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Energiesysteme.md

@@ -18,49 +18,137 @@ comment:  This small course on energy systems and ecology is part
 		  
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-# Energie und Oekologie
+# Energie und Ökologie
 
 **Kurs im Aufbau -- fertig am 21. November 2024.**
 
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-Als ich als Lehrender der Wind- und Wasserkraftnutzung am Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt gefragt wurde, ob ich etwas zum Thema Energie im Modul »Technologie und Ökologie« des Masterstudiengangs »Nachhaltige Transformation« an der FH Münster beitragen könne, sagte ich zwar naiv zu, war in Wirklichkeit aber ratlos. Was hat beides miteinander zu tun?
+Als ich als Lehrender der Wind- und Wasserkraftnutzung am Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt gefragt wurde, ob ich etwas zum Thema Energie im Modul »Technologie und Ökologie« des Masterstudiengangs »Nachhaltige Transformation« an der FH Münster beitragen könne, sagte ich zwar naiv zu, war in Wirklichkeit aber ratlos. Was hat beides miteinander zu tun? Die Expertinnen und Experten dieser Gebiete treffen nur selten aufeinander. Man kann »Energietechnik« studieren oder »Ökologie«, aber »Energie und Ökologie« -- nicht wirklich.
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+## Begriffe
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+Auch die Wikipedia-Definitionen von »Energie« und »Ökologie« ließen kaum ahnen, welche enge Verknüpfung im Laufe der Recherche deutlich werden sollte.
 
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 > Energie ist eine physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Technik, Chemie, Biologie und der Wirtschaft eine zentrale Rolle spielt. Ihre SI-Einheit ist das Joule. Die praktische Bedeutung der Energie liegt oft darin, dass ein physikalisches System in dem Maß Wärme abgeben, Arbeit leisten oder Strahlung aussenden kann, in dem seine Energie sich verringert. In einem gegenüber der Umgebung abgeschlossenen System ändert sich die Gesamtenergie nicht (Energieerhaltungssatz).
 > 
 > -- Wikipedia
 
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 Der [Artikel](https://de.wikipedia.org/wiki/Energie) besteht aus rund 7700 Wörtern, der Begriff »Ökologie« ist nicht darunter. Immerhin der Begriff »Biologie«, gleich im ersten Satz. Im [englischsprachigen Artikel](https://en.wikipedia.org/wiki/Energy) taucht der Begriff einmal auf: Als zentraler Mechanismus hinter der Entstehung der Nahrungspyramide.
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+{{3}}
 > Die Ökologie [...] ist gemäß ihrer ursprünglichen Definition eine wissenschaftliche Teildisziplin der Biologie, welche die Beziehungen von Lebewesen (Organismen) untereinander und zu ihrer unbelebten Umwelt erforscht. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde der Begriff zunehmend auch zur Bezeichnung der Gesamtumweltsituation verwendet, wurde dadurch aber auch insgesamt diffuser.
 >
 > -- Wikipedia
 
+{{4}}
 Man findet an [an anderer Stelle des Artikels](https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%96kologie#Politisierung_und_Popularisierung_des_%C3%96kologie-Begriffs), dass die Kurzform »Öko« in Verbindung mit zum Beispiel »Strom« verwendet wird, wenn besonders schadstoffarm oder ressourcenschonend hergestellte wirtschaftliche Güter bezeichnet werden. Auch wird die Ökosystemanalyse erwähnt, die neben der Lebensgemeinschaft den Energiefluss und Stoffkreislauf beschreibt.
-*****
 
-{{3}}
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+{{5}}
 ``` ascii Die Nahrungspyramide.
-                 +---------+
-                / Karnivoren\ --> CO₂ --------.
-               +-------------+                |
-              /   Herbivoren  \  --> CO₂ ---->+
-             +-----------------+              |
-Energie --> /      Biomasse     \  <-- CO₂ <--'
-(Sonne)    +---------------------+
+                 +----------+
+      Wärme <-- / Karnivoren \ --> CO₂ --------.
+               +--------------+                |
+    Wärme <-- /   Herbivoren   \  --> CO₂ ---->+
+             +------------------+              |
+Energie --> /      Biomasse      \  <-- CO₂ <--'
+(Sonne)    +----------------------+
 ```
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+{{6}}
 Energie ist offenbar die Basis allen Fressens und Gefressenwerdens, also des Lebens und damit von allem, was wir unter Ökologie verstehen. Und wie sich zeigen wird, ist auch die Geschichte der Menschheit eigentlich nur eine Geschichte der Energie und wie wir diese in immer größerer Menge für uns nutzbar machen.
 *****
 
-## Energie -- Basis menschlicher Entwicklung
+## Energie und Zivilisation
+
+Lernziel: Welche Bedeutung hat Energie für die menschliche Entwicklung? Um welche Formen und Größenordnungen geht es? Welche ökologischen Folgen gibt es?
+
+### Ur- und Frühgeschichte
 
