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À propos dieses Wiki

Ce Wiki est une sorte de dictionnaire dans lequel des concepts sont présentés tel qu’ils sont perçus et interprétés par notre Think Tank Carnot-Cournot.
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Dieses Wiki ist eine Art Wörterbuch, in dem Konzepte so dargestellt werden, wie sie von unserem Think Tank Carnot-Cournot wahrgenommen und interpretiert werden. Sie können als Referenz verwendet und von unseren Autoren leicht zitiert werden.

Unser Ziel ist es nicht, eine Enzyklopädie zu ersetzen, vollständig oder einvernehmlich zu sein, sondern originelle und – warum nicht – provokative Ansichten anzubieten.

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Arbeitsteilung, Wertenetze, Wertschöpfungskette

Letztlich resultiert aus allen Tauschbeziehungen ein Wertenetz oder, bezogen auf ein bestimmtes Produkt, eine Wertschöpfungskette. Diese ist Ausdruck der modernen, hochgradigen Arbeitsteilung und verdankt ihren Erfolg der Spezialisierung des Wissens und Könnens, ungleichen Ausstattungen an Ressourcen und historischen Zufällen.

Sie profitiert nicht zuletzt von den Grössen- und Verbundvorteilen einer spezialisierten Produktion. Grössenvorteile werden unter Umständen auch Skaleneffekte genannt und bedeuten fallende Durchschnittskosten bei steigendem Produktionsvolumen. Ergeben sich bei der gemeinsamen Produktion mehrerer Produkte oder Produktegruppen gegenüber deren separierter Produktion in getrennten Unternehmen Kosteneinsparungen, dann spricht man von Verbundvorteilen.

Zu beachten ist, dass Spezialisierungs­, Grössen­ und Verbundvorteile oft nicht nur mit horizontaler und vertikaler Integration zu riesigen Konzernen, sondern sogar besser mit hybriden Kooperationsformen zwischen Hierarchie und Markt erreicht werden. Solche Hybride erlauben eine Risikodiversifikation und die Verbindung der Flexibilitätsvorteile kleinerer Unternehmen mit den Grössen­ und Verbundvorteilen von Netzwerken.

Auszug aus Hostettler M, Saurer M (2007). Kleines ökonomisches Glossar, Schweiz Z Forstwes 158 12: 364 – 367.

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Atmosphäre

Zusammensetzung der Atmosphäre und Anteil klimawirksamer Gase

10000Molekule
Zusammensetzung der Atmosphäre und Anteil der klimawirksamen Gase zu vorindustrieller Zeit, heute und 2100 (RCP6.0), sowie Einfluss der Luftfeuchtigkeit
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Auswahlentscheidungen, Opportunitätskosten

Die Mikroökonomik befasst sich zuallererst immer mit dem Individuum. Dieses sieht sich im Alltag ständig herausgefordert, Auswahlentscheidungen zu treffen, so zum Beispiel morgens entweder länger zu schlafen oder länger zu frühstücken. All diese Entscheidungen führen zu Kosten, welche durch den entgangenen Nettonutzen der nicht ausgewählten, zweitbesten Variante repräsentiert werden. Diese Kosten werden als Opportunitätskosten bezeichnet und befinden sich im Kern des Kerns der Ökonomik. Entscheiden wir uns also frühmorgens etwas länger zu schlafen, so müssen wir eben dann auch die Kosten unseres Entscheides, nämlich den entgangenen Nutzen eines gemütlichen Frühstücks tragen.

Auszug aus Hostettler M, Saurer M (2007). Kleines ökonomisches Glossar, Schweiz Z Forstwes 158 12: 364 – 367

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CO2-Konzentrationen

Natürliche Konzentrationen und Grenzwerte

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Contributions énergétiques

Une comparaison entre sources d’énergie primaire est donnée ci-dessous.

Tout d’abord les densités énergétiques :
Densités énergétiques

Et ensuite les quantités de courant électrique qu’il est possible de produire dans des conditions habituelles :
Quantités de courant produites

Pour les intéressés, un tableur peut être téléchargé ici afin de vérifier ou changer les paramètres de calcul.

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Eigennutz, Präferenzen, begrenzte Rationalität, Opportunismus

All die täglichen Auswahlentscheidungentrifft jeder selbstverständlich auf seine Art und Weise. Dennoch gelingt es der Ökonomik durchaus, das Verhalten der Individuen repräsentativ nachzubilden. Sie geht dazu klassischerweise von rationalen, wissenden, nutzen- oder gewinnmaximierenden Akteuren aus. Dies heisst nichts anderes, als dass die Entscheidung fundiert und überlegt ist und den eigenen Präferenzen entspricht. Ein Spätaufsteher, welcher wenig Gefallen an einem englischen Frühstück findet, wird also gemäss der ökonomischen Theorie seinen eigenen Nutzen dadurch maximieren, dass er sich bei seinem Aufenthalt in England für das Ausschlafen entscheidet.

