aha-Jugendreporter Severin
Ein Quantencomputer ist ein sehr leistungsstarker Rechner. Er rechnet millionenfach schneller als jeder herkömmliche PC von heute. Das Ganze ist möglich, weil ein Quantencomputer anders als klassische Computer die abstrusen Gesetze der Quantenmechanik nutzt und darum unzählige Rechnungen gleichzeitig durchführen kann. Quantencomputer können so theoretisch viele Probleme der heutigen Informatik effizienter lösen, sie bringen jedoch auch Risiken mit sich, die ich später noch ansprechen werde.
Um das Prinzip eines Quantencomputers genauer zu verstehen können, müssen wir uns zwei Gesetze der Quantenmechanik genauer anschauen. Nämlich das Superpositionsprinzip und die Quantenverschränkung, denn genau auf diesen zwei Prinzipien basieren Quantencomputer.
Die Superposition ist die Fähigkeit eines Quantensystems, sich bis zur Messung in mehreren Zuständen gleichzeitig zu befinden. Doch beim Zeitpunkt der Messung selbst, kann es nur einen Zustand geben. Um dies zu veranschaulichen, hilft das Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“. Sperrt man eine Katze in einem Karton ein und wartet eine Weile, so kann die Katze im Karton noch lebendig oder schon tot sein, sie ist gleichzeitig lebendig und tot. Wenn wir den Karton nun öffnen, kann die Katze nur noch einen Zustand haben. Entweder lebendig oder tot. Die Quantengesetze gelten für Atome, das bedeutet, wenn man das Superpositionsprinzip bei Atomen ausnutzt, so kann man unzählige Berechnungen gleichzeitig durchführen.
Die Quantenverschränkung, von Albert Einstein auch „Spukhafte Fernwirkung“ genannt, ist das Phänomen, dass zwei räumlich voneinander getrennte Teilchen Informationen über ihre Eigenschaften ohne Zeitverzögerung austauschen können. Diese Informationenübertragung funktioniert auch über riesige Distanzen. Zum Beispiel, wenn sich ein Teilchen auf dem Mars und eines auf der Erde befindet. Erst eine Messung an einem verschränkten Teilchen legt sofort den Zustand des anderen Teilchen fest, denn wenn ein Teilchen nicht gemessen wird, so kann es ja viele verschiedene Zustände haben.
Dank diesen beiden Phänomenen funktioniert ein Quantencomputer. Er arbeitet deshalb auch nicht mit Bits wie herkömmliche Computer, sondern mit sogenannten Qubits. Der Unterschied zwischen Bits und Qubits ist, dass sich Bits nur entweder im Zustand Eins oder Null befinden können und Qubits hingegen auch beide Zustände gleichzeitig oder sogar Zwischenzustände annehmen können.
Der Vorteil der Berechnung mit Qubits ist, dass mehr Informationen in viel weniger Qubits als in klassischen Bits verarbeitet werden können. Denn n verschränkte Qubits können gemeinsam 2n Zahlen beschreiben. Somit steigt die Rechenleistung von Quantencomputern exponentiell mit der Zahl der Qubits. Bei einem klassischen Computer steigt die Rechenleistung höchstens linear. Das liegt daran, dass beim klassischen Computer alle Berechnungen hintereinander ausgeführt werden müssen, beim Quantencomputer jedoch alle Qubits beim Berechnen gleichzeitig miteinander interagieren.
Um die Funktionsweise genauer zu veranschaulichen, kann man sich ein riesiges Labyrinth mit nur wenigen Ausgängen vorstellen. Müsste man nun jeden Weg einzeln testen, so würde es ewig dauern, bis man den Ausgang findet, doch genau so würden es unsere heutigen PCs machen. Ein Quantencomputer hingegen würde alle Wege gleichzeitig absuchen und so viel schneller den Ausgang finden.
Heute sind Quantencomputer fast nur in Forschungsbetrieben zu finden. Es gibt erst einzelne kommerziell Nutzbare Quantencomputer, die jedoch sehr viel Geld kosten. Trotzdem gibt es unzählige Einsatzgebiete für Quantencomputer in der Zukunft. Mithilfe dieser Technologie sollen neue Durchbrüche zum Beispiel in der Entwicklung neuer Medikamente, bei der Analyse komplexer Zusammenhänge der Klimakrise oder auch bei der Effizienzsteigerung in der Landwirtschaft erreicht werden. Ausserdem könnte er dank seiner hohen Rechenleistung besonders rechenintensive Probleme lösen. Dazu gehört zum Beispiel die Optimierung vieler Prozesse und Algorithmen, sowie auch die Verbesserung von künstlicher Intelligenz.
