Seit die Menschheit Maschinen erfunden hat, hat der Mensch nach Maschinen gesucht, die ewig laufen können. Die weit hergeholte Idee war, ein „Perpetuum Mobile“ zu schaffen, das ewig ohne externe Energie funktionieren könnte. Natürlich ist eine solche Maschine hypothetisch und kann niemals wirklich möglich sein, da sie den Gesetzen der Physik und Thermodynamik widerspricht. Perpetuum mobile-Maschinen sind unmöglich, aber die Suche des Menschen nach einer solchen hat zu energieeffizienten Maschinen geführt. Der Begriff Energieeffizienz bezieht sich auf den Einsatz von weniger Energie, um die gleiche Aufgabe zu erfüllen.
Herausforderungen für mehr Energieeffizienz
Um die Herausforderungen bei der Entwicklung energieeffizienterer Geräte zu verstehen, müssen wir zunächst die Herausforderungen bei der Entwicklung der hypothetischen OG – Perpetuum Mobile Machine – verstehen.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Mit einfachen Worten, Sie können nicht mehr Energie bekommen, als Sie hineinstecken. Selbst wenn Sie die Maschine erfinden, die genauso viel Energie abgeben würde, wie Sie hineinstecken, wird sie nicht ewig funktionieren. Das liegt am zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Entropie eines isolierten Systems immer zunimmt. Mit anderen Worten, jedes isolierte System wird mit der Zeit immer chaotischer, d.h. Energie wird immer dissipiert, um in jedem System ein Gleichgewicht zu erreichen.
Hier sind einige der Herausforderungen für eine energieeffizientere Welt:
1. Maschinen sollten in einem Vakuum betrieben werden, um sicherzustellen, dass es keine Reibung zwischen den beweglichen Teilen und der Luft gibt. Die durch Luftreibung verursachte Energiedissipation ist minimal, aber im Falle eines energieeffizienten Geräts macht jede eingesparte Energie einen großen Unterschied in der Gesamtleistung. Ein Beispiel für einen Versuch, Luftreibung zu reduzieren oder zu vermeiden, ist der von der Virgin Group entwickelte Hyperloop. Hyperloops besteht aus Kapseln, die so konstruiert sind, dass sie magnetisch aufgehängt und in einer Vakuumröhre betrieben werden. Mit einigen bedeutenden technologischen Entwicklungen könnte dies eine theoretische Geschwindigkeit von 760 Meilen pro Stunde erreichen.
2. Maschinen sollten keine reibenden Teile haben, um sicherzustellen, dass es keinen Energieverlust durch Reibung gibt. Diese Reibung führt letztendlich dazu, dass das Gerät seine Energie an Wärme verliert. Nur glatte Oberflächen können diese Art von Reibung reduzieren. Ein Beispiel für frühere Versuche, diese Art von Reibung zu reduzieren, ist das Aufkommen von luftgefüllten Gummireifen anstelle von Vollgummireifen und Lederreifen. Magnetschwebebahnen, die vom Boden schweben, um die Reibung zu verringern, sind der modernste Versuch, diese Art von Energieverlust zu mindern.
3. Maschinen verlieren einen erheblichen Teil der Energie durch Reibung und Wärmeverluste und einen Teil davon als Schallverlust. Damit eine Maschine effizienter ist, sollte sie im Idealfall überhaupt keinen Ton erzeugen. Ein Beispiel für die Geräuschreduzierung zur Schaffung energieeffizienter Geräte ist das Aufkommen von Elektroautos.
4. Eine weitere Herausforderung beim Aufbau einer besseren energieeffizienten Welt sind die verschiedenen Herausforderungen, die erneuerbare Energiequellen mit sich bringen. Nehmen Sie zum Beispiel Solarenergie. Solarenergie kann nur an hellen Sonnentagen effizient genutzt werden, und nur 20 % der gesamten Sonneneinstrahlung können mit vorhandener Technologie in nutzbare Energie umgewandelt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass es viele Flächen einnimmt und ziemlich kostspielig ist.