Es gibt heute immer mehr Erweiterungen und Zweige der Mikroökonomik und damit auch eine bessere Fundierung der Makroökonomik, in denen weniger rigorose Annahmen zum menschlichen Verhalten getroffen werden. Dies gilt beispielsweise für die Neue Institutionenökonomik. Sie befasst sich mit der Rolle von Institutionen in Markt und Staat, in welchen begrenzt rationale, im Wissen eingeschränkte, opportunistische (listige) Individuen strategisch interagieren.

Auszug aus Hostettler M, Saurer M (2007). Kleines ökonomisches Glossar, Schweiz Z Forstwes 158 12: 364 – 367.

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Energiegesetze

Nullter (dritter) Hauptsatz der Thermodynamik *

  1. Zwei Systeme im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten, stehen auch unter sich im thermischen Gleichgewicht. Systeme im thermischen Gleichgewicht haben dieselbe Temperatur. Systeme die nicht im thermischen Gleichgewicht stehen, haben unterschiedliche Temperaturen.

Praktische Bedeutung: Wärme kann nur von einem Medium höherer zu einem Medium tieferer Temperatur fliessen.

Anmerkung (*): Historisch gesehen hat man zuerst den 1. Hauptsatz (Energie-Erhaltung) und den 2. Hauptsatz (Irreversibiltät der natürlichen Prozesse) formuliert und nahm die oben ausgedrückte Erfahrungstatsache als selbstverständlich hin. Erst später ist man zur Erkenntnis gelangt, dass es sich hier tatsächlich um eine fundamentale und grundsätzliche Erkenntnis der Thermodynamik handelt, die den beiden bereits formulierten Sätzen vorangeht. Daher rührt die eigenartige Bezeichnung „nullter“ Hauptsatz. Jedoch, oft wird dies auch als der 3. Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet. 

Beispiel dazu: Man denke sich eine Badewanne mit zwei Wasser- Einläufen, an jedem Ende der Wanne einen. Der eine mit Heisswasser (rot eingefärbt) der andere mit Kaltwasser (blau eingefärbt). Die eingefüllten Wassermengen (kalt und heiss) werden in ein thermisches Gleichgewicht übergehen und dieselbe Temperatur (Farbe) – die Mischtemperatur (Mischfarbe) – erreichen.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik (Energieerhaltungssatz)

Es gibt dazu verschiedene Formulierungen, sehr mathematisch-abstrakte und auch mehr allgemein verständliche:

  1. Jedes System besitzt eine extensive Zustandsgrösse Energie. Sie ist in einem abgeschlossenen System konstant.
  2. Die Summe der einem System von aussen zugeführten oder nach aussen abgeführten Wärme und der von aussen zugeführten oder nach aussen abgeführten Arbeit ist gleich der Zunahme oder Abnahme der inneren Energie.
  3. Wird ein geschlossenes adiabatisches System von einem Zustand 1 in einen Zustand 2 gebracht, so ist die am oder vom System verrichtete Arbeit dieselbe für alle Prozesse, die das adiabate System vom Zustand 1 in den Zustand 2 bringen.
    Anmerkung: Adiabatisches System ist ein total wärmeisoliertes System, dessen Zustand sich nur durch Arbeit von aussen oder Arbeitsabgabe nach aussen ändern kann.  
  4. H. von Helmholtz hat 1847 als erster den Satz so formuliert: 
    Es sei unmöglich, eine periodische Maschine zu bauen, die mehr Energie liefere, als ihr zugeführt würde.

Durch den Einbezug von mechanischer Energie, Wärme, chemischer und elektrischer Energie erhält der Satz eine umfassende Bedeutung: Der Unmöglichkeit eines Perpetuum Mobile der 1. Art. 

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Ist möglicherweise der komplexeste der drei grundsätzlichen thermodynamischen Gesetze. Auch dazu gibt es verschiedene Formulierungen, sehr mathematisch-abstrakte und auch mehr allgemein verständliche:

  1. Ein geschlossenes adiabatisches System kann ausgehend von einem bestimmten Anfangszustand nicht beliebige Zustände erreichen. Nicht erreichbar sind Zustände, die eine niedrigere innere Energie besitzen als die durch reversibele Prozesse erreichbaren Prozesse gleichen Volumens.
  2. Bei allen Prozessen eines geschlossenen adiabatischen Systems zwischen gegebenen Anfangs- und Endvolumen liefert der reversible Prozess die grösste Arbeit.
  3. Alle natürlichen Prozesse sind irreversibel. Reversible Prozesse sind nur idealisierte Grenzfälle irreversibler Prozesse.