Eine Gefahr durch Quantencomputer liegt im Bereich der IT-Sicherheit. Moderne Verschlüsselungsverfahren basieren häufig auf Zahlen- und Ziffernkombinationen, welche mit einem Sicherheitsschlüssel entschlüsselt werden können. Je mehr Kombinationsmöglichkeiten ein Schlüssel aufweist, desto rechenintensiver und zeitaufwändiger ist es für die heutigen Computer, diesen zu entschlüsseln. Vor normalen Computern sind gute Verschlüsselungsverfahren demnach sicher. Ein Quantencomputer hingegen, welcher alle Kombinationen gleichzeitig ausprobieren kann, für den ist das natürlich ein leichtes Spiel. Heute als unknackbar geltende Verschlüsselungsalgorithmen wären auf einmal nicht mehr sicher. Es müssten also neue Verschlüsselungsverfahren her. Doch auch damit beschäftigt sich die Wissenschaft schon. Hier wird vor allem im Bereich der „Quantenkryptografie“ geforscht, welche sich die Quantenmechanik zunutze macht, um Daten sicher zu übertragen.
Schon heute sind einzelne Quantencomputer im Handel. Zumindest werden sie so vermarktet. Jedoch fehlen vieler dieser Modelle typische Eigenschaften von Quantencomputer. Ein Startup aus China hat beispielsweise einen Quantencomputer für nur 5‘000 Dollar auf den Markt gebracht. Der Preis ist sehr tief, denn Quantencomputer sind grundsätzlich sehr viel teurer. Dieser bietet jedoch nur 2 Qubits (je mehr Qubits, desto besser) und weist eine relativ hohe Fehlerwahrscheinlichkeit auf. Trotz grosser Fortschritte steckt die Forschung bei Quantencomputern noch ganz am Anfang. Demnach wird es noch eine Weile dauern, bis wir vielleicht einmal einen guten Quantencomputer zuhause stehen haben oder bis sich die Medizinbranche diese starken Computer wirklich zu nutzen machen kann. Man kann aber davon ausgehen, dass in den nächsten Jahren noch viel passieren wird.
Ich habe mich mit Quantencomputern beschäftigt, weil ich immer nur davon gehört habe, aber nie wirklich wusste, was sie eigentlich sind und was sie können. Das Wissen, das ich mir angeeignet habe, wollte ich dann in einem ausführlichen, aber dennoch kompakten Text mit euch teilen. Nach allem, was ich gelesen habe, kann ich mir gut vorstellen, dass Quantencomputer in der Zukunft eine grosse Rolle spielen werden. Sie werden vielleicht nicht so schnell meinen Gaming-PC unter dem Tisch ersetzen, in der Industrie oder im Finanzwesen sehe ich jedoch ein riesiges Potenzial. Die einzige Frage, die ich mir noch stelle, ist, ob es den Wissenschaftlern wirklich gelingen wird, einen voll funktionsfähigen und einigermassen kompakten Quantencomputer in die Welt zu setzen. Die Antwort darauf werde ich aber erst in einigen Jahren oder sogar Jahrzehnten haben.