-Lernziel: Bedeutung, Größenordnungen und Einheiten kennen.
+* Energie:
+  - Nahrung kochen --> schneller kauen, besser verwerten
+  - Sesshaft werden, Pflanzen anbauen, Tiere halten --> Lager anlegen
+* Ökologie: 
+  - Aussterben vieler Großsäuger
+  - Wiesen, Felder, Bewässerung
+
+{{1}}
+*****
+Es beginnt mit dem Feuer. Kochen vereinfacht das Kauen, vor allem von Fleisch, und reduziert die Dauer der Nahrungsaufnahme. Bei faserreichen Pflanzen erhöht Kochen dessen verwertbaren Anteil und zerstört viele Gifte.[^1] Dann folgte die Landwirtschaft. Sie lieferte keinen direkten energetischen Vorteil. Die Energiebilanz eines Bauern ist nicht automatisch besser als die eines Jägers und Sammlers. Vermutlich war es die Kombination mit der Sesshaftwerdung und die Möglichkeit, Nahrung in Tontöpfen aufzubewahren, zu räuchern oder getrocknet zu lagern, die den Bauern in stark saisonalen Regionen einen energetischen Vorteil verschaffte.[^2] 
+
+Ökologisch machte sich der Energiehunger der Menschheit vermutlich direkt bemerkbar. Das Aussterben der Großsäuger wie Wollnashorn, Riesenhirsch, Steppenwisent, Höhlenbär oder Riesenfaultier fällt auffallend mit der Ausbreitung der Menscheit zusammen[^3]. Danach beginnen eingefriedete Weiden, Felder mit ersten Monokulturen und Bewässerungskanäle das Landschaftsbild zu verändern.
+
+[^1] Wrangham, Richard, and NancyLou Conklin-Brittain. "Cooking as a biological trait." Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology 136.1 (2003): 35-46. [pdf](https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=70a91362d633c64d51ce9ddd06894c43bc02ad4d)
+
+[^2] Testart, Alain, et al. "The significance of food storage among hunter-gatherers: Residence patterns, population densities, and social inequalities [and comments and reply]." Current anthropology 23.5 (1982): 523-537. [pdf](http://alaintestart.com/UK/documents/storage.pdf)
+
+[^3] Alroy, John. "A multispecies overkill simulation of the end-Pleistocene megafaunal mass extinction." Science 292.5523 (2001): 1893-1896. [pdf](https://doc.rero.ch/record/13614/files/PAL_E631.pdf)
+*****
+
+### Exkurs -- Arbeitskraft
+
+- mechanische Dauerleistung eines Menschen: etwa 200 Watt
+- nach fünf Stunden: 1 kWh oder 10³ Wh · 3600 s/h = 3,6·10⁶ Ws = 3,6 MJ
+
+{{1}}
+Quiz: Rindfleisch habe einen Nährwert von ungefähr 720 kJ pro 100 g. Bei einem Wirkungsgrad der Muskulatur von geschätzt 25 Prozent verbrauchen fünf Stunden Arbeit das Energieäquivalent von [[2]] kg Rindfleisch.
+
+### Präindustrielle Zeit
+
+* Energie:
+  - (Sklaverei --> menschliche Arbeitskraft)
+  - Walfang --> Tran für Öllampen und Seife
+  - Segelschiffe --> neue Ressourcen erschließen
+  - Wasseräder und Windmühlen --> Mühlen, Schmieden, Pumpen, Sägen
+* Ökologie:
+  - Zusammenbruch von Walbeständen
+  - Entwaldung für den Schiffbau
+  - erste Querbauwerke schränken Fischmigration ein
+
+{{1}}
+*****
+Die sesshaft gewordenen Menschen begannen Hierarchien zu bilden, in denen Höhergestellte Niedrigergestellte für sich arbeiten lassen, bis hin zur Sklaverei. Sklaverei und Menschandel sind Tragödien die sich [auch heute](https://www.walkfree.org/) noch abspielen! Sklaverei ist ein krimineller Akt, im Extremfall Völkermord. Sklaverei ist aber weder eine Entwicklungsstufe, noch eine ökologische Auswirkung, weshalb sie in der Auflistung in Klammern steht.
+
+Windkraft brachte Menschen aus Seemächten an neue Ufer, oft mit katastrophalen Folgen für die, die schon da waren. **Quellen?**
+
+Maschinen wurden erfunden. Wasserräder und Windmühlen zur Be- oder Entwässerung und vor allem zum Mahlen von Getreide, später auch um Hämmer in Schmieden zu betreiben oder um Holz zu sägen. Viele Ortsbezeichnungen wie »[Mühlenstraße](https://osm.org/go/0GYOxRytx)« oder »[Hammerteich](https://osm.org/go/0GMOk5OzR)« weisen heute noch auf vorindustrielle Nutzungen hin. 
+