Zur Weiterführung des Beispiels unter „Nullter Hauptsatz“: Wir beobachten dabei noch folgendes: Die Wärme fliesst vom Medium höherer Temperatur (Heisswasser, rot) zum Medium niedriger Temperatur (Kaltwasser, blau) und heizt dieses auf die Mischtemperatur. Wir wissen aus Beobachtung, dass die Umkehrung nicht möglich ist, weder würden sich die Wassermengen wieder von sich aus in eine rot- und blau- Zone entmischen, noch würden sich die Temperaturen in heiss und kalt separieren. Wäre dies möglich, hätten wir ein Perpetuum Mobile der 2. Art. Das Beispiel zeigt die Irreversibilität natürlicher Prozesse. 

Der Carnot Prozess:

Anmerkung: Die Entropie (s [kJ/(kg*K)] ist die durch den 2. Hautsatz definierte Zustandgrösse eines Stoffes (Gas, Flüssigkeit).

Gesetz von Carnot:

Der maximale (erreichbare) thermische Wirkungsgrad (ɳ) errechnet sich:

ɳc = 1 – (TII/ TI)

TI = Temperatur bei welcher einem thermischen Prozess Wärme zugeführt wird (in [K]).
TII = Temperatur bei welcher einem thermischen Prozess Wärme abgeführt wird (in [K])

Beispiel aus Geothermie:         TI = 135 [C] -> 408 [K]
                                                  TII =  20 [C] -> 293 [K]

                                                  ɳc = 1 – (293/408) 

                                                  ɳc = 28 (%)

Der Carnot Prozess als Wärmekraftmaschine oder deren Umkehrung: die Wärmepumpe („der Kühlschrankprozess“).

Carnot Wirkungsgrad als Asymptote für reale Energieprozesse:

  • Beginnen wir mit der einen Formulierung des 2. Hauptsatzes:  Alle natürlichen Prozesse sind irreversibel. Reversible Prozesse sind nur idealisierte Grenzfälle irreversibler Prozesse.

Der (damals) gedankliche (geniale!) Ansatz von Carnot beruht jedoch auf der Annahme von Reversibilität: Eine isentrope Verdichtung oder –Expansion gibt es nicht, es sind beispielsweise immer systeminterne Reibungen vorhanden (= irreversible Verluste: 

Wenn man eine Masse (m) auf einer ebenen Fläche von A nach B verschiebt gibt es Reibungsverluste entsprechend dem Ansatz: 

Rv =  Masse * Gravitationskonstante * Reibungskoeffizient * Strecke (A->B).

Wenn ich dieselbe Masse von B nach A zurückschiebe, dann verliere ich wiederum Rv, Rv ist immer > 0!  

  • Auch gibt es praktisch keine Prozesse, wo die Energie von aussen bei TI = konstant zugeführt wird, darum definiert man praktischerweise für Toft „mittlere Temperatur, bei welcher Energie dem Prozess zugeführt wird“.
    So wird beispielsweise in einem Verbrennungsmotor (Diesel- oder Otto- motorisches Verfahren) die Verbrennungsenergie zuerst bei konstantem Volumen, anschliessend bei konstantem Druck und abschliessend bei konstanter Temperatur zugeführt. 
  • Für die Wärmeabfuhr aus einem Prozess, gilt eher TII = konstant, beispielsweise in die Umgebungsluft oder Kühlwasser und besonders in einem Kondensator (im Dampfprozess).

So liegt der im realen thermischen Prozess bestenfalls erreichbare Wirkungsgrad immer unterhalb vom Carnot-Wirkungsgrad :

ɳc > ɳth real

Die Differenz zwischen ɳc und ɳth real ist auch desto grösser, je geringer die Differenz zwischen TI und TII ist. Dies aus folgendem Grund:

  • Aus dem 0. Hauptsatz entnehmen wir, dass Wärme nur von einem Medium höherer Temperatur zu einem Medium tieferer Temperatur fliessen kann (das ist ein Axiom, das jeder beobachten kann). So kann ich einem Kreisprozess bei TII dann und nur dann Wärme entziehen (z. B. Kühlturm) wenn ein Temperatur Gefälle zwischen TII und der Umgebungstemperatur TU existiert.
  • Es gelten dabei die Regeln der Wärmeübertragung, die sich beispielsweise bei einem Radiatorkühler aus Wärmeübergang prozessseitig (cü1,beispielsweise kondensierender Dampf zu Kühlwand), aus dem Wärmedurchgang durch das Material der Kühleroberfläche (cw) und dem Wärmeübergang Kühlmedium- seitig (cü2, Luft, Wasser, etc) zusammensetzt . 
    Anmerkung: Der Wert der einzelnen ci Faktoren ist abhängig von Medium-Beschaffenheit, Strömungsverhältnisse dieser Medien, Wandmaterial und dessen Dicke, etc.
  • Für die Wärmeübertragungsleistung Q gilt folgende (vereinfachte) Formel:

                                       Q  = c (cü1; cw; cü2) * ∆T * F
    dabei ist :
                                       ∆T = TII  – T
                                       F:   die Kühleroberfläche
  • Daraus folgt: Falls ∆T gegen 0 strebt, würde F unendlich! Das heisst aus Gründen des vertretbaren Materialaufwandes muss man für ∆T einen vernünftig vertretbaren Wert wählen, in der Regel etwa 10 [deg C]. Anmerkung: Gleiches gilt für das warme Ende! 
  • Da nun 10 [deg C] für einen Prozess, wo die Wärme mit ca. 120 [deg C] zugeführt wird (beispielweise heute machbare Geothermie) deutlich stärker als Verlust ins Gewicht fallen als bei einem Prozess, wo die Wärme bei rund  600 [deg C] (kritischer Dampfprozess) zugeführt wird, sind die erzielbaren Wirkungsgrade geringer, je geringer die Differenz zwischen TI und TII ist! 

Anmerkung: Ich erinnere dabei an den Artikel „das ganze Meer als Sonnenkollektor“ den die NZZ im Frühjahr 2014 unter „Forschung“ publizierte. Da wurde ein Prozess auf Schwimmplattformen in den Tropen beschrieben, wo zwischen rund  33 [deg C] an der Meeresoberfläche und 4 [deg C] in tiefen Schichten (mehr als 400m) gearbeitet werden soll. Das gäbe einen 

                                                           ɳc = 0.095 !

Ein kapitaler Unsinn, wo ohne weiteres nachrechen „Energy return on Energy investet“ nie aufgehen würde.

Noch sei daran erinnert, die Physik baut auf 5 axiomatischen Dimensionen auf (MKSA System):

  • Alle anderen weiteren physikalischen Dimensionen sind davon abgeleitet.

Über Dimensionsanalysen lassen sich energetische Überlegungen verknüpfen und vergleichen: Carnot, resp die Thermodynamik gilt universell!

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Externalitäten, Regulierung

Wenn die Transaktionskosten sehr hoch sind, kommt der Tausch zwischen interessierten Parteien häufig nicht zustande: Der Markt funktioniert schlecht oder gar nicht. Geradezu typisch ist diese Situation für gewisse Umweltgüter. In dieser Situation wird dann meistens vereinfachend von externen Effekten oder Externalitäten gesprochen.

Prohibitive Transaktionskosten bedeuten jedoch nicht, dass an der Situation nichts geändert werden kann. Theorie und Praxis zeigen, dass in solchen Situationen Verfügungsrechte an Umweltgütern staatlich umverteilt, besteuert oder subventioniert werden können, oder auch bessere staatliche Regulierungen tiefere Transaktionskosten bewirken können und so der Tausch in Gang kommt.

Regeln können aber auch falsch sein. Nicht mehr der Markt, sondern der Staat versagt. Oft können die Ergebnisse durch die Abschaffung von Regeln (Deregulierung) oder durch andere Regulierungen (Re-Regulierung) verbessert werden. Die Ökonomie hält hierfür einen eigentlichen Zweig Regulierungstheorie bereit, der besonders anspruchsvoll ist, weil er verschiedenste weitere ökonomische Wissensgebiete tangiert.

Auszug aus Hostettler M, Saurer M (2007). Kleines ökonomisches Glossar, Schweiz Z Forstwes 158 12: 364 – 367.

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Gas Kombi Kraftwerk

Wie funktioniert das?

Nachstehend wird diese Technologie zur Erzeugung von elektrischem Strom durch die Kombination von Gas und Dampf vorgestellt, die den Carnot-Zyklus angreift, um ein Optimum zu erzielen. Dieser Text unseres Präsidenten Emanuel Höhener ist zeitlos und immer noch hochaktuell.

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