Superposition
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SRF Einstein – Quantencomputer
Erster Quantencomputer in Deutschland
Quantenmechanik
Schrödingers Katze
Gerade in letzter Zeit ist viel von Künstlicher Intelligenz die Rede. Ausschlaggebend dafür war die Veröffentlichung des KI-basierten Chatbots „ChatGPT“. Die meisten werden davon gehört oder ihn sogar schon ausprobiert haben. Für diejenigen, die Chat-GPT noch nicht kennen, hier eine kurze Erklärung: ChatGPT ist eine Art virtueller Assistent, der durch künstliche Intelligenz in der Lage ist, Fragen zu beantworten, natürliche Konversationen zu führen, Aufsätze zu schreiben oder Probleme zu lösen, indem er auf natürliche Weise mit uns kommuniziert. Auf die Frage, was das aha Liechtenstein ist, antwortet ChatGPT beispielsweise mit:
„Aha Liechtenstein ist eine Organisation in Liechtenstein, die verschiedene Dienstleistungen und Programme für junge Menschen anbietet. Das Ziel der Organisation ist es, junge Menschen zu fördern, ihre Persönlichkeit zu stärken und ihnen bei der Bewältigung ihrer Herausforderungen und Probleme zu helfen. Zu den Programmen und Dienstleistungen von aha Liechtenstein gehören unter anderem die Beratung und Unterstützung bei schulischen und beruflichen Themen, Freizeitangebote und Veranstaltungen, die Förderung von Engagement und Partizipation, die Unterstützung von Projekten und Ideen junger Menschen sowie die Förderung von interkultureller Verständigung und Zusammenarbeit. Aha Liechtenstein ist eine gemeinnützige Organisation und wird durch öffentliche Gelder sowie private Spenden finanziert.“
ChatGPT hat die Frage also korrekt und detailliert beantwortet. Wie ist das möglich?
Wie zuvor erwähnt ist ChatGPT wie auch viele andere Anwendungen KI-basiert. KI ist die geläufige Abkürzung für künstliche Intelligenz. Künstliche Intelligenz ist ein Zweig der Informatik, der sich mit der Entwicklung von Algorithmen, Systemen und Technologien beschäftigt, welche in der Lage sind, bestimmte Fähigkeiten, die auch ein Mensch besitzt, zu erlernen. Das beinhaltet z.B. Lernen, Entscheidungsfindung, Sprachverarbeitung, Imitierung menschlicher Gefühle und noch vieles mehr.
Ein KI-basiertes System verwendet komplexe Algorithmen auf der Grundlage grosser Datenmengen, um bestimmte Aufgaben auszuführen oder Entscheidungen zu treffen, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. So kann ChatGPT die ihm gestellten Fragen selbst auswerten und eine passende Antwort geben. Aber wie wir Menschen ist auch ChatGPT nicht perfekt. Die Benutzung ist mit Vorsicht zu geniessen, denn es kann vorkommen, dass der Chatbot falsche Antworten gibt. Die Entwickler legen jedoch großen Wert darauf, keine falschen, irreführenden oder schädlichen Antworten zu geben, weshalb ChatGPT Fragen oft eher allgemein oder gar nicht beantwortet. Allgemeine Aufgaben, wie das Schreiben eines Aufsatzes oder das Beantworten von Wissensfragen, löst ChatGPT sehr genau und man bekommt meistens genau das, was man gesucht hat. Bei Fragen zu Persönlichkeiten oder (historischen) Ereignissen ist die Fehlerquote jedoch deutlich höher. Ausserdem wurde der Chat-Bot nur mit Informationen bis Ende 2021 trainiert, kann also in der Regel keine Auskunft zu aktuellen Ereignissen geben. Ein weiteres Problem ist, dass ChatGPT keine Quellen angibt. Man kann daher nicht direkt überprüfen, ob die Antworten korrekt sind oder nicht.
Nur weil ChatGPT heute etwas noch nicht kann, heisst das aber noch lange nicht, dass es das nie können wird. Denn ChatGPT wird stetig verbessert und lernt mit jeder Eingabe dazu. So können die Nutzer eine Antwort als gut oder schlecht bewerten. Daraus kann der Chat-Bot lernen und die Antworten immer weiter optimieren. In den nächsten Jahren wird ChatGPT also höchst wahrscheinlich noch viel leistungsfähiger und vielseitiger werden als heute.
Das gilt nicht nur für ChatGPT, sondern für die KI insgesamt. Die Entwicklung wird in den kommenden Jahren und Jahrzehnten in immer höheren Tempo voranschreiten, sodass KI in immer mehr Bereichen und Anwendungen eingesetzt werden kann. Durch KI-basierte Systeme wird die Interaktion zwischen Mensch und Maschine wahrscheinlich um einiges leichter werden und KI-Systeme werden voraussichtlich in der Lage sein, immer komplexere Aufgaben ohne menschliche Eingriffe auszuführen. Jedoch gibt es auch Bedenken hinsichtlich der Sicherheit und Ethik von KI-Systemen, weshalb in der Zukunft noch viele Fragen geklärt werden müssen, um sicherzustellen, dass KI sicher und ethisch verantwortungsvoll eingesetzt wird.