+Im 19. Jahrhundert wurden Arbeitsplätze, Straßen und private Räume mit Öllampen erleuchtet. Das Lampenöl wurde aus Blubber, dem Fett von Walen, hergestellt.[^2]. Mit dramatischen Folgen für die Walpopulationen, die sich wegen geringer Reproduktionsraten bis heute nicht erholen konnten. 
+*****
+
+{{2}}
+Bestände des Grönlandwals (bowhead whale) zwischen Grönland und Spitzbergen[^1]. Aktueller Bestand nach [IWC](https://iwc.int).
+| Jahr | Population |
+|------|-----------:|
+| 1611 | 52477      |
+| 1803 | 7888       |
+| 1828 | 1134       |
+| 1911 | 1000       |
+| 2015 | 340        |
+
+{{3}}
+![Zaun aus Grönlandwal-Kinnladen auf Borkum. Foto: [Jeelka de Buur](https://www.borkum.de/blog/walfangzeit-auf-borkum/)](walkinnladenzaun.jpg)
+![Niedermühle in Burgsteinfurt, [die bereits im 14. Jahrhundert urkundlich erwähnt wurde](https://www.steinfurt-touristik.de/de/sehenswertes/kultur-in-steinfurt/muehlen.php).](./fig/niedermuehle.jpg)
+![Turbinenartige Wasserräder aus dem 18. Jahrhundert im San Telmo Museo in San Sebastian, Spanien.](./fig/turbinen_san_sebastian.jpg)
+
+{{4}}
+Quiz: Eine Windmühle mit einer mechanischen Leistung von 30 kW leistet ungefähr so viel wie [[150]] Personen. (Nehmen Sie wie oben an, eine Person könne dauerhaft 200 W leisten.)
+
+{{5}}
+[^1]Allen, Robert C., and Ian Keay. "Bowhead whales in the eastern Arctic, 1611-1911: population reconstruction with historical whaling." Environment and history 12.1 (2006): 89-113. [pdf](https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=e69798560c51bf79fe7d19295e9afa12cce0180e)
+[^2]Johnson, Bob. "A Peculiarly Valuable Oil: Energy and the Ecology of Production on an Early American Whale Ship." IA. The Journal of the Society for Industrial Archeology (2014): 33-50. [pdf](https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/57980853/Bob_Johnson_Industrial_Archaeology_--_Peculiarly_Valuable_Oil-libre.pdf?1544640585=&response-content-disposition=inline%3B+filename%3DA_Peculiarly_Valuable_Oil_Energy_and_the.pdf&Expires=1730312811&Signature=PeehF~i9nuE6N-6Q6d3e-V1SaDGNtWX0oJ6WlaV2-RnVR2ip9oUK0Mh8tDYW78F0qt5Q2zJhtqMIjf4MGCFeJ5CEWH6E98TMDz3J7PmfZrGouKte8uK4VTMjU0SPYH25a9OpfmsugB1HmSu0YAkZBc9wwhC6woVDL4whffuwiLprR6pKOB8F0I0eU5Nvdt29DzTVU3tSa4BsPK08TgImCwlhq0quOrO2ucinfsMoe2Zkmdsz9J52T01b9LtJ7xeAKQBV6sbIkPDoW6gSWEQgSdFL8vXZUpHaM-u5R6UUJO~XGSUcHdQqqrx826CTUdH5UnDRZ2LnYDak6ASnm7O4eA__&Key-Pair-Id=APKAJLOHF5GGSLRBV4ZA)
+
+### Industrialisierung
+
+* Dampfmaschine
+* fossile Brennstoffe
+
+{{1}}
+Nichts markiert den Beginn der Industrialisierung plakativer als der Erfolg der Dampfmaschine, nachdem James Watt im 18. Jahrhundert die Kondensation des Dampfes aus dem Zylinder heraus in einen externen Kondensator verlegt hatte und damit den Wirkungsgrad von weniger als 1 auf etwa 3 Prozent erhöhen konnte. Sägewerke, Mühlen und Schmieden mussten nicht mehr auf windige Höhen oder in enge Flusstäler gebaut werden, Bergwerke konnten einfacher entwässert werden und Dampflokomotiven und Dampfschiffe revolutionierten den Verkehr.
+
+### 20stes Jahrhundert
+
+* Elektrifizierung
+* Kernenergie
 
 * Pro Kopf Energieverbrauch vom Altertum bis heute
 * Vergleiche Arbeitskraft Maschinenleistung
@@ -73,6 +161,8 @@ Lernziel: Bedeutung, Größenordnungen und Einheiten kennen.
   - Regionalvergleiche
   - Lebensstilvergleiche
 
+
+
 ## Energiekonsum -- Auswirkungen
 
 ### Übersicht
@@ -83,7 +173,13 @@ Lernziel: Die wichtigsten Auswirkungen beschreiben können.
 * Flächenverbrauch
 * radioaktive Strahlung (1979 Three Miles Island, Tschernobyl, Fukushimaq)
 * elektrische Felder
-* politische Aspekte wie Abhängigkeiten oder Missbrauch
+* politische Aspekte
+  - Abhängigkeiten
+  - Machtmissbrauch und Erpressung
+  - Sklaverei
+  - territoriale Ansprüche
+
+Die Ausbeutung Entrechtung und Ausbeutung von Menschen als Sklaven findet seit dem Altertum und [bis heute](https://www.walkfree.org/) statt.
 
 ### Risikoabschätzung, Technikfolgeabschätzung