Logik, die auf das Vorhandensein der in elektromagnetischer Masse gespeicherten elektromagnetischen Energie hinweist, weshalb sich Energie in die Variablen der Rückkoppelungsschleife einsetzen lässt. Das ist in der Tat ein erstaunliches Resultat, denn der eigentliche Clou ist nun, dass es theoretisch möglich ist, das System über einen endlichen Zeitraum ohne externe Energiezufuhr zu betreiben und - wovon unten noch die Rede sein wird, dass der Motor der Maschine weniger Strom verbraucht, als der Generator erzeugt.


7. Die Differenzierung des Pendeluhrenmodells ermöglicht die Anwendung eines Wachstumsmodells, das mit dem Rüstzeug der Mathematik den Wuchs eines Baumes an Hand des Wachstums der Holzmasse mathematisch beschreibt. Je größer die Holzmasse m, desto stärker ist der Zuwachs dm/dt an Masse m pro Zeiteinheit t. Es ist nun formal erlaubt, das biologische Rückoppelungsmodell für eine Anwendung auf die positive elektromagnetisch-mechanische Rückkoppelung zu modifizieren, indem die Masse m mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit c multipliziert wird, die eine wichtige Konstante aus der Physik ist und die maximal erreichbare Geschwindigkeit. Die Formeln zeigen, dass die Energiequelle nach E = mc² die maximale in der Masse m der Maschine gespeicherte Energie E ist, die durch Energiegewinnung freizusetzten wäre, denn ein Entstehen von Energie aus dem Nichts ist nach derzeitigem Wissensstand unmöglich. Es sei also angenommen, dass der Generator der Magnet-Kraft-Maschine mehr Strom erzeuge, als der Motor der Maschine verbrauche. Die Energiequelle ist nach E = mc² die maximale in der Masse der Maschine gespeicherte elektromagnetische Energie E.

Die Energiegewinnung als Funktion der Zeit wäre E = E(t) mit einem festen Bezugspunkt E_0 als Minimumschwellenwert zur Zeit t = 0. Vorausgesetzt die Leistung der Maschine ist proportional zur in jedem Zeitpunkt t gewonnenen Energie E, das heißt, dE/dt proportional E, wäre die Differentialgleichung ausgedrückt durch

dE/dt = aE

mit einer gewissen positiven Konstanten a. Umformen ergibt

dE = aE * dt,

dE/E = a * dt (mit E ungleich 0)

und integrieren auf beiden Seiten

integral dE/E = integral a * dt,

integral 1/E * dE = a * integral dt,

ln |E| + C = at.

Da C als eine beliebige positive oder negative Konstante der Integration aufgefasst werden kann, kann auch

ln |E| = at + C

gesetzt werden. Auflösen nach |E| führt zu

|E| = e^(at + C)

oder in anderer Schreibweise

|E| = exp (at + C).

Wegen exp (at + C) = exp (at) * exp C kann auch c = exp C oder c = -exp C geschrieben werden, sodass

E = c * exp (at)

eine allgemeine Lösung ist. Da E = E_0 z.Z. t = 0 kann hier außerdem das unbestimmte c mit c = E_0 bestimmt werden, woraus das partikuläre Integral

E = E_0 * exp(at)

hervorgeht. Selbstverständlich gibt es eine Begrenzung: Wenn die gewonnene Energie E den Wert E = mc² als Maximumschwellenwert erreicht, ist das System zerfallen und dessen Energieinhalt ausgeschöpft. Auch aus praktischen Gründen ist eine Beschränkung auf E < mc² sinnvoll. Da dE/dt proportional zu E ist, lässt sich außerdem die relative Wachstumsrate a definieren:

a = 1/E * dE/dt.

Der Quotient aus Leistung dE/dt und gewonnener Energie E sagt aus, dass zu jedem Zeitpunkt die relative Wachstumsrate a konstant bleibt. Zwei Schritte sind darin enthalten. Erstens: Der Quotient dE/dt ordnet dem Zuwachs der Energiegewinnung eine Zeitspanne zu, was ein Maß für die Zuwachsgeschwindigkeit liefert. Zweitens: Die Leistung dE/dt steht mit der gegenwärtig gewonnenen Energie E in Beziehung. Diese Wachstumsrate bestimmt wiederum die neuen Werte von E. Das ergibt ein einfaches Beispiel eines Rückkoppelungsmechanismusses (Feedback) mit einer Schleife: Mit zunehmender Energiegewinnung nimmt auch die Leistung zu und vice versa.