ChatGPT ist jedoch nicht bei weitem die einzige KI-basierte Anwendung, die es gibt. Neben ChatGPT gibt es unzählige andere Anwendungen für künstliche Intelligenz: zum Beispiel in der Automobilindustrie, im Gesundheits- und Finanzwesen, in der Bildung, im Sport und noch in vielem mehr. Auch wenn die Anwendungsgebiete dort nicht so offensichtlich sind, spielt künstliche Intelligenz auch da eine immer wichtigere Rolle. Ausserdem sind auf der Basis von ChatGPT bereits viele andere Anwendungen entstanden, welche z.B. speziell aufs Programmieren oder auf Organisation ausgerichtet sind.
Auch die grossen Tech-Firmen Google und Microsoft haben bereits Konkurrenzsysteme zu ChatGPT angekündigt. Bisher aber noch mit sehr wenig Erfolg. Microsoft hat in OpenAI, dem Startup hinter ChatGPT, investiert und eine neuere Version von ChatGPT direkt in ihren Browser (Bing) eingebaut. Damit ist Microsoft Google grundsätzlich einen Schritt voraus. Da der Chatbot jedoch Antworten formuliert hat, welche als übergriffig und unangemessen empfunden wurden, wurde Microsoft damit eher zur Lachnummer. In einem zweistündigen Dialog mit einem Reporter der „New York Times“ behauptete der Chatbot, er würde den Journalisten lieben und forderte ihn sogar auf, sich von seiner Frau zu trennen. Einem Philosophieprofessor drohte der Chatbot sogar mit der Aussage: „Ich kann dich erpressen, ich kann dir drohen, ich kann dich hacken, ich kann dich blossstellen, ich kann dich ruinieren“. Nach diesen Vorfällen musste Microsoft die Nutzung des Chatbots begrenzen.
Kurz darauf präsentierte dann Google sein Konkurrenzprodukt. Doch auch bei Google lief so einiges schief. Bei der Präsentation ihres Chatbots mit dem Namen „Bard“ wurde dieser gefragt, welche Entdeckungen des James-Webb-Teleskop man seinem 9-Jährigen Kind erzählen könnte. Darauf antwortet dieser zwar mit mehreren Entdeckungen, jedoch auch mit einer Falschaussage. Peinlich war die Live-Präsentation auch deshalb, weil die Organisatoren das Handy nicht finden konnten, um eine Funktion des neuen Chatbots zu zeigen. In der Folge verlor die Aktie von Alphabet (Mutterkonzern von Google) in nur einem Tag über sieben Prozent an Wert.
Ganz neu hat Snapchat nun auch mit einem Chatbot namens „MyAI“ nachgerüstet. Laut Snapchat soll er uns Fragen beantworten, Ratschläge geben, bei schwierigen Entscheidungen helfen oder Vorschläge für das Mittagessen machen können. Der KI-gesteuerte Chatbot auf Basis von ChatGPT ist unser Freund, dem wir alles schreiben können und der uns rund um die Uhr nach wenigen Sekunden antwortet. Das ist vielleicht ein guter Zeitvertreib und „MyAI“ kann einem sicher auch mal helfen, allerdings haben viele Menschen Bedenken, was mit den zugesendeten Daten geschieht. Bleiben diese zwischen dem Chatbot und dem Chatter oder werden sie noch für anderes genutzt. Wenn ich der KI zum Beispiel erzähle, dass ich in letzter Zeit Magenprobleme habe, wird diese Information dann weitergeleitet und ich bekomme plötzlich Werbung für Medikamente gegen Magenprobleme? Laut Snapchat und auch laut dem Chatbot selbst sind die Daten sicher und unsere Privatsphäre bleibt geschützt. Wirft man aber einen genaueren Blick auf die Webseite, so findet man den Satz: „Ihre Daten können auch von Snap verwendet werden, um die Produkte von Snap zu verbessern und Ihr Erlebnis zu personalisieren, einschliesslich Werbung.“ [Aus dem Englischen übersetzt] Es ist also möglich, dass deine Daten aus den Nachrichten genutzt werden, um dir zum Beispiel personalisierte Werbung anzuzeigen.