8. Vor diesem Hintergrund sind nun thermodynamische Überlegungen interessant. Die Thermodynamik sagt: Die Gibbs'sche Freie Energie G ist der nutzbare Energieinhalt, die Enthalpie H der gesamte Energieinhalt und Entropie S multipliziert mit der Temperatur T der nicht nutzbare Energieinhalt. Deshalb wird die freizusetzende Energie G eines Körpers Gibbs'sche Freie Energie genannt. Die Gibbs'sche Gleichung für die Freie Energie G lautet

G = H - T*S

und sagt aus, dass die freie Energie G eines Körpers gleich der Enthalpie H abzüglich der Entropie S bei bestimmter Temperatur T ist. Freie Energie ist nutzbare Energie, Enthalpie gespeicherte Energie und die Entropie das Maß für den Ordnungszustand des Körpers. Für Änderungen in chemischen Reaktionen oder physikalischen Zuständen gilt

delta G = delta H - T*delta S.

Nimmt der Körper bei bestimmter Temperatur T zusätzlich zum Energieinhalt H die Energiemenge Q auf, nimmt die Entropie S um

delta S = Q/T

zu und bei Energieabgabe entsprechend ab. Dieselbe Energiemenge Q entspricht bei höherer Temperatur T einer geringeren Entropie S als bei tieferen Temperaturen. Hieraus folgt

Q = T*delta S.

Einsetzen ergibt

delta G = delta H - Q

und

Q = delta H - delta G,

worin delta H die Energiemenge Q_speicher und delta G die Energiemenge Q_nutz sind. Damit lässt sich nun der Anteil S der nicht nutzbare Verlustenergie

Q_verlust = Q_speicher - Q_nutz

bestimmen. Zur Berechnung der nutzbaren Energie der Magnetkraftmaschine lassen sich die Gleichungen für die Gibbs'sche Freie Energie G = H - TS und Einsteins Gleichung für die Äquivalenz von Masse und Energie E = mc² zusammenfassen. Da bei Änderungen in chemischen Reaktionen bzw. physikalischen Zuständen an denen nur Festkörper beteiligt sind, ist die Innere Energie U der Magnetkraftmaschine praktisch mit der Enthalpie H eines Festkörpers mit beweglichen Teilen identisch, da keine Volumenarbeit W als das Produkt von Druck P und Volumen V geleistet wird. Wegen

H = U + PV

kann also für die Magnetkraftmaschine H = U gesetzt werden, da die Volumenarbeit W = PV entfällt. Die Betriebstemperatur T sei konstant. Weil E = mc² der maximale Energieinhalt eines Körpers ist, gilt für die Enthalpie H bzw. die Innere Energie U der Maschine der Zusammenhang

H = U = mc².

Zu Beginn des Energiegewinnungsprozesses zur Zeit t = 0 mit G = G(t), H = H(t) und S = S(t) sind G = 0 und T*S = H. Es gilt

G(t) = H(t) -TS(t)

und zur Zeit t = 0

G(0) = H(0) - TS(0) = 0 Joule.

Die Energiegewinnung wäre die Änderung der freiwerdenden elektrischen Energie (G) mit negativem Vorzeichen gleich der Änderung des gesamten Energieinhalts (H) abzüglich der Umgebungstemperatur (T) multipliziert mit der bei Energieabgabe abnehmenden Entropie (S), das das Maß für den abnehmenden Ordnungsgrad und den Verschleiß der Maschine mit negativem Vorzeichen bezeichnet:

-delta G = -delta H - T*(-delta S) = -delta H + T*delta S

Aus der Gibbs'schen Gleichung für die Freie Energie folgt angewandt auf die Magnet-Kraft-Maschine eine Änderung der Freien Energie G des technischen Gesamtsystems mit negativem Vorzeichen wie bei allen freiwillig ablaufenden Vorgängen, sodass die Maschine also solang Arbeit zu leisten vermag, bis der nutzbare Energieinhalt aufgebraucht und die Maschine verschlissen ist. Unter Berücksichtigung der drei Hauptsätze der Thermodynamik und insbesondere des 2. Hauptsatzes bleibt der Wirkungsgrad der Energiegewinnung unter 100 % und auch die Magnet-Kraft-Maschine ist kein Perpetuum mobile der 1. oder 2. Art. Gemäß den Gesetzen der Mechanik, der Thermodynamik und der Elektrodynamik bleibt der Wirkungsgrad der Magnet-Kraft-Maschine als Quotient von zur Stromerzeugung entnommener Energie dividiert durch in Rohstoffmasse zugeführter Energie deutlich unter hundert Prozent. Das heißt also, dass auch für die Wirkungsweise der Magnet-Kraft-Maschine der Zusammenhang zwischen Masse und elektromagnetischer Energie in der Tat eine fundamentale Erkenntnis bedeutet, deren tiefer Sinn erst durch die Relativitätstheorie Einsteins zur rechten Geltung gebracht worden ist.


9. Auf der Grundlage des oben beschriebenen Modells der Photosynthese-Uhr, der Modifikation dessen Simulation und unter Anwendung der für die gesamte Naturwissenschaft geltenden Relativitätstheorie Einsteins sind im Rahmen dieses Bionikprojekts Serien von Experimenten mit technischen Magnetsystemen geplant, wobei der Einfacheit halber Permanent- und Elektromagneten eingesetzt werden sollen, obschon alle magnetischen Erscheinungen letztlich auf den Elektromagnetismus zurückzuführen und gleichzubehandeln sind. Das elektromagnetisch-mechanische Rückkoppelungsmodell verlangt, dass magnetische Energie (x) in rotatorische, Rotationsenergie (y) in elektrische und elektrische Energie (z) amplifizierend in magnetische Energie (x) umgewandelt wird. Die Magnet-Kraft-Maschine mit den Funktionselementen Elektromotor (x), Schwungmasse (y) und Generator (z) ist nach derzeitigem Wissensstand das technische System, das diesen Anforderungen genüge leistet und ein technisches System, das mit konventionellen Materialien und Methoden und dem im Elektromaschinenbau üblichen Know-how nicht mehr und nicht weniger einfach herzustellen ist, wie jede andere Maschine. Es soll also unter Beweis gestellt werden, dass die in elektromagnetischer Masse enthaltene Energie nach E = mc² als eine primäre Energiequelle nutzbar gemacht werden kann.


10. Soweit bekannt, basiert das Funktionsprinzip eines Generators bzw. der Dynamomaschine darauf, dass ein Magnet, der zwischen zwei Kupferspulen rotiert, durch magnetische Anziehung elektrischen Strom und Wechselspannung erregt. Hierbei verursacht die Anziehung ein hemmendes Gegendrehmoment, das den rotierenden Magneten bremst und beispielsweise im Fahrraddynamo ein spürbares Ruckmoment bewirkt, wenn die Drehachse von Hand in Rotation versetzt wird. In größeren Generatoren sind der rotierende Magnet durch mit Elektromagneten bestückte zylindrische Rotoren und die beiden Spulen durch magnetisierbare Statoren mit Weicheisenkernen ersetzt und die Rotoren werden mit Wärmeenergie oder sonstiger Energiezufuhr zum Rotieren gebracht, damit ein Drehmoment erzeugt wird, das stärker ist als das hemmende Gegendrehmoment, das in diesem Falle von der Anziehungskraft der Strom induzierenden Elektromagneten herrührt. Die Elektromagneten dieser Rotoren werden nach dem Siemens'schen Prinzip der Selbsterregung aufmagnetisiert. Hierbei ist interessant zu bemerken, dass bei voller Rotationsleistung die Anziehungskraft von z.B. mit 100 W gespeisten Elektromagneten 1 MW Leistung erregt, das also in diesem Falle ein elektromagnetisch-mechanisches Feedback mit 10 000-facher Verstärkung zu bedeuten hat. Aufgrund dieser Erfahrungen stellt sich im Rahmen dieses Bionikprojekts nunmehr die Frage nach den technischen Möglichkeiten, die bei Stromerregung in Generatoren durch Anziehung entstehende Bremswirkung durch Abstoßung zu reduzieren, ohne den physikalischen Vorgang der elektromagnetischen Induktion selbst zu affektieren.


11. Die Lösung dieser technischen Aufgabe ergibt nun die Möglichkeit der Energiegewinnung durch elektromagnetisch-mechanische Rückkoppelung, indem die an den Polflächen in Generatoren abbremsend wirkende magnetische Anziehungskraft durch magnetische Abstoßungskraft ausbalanciert bzw. auf ein Minimum reduziert wird. Dies könnte beispielsweise an Hand eines starren Rotorkörpers geschehen, der aus abwechselnd angeordneten anziehenden und abstoßenden zylindrischen Segmenten fest zusammengesetzt ist. Es sind aber auch geschickte Anordnungen anziehender und abstoßender Magneten beispielsweise in Scheibengeneratoren denkbar. Wie aus der Vektorrechnung hervorgeht, wird der Generator dann einem daran gekoppelten Elektromotor quasi ohne zu bremsen elektrischen Strom einspeisen können, währenddem der Motor den Generator hochbeschleunigt. Nach den Angaben eines Herstellers von großen Generatormaschinen leistet ein Dynamo mit 80 Tonnen schwerem Rotor rund 1 Gigawatt bei 3000 Umdrehungen pro Minute, wobei ein kleiner Generator einem großen Hauptgenerator 500 Kilowatt sog. Erregerstrom einspeist. Das heißt also einen Überschuss von 999,5 Megawatt elektrischer Leistung und in diesem Falle elektromagnetisch-mechanisches Feedback mit 2000-facher Verstärkung. Nun liegt der Gedanke nahe, diese abbremsend wirkende magnetische Anziehung durch abstoßend gelagerte Elektromagneten auszubalancieren, die ebenso mit 500 Kilowatt Strom gepeist werden, nur dass die Kraftpfeile in genau der gleichen Phase in die genau entgegengesetzte Richtung weisen. Es verblieben 999 Megawatt. Durch die Stauchung des abstoßenden Feldes sind evtl. Leistungsverluste zu erwarten, wenn die Dichte des abstoßenden magnetischen Feldes gleich der des anziehenden eingestellt wird, die magnetische Abstoßung dann vielleicht 5000 statt 500 Kilowatt verbraucht und also mit 10-facher Sicherheit 994,5 Megawatt Leistung verbleiben. Wenn nun ein 10 000 Kilowatt starker Elektromotor angekoppelt wird, verblieben noch 984,5 Megawatt Leistung, wobei noch 0.1 % Reibungsverluste zu berücksichtigen sind, sodass ein Leistungsüberschuss von 900 Megawatt oder 90 % also denkbar wäre. Diese Annahmen sind von wissenschaftlicher und handwerklicher Seite bestätigt worden.