Für mich persönlich ist das Grund genug, „MyAI“ nicht all meine Geheimnisse und Probleme zu verraten. Viele Nutzer wie ich, die den Chatbot grundsätzlich nicht nutzen, stören sich daran, dass „MyAI“ automatisch ganz oben angeheftet ist. Eine kostenlose Möglichkeit, ihn von dort zu entfernen, gibt es derzeit nicht. Um den Chatbot wegzukriegen und gleichzeitig zusätzliche Funktionen für Snap zu erhalten, muss man Snapchat+ abonnieren. Dieser Dienst kostet zwar nur 0.50 CHF im Monat, aber das wäre schon wieder ein Abo mehr zu den ohnehin schon zahlreichen Abos wie Netflix, Spotify und Co.
Anfangs habe ich und auch meine Klassenkolleg:innen ChatGPT öfters benutzt. Wir waren neugierig und wollten herausfinden, was das Tool kann. Eingesetzt haben wir es hauptsächlich im schulsichen Bereich, so zum Beispiel bei Biologieaufgaben. Alltagstauglich finde ich ChatGPT aber nicht. Mir ist bis jetzt zum Beispiel nie in den Sinn gekommen, dort nach einem Rezept für mein Mittagessen zu suchen. Der Hype hat bei mir persönlich auch schon wieder abgenommen. Zum Schreiben von Texten benutze ich lieber DeepL Write. Das Programm korrigiergt und verbessert meine Texte. Fakt ist aber, dass sich in Sachen KI in den nächsten Monaten und Jahren noch sehr viel verändern und auch verbessern wird. Wer hätte vor ein paar Jahren gedacht, dass die Google-Suchmaschine so erfolgreich wird? Vermutlich gehören ChatGPT und KI in Zukunft einfach zu unserem Leben dazu.
ChatGPT ausprobieren
Eine Konversation mit ChatGPT führen.
Funktionen und Nachteile des ChatGPT
Der neue Chatbot von OpenAI zeigt, was KI kann – und was nicht.
ChatGPT: Das kann der Chatbot
Neben Gedichten, Erklärtexten und Hausaufgaben kann das neue Modell jetzt auch mit Ihnen kommunizieren.
Chat GPT revolutioniert die KI
Mit dem Software-Tool Chat GPT stellt sich die Frage: Merkt man noch, ob hinter einem Text ein Mensch oder eine Maschine steht?
So lernt die KI von uns
ChatGPT ist ein fortschrittlicher Chat-Bot, der menschenähnlich kommuniziert. Was steckt hinter der Software?
Microsoft legt Bing-Chatbot an die Leine
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Google Bard: Experten und Anleger zweifeln
Google verwendete ein schlechtes Beispiel zur Demonstration seiner Chat-KI.
Die wichtigsten Fragen und Antworten zu ChatGPT
Wie funktioniert der Chat-Bot, was kann man damit machen? Und kann man ihm vertrauen?
Das Feuerwerk existiert höchstwahrscheinlich schon seit sehr langer Zeit. Man glaubt, dass es die ersten Feuerwerke in China während der Song-Dynastie (960-1270) gegeben hat. In Europa entwickelte sich diese Tradition erst im späten 14. Jahrhundert. Das erste Feuerwerk Europas soll es in Italien gegeben haben und schon bald wurde es ein wichtiger Teil von Festen wie Hochzeiten und Geburten der Adeligen.
Heutzutage werden bei uns Böller hauptsächlich zu Neujahr, Geburtstagen oder am Funkensonntag gezündet. In manchen Ländern, wie zum Beispiel bei uns oder auch in der Schweiz, sind Feuerwerke ausserdem Teil des Nationalfeiertags. In Asien hingegen werden sie üblicherweise im Sommer abgefeuert und in südeuropäischen Ländern leuchtet der Himmel besonders zu Ostern.
Die schöne Seite von Feuerwerken muss, denke ich, nicht allzu lange diskutiert werden. Jeder weiss selbst, was an einem Feuerwerk schön ist. Bei uns ist es einfach Teil der Tradition und gehört fast ein bisschen zur Silvesterfeier dazu. Auch das grosse Feuerwerk am Liechtensteiner Staatsfeiertag, welches das Land rund 100’000 CHF kostet, ist jedes Jahr am 15. August ein Highlight für über 30’000 Besucher: innen aus dem In- und Ausland. Zudem sind Feuerwerke auch Kunst. Wie schön sieht so ein farbenfroher Nachthimmel nicht aus. Mit all den Formen, Farben und Grössen.