12. Ohne Theorie gibt es keine Praxis. Festzuhalten ist, dass eine elektromagnetisch-mechanische Rückkoppelung eine Antwort auf die Frage ist, wie theoretisch die elekromagnetische Energie als eine primäre Energiequelle erschlossen werden könnte. Inwieweit nun Magnet-Kraft-Maschinen eine billige und saubere Energiequelle für alle Maschinen von der Uhr bis zum Elektrizitätswerk werden, muss unter Berücksichtigung aller Umstände sorgfältigst untersucht und getestet werden. Mit Sicherheit ist durch die neue Idee, dass Prinzip der magnetischen Balance auf die geringste Verbesserung des Wirkungsgrades gängiger Genertoren anzuwenden, eine wirtschaftliche Verwertbarkeit gegeben. Die Optimierungsproblematik mit adäquaten Mitteln anzugehen sei die Rechtfertigung, dass jede Investition in diese wissenschaftlichen Arbeiten für den Umweltschutz sich auszahlen wird.


13. Das Studium von Rückkoppelungsmechanismen stammt von den Ingenieurwissenschaften, aber seine Anwendung in der Chronobiologie erweist sich als äußerst fruchtbar. Die technische Simulation der biologischen Rückkoppelungsvorgänge, wie z.B. Biolumineszenz, Photosythese, Herz- und Hirnfunktionen usw., ist einerseits hilfreich für das Verständnis der biologischen Funktionen und liefert andererseits Ideen für die Entwicklung innovativer Technologie. Als klassisches Vorbild für dieses Projekt mag das Zusammenwirken des Biologen Luigi Galvani und des Physikers Alessandro Volta dienen. Galvani entdeckte 1780, dass Muskelfasern kontrahieren, wenn diese über nervöse Kontakte mit zwei verschiedenen Metalldrähten berührt werden, die miteinander verbunden sind. Die von Volta durchgeführte technische Simulation ergab 1792 das erste galvanische Element, das als sog. Batterie auch heute noch eine mobile Stromquelle von wirtschaftlicher Bedeutung ist. Wie auch immer dieses Forschungsvorhaben, eine positive Rückkoppelung mit elektromagnetischer Energie und mechanischer Leistung zu erzeugen ausgehen wird, so werden sich an dieser Stelle weiterführende mathematisch-naturwissenschaftliche Forschungen an Rückkoppelungsphänomenen (Feedback) in Biologie und Technologie anschließen.

Frank von der Heyde (geb. 1959), dt. Biologe und Erfinder

_________________________________________________________________________


Biographie

Heyde, Frank von der, Biologe, * 27.5.1959 Eutin,
studierte nach landwirtschaftlichem Praktikum in Bremen Biologie (Diplom 1991, Zur Wirkung der Temperatur auf die Biologische Uhr von Gonyaulax polyedra) und veröffentlichte international (von der Heyde, F., Wilkens, A. and Rensing, L.: The Effects of Temperature on the Circadian Rhythms of Flashing and Glow in Gonyaulax polyedra: Are the Two Rhythms Controlled by Two Oscillators? Journal of Biological Rhythms, Vol. 7, No. 2, pp. 115-123 (1992)). 1994 ergab die technische Simulation der an der Leuchtalge Gonyaulax polyedra gemessenen biologischen Vorgänge die Erfindung der Magnetkraftmaschine, das 2002 vom Deutschen Patent- und Markenamt veröffentlicht wurde und z.Z. vor dem Bundespatentgericht verhandelt wird.




Antworten:

[ Zauberspiegel Wissenschaft Ideenfabrik ]