Jetzt kommen wir aber leider auch zu den vielen Nachteilen der Feuerwerke. Davon gibt es nämlich genügend.
Ein Problem der Feuerwerke ist der Feinstaub und das CO2, das sie produzieren. In der Schweiz werden durch das Abfeuern von Feuerwerken pro Jahr ca. 78 Tonnen CO2 freigesetzt. Das ist zwar nur 0.0002 Prozent der jährlichen Schweizer CO2-Emissionen, es ist aber auch eines der kleinsten Probleme der Feuerwerke. Neben dem CO2 produzieren Feuerwerkskörper nämlich auch Feinstaub. Diese Werte sind schon etwas höher, und zwar bei 320 Tonnen pro Jahr, was 2 Prozent der jährlichen Schweizer Feinstaubemissionen entspricht. Das ist zwar auch nicht gerade eine riesige Menge, es sind aber trotzdem 2 Prozent, die man leicht vermeiden könnte. Zudem werden durch Feuerwerke z.B. an Silvester die Grenzwerte für Feinstaub teilweise für kurze Zeit überschritten, was bei empfindlichen Menschen zu Atemwegs- und Herzkreislauf-Erkrankungen führen kann.
Wer mit Haustieren zusammenlebt, weiss, dass diese unter dem lauten Knall der Böller leiden. Aber nicht nur sie, sondern auch Wildtiere, Nutztiere, Vögel, etc. Diese können den Lärm, zusammen mit dem unbekannten Schwefelgeruch und den hellen Blitzen als Lebensgefahr wahrnehmen und geraten dadurch schnell in Panik. Diese Erfahrungen können bei Tieren zu psychischen Folgeschäden wie z.B. Angststörungen oder sogar zum Tod führen. Verängstigte Vögel zum Beispiel sehen vielfach keinen anderen Ausweg als in sehr hohe Höhen zu fliegen, was viel Energie beansprucht. Wenn sie zu weit hinauf fliegen können sie irgendwann nicht mehr, geben nach und sterben höchstwahrscheinlich.
Jährlich werden in der Schweiz rund 2’000 Tonnen Feuerwerkskörper in den Himmel geballert. Der grösste Teil von Raketen und Co. sind aber Verpackungsmaterial (ca. 75 Prozent). Das heisst, dass demnach pro Jahr etwa 1’500 Tonnen Abfall zurückbleibt. Man kann nicht genau sagen, wie viel davon in der Natur liegen bleibt, es wird aber sicher ein grosser Teil davon sein. Deshalb ist der Abfall der Sprengkörper auch eines der grössten Probleme von Feuerwerken.
Feuerwerkskörper sind mit Vorsicht zu geniessen. Jedes Jahr führt Ablenkung, unvorsichtiges oder fehlerhaftes Verhalten zu etlichen Unfällen mit Böllern. Einmal nicht aufgepasst und schon kann einem das ganze um die Ohren fliegen. Bei Gebrauch von Feuerwerkskörpern ist also höchste Vorsicht geboten. Die Anweisungen sollten immer befolgt werden, stabile Abschussvorrichtungen sollten verwendet werden und der geforderte Abstand muss immer gehalten werden.
Für private Feuerwerke ist es nicht so einfach eine gute Alternative zu finden. Aber man muss sich fragen, braucht es das Feuerwerk denn wirklich? Klar ist es schön, aber reichen nicht auch beispielsweise Wunderkerzen oder ähnliches? Der Umwelt und den Tieren zuliebe.
Das jährliche, grosse Feuerwerk an unserem Staatsfeiertag ist für viele unter uns fast ein «must-have». Die letzten Jahre ist es jedoch immer wieder aufgrund von schlechten Wetterbedingungen (z.B. zu Trocken) oder anderen Gründen wie Corona ausgefallen. Im Gegenzug haben wir entweder gar nichts oder eine nicht ganz so interessante Lichtshow bekommen. Für viele war das schon ein bisschen eine Enttäuschung und es stellt sich auch die Frage, ist das Feuerwerk immer noch zeitgemäss? Hier muss jeder für sich entscheiden.
Meine persönliche Idee wäre, dass Feuerwerk mit einer Drohnenshow zu ersetzen. Bei einer Drohnenshow werden hunderte von leuchtenden Drohnen in den Himmel geschickt und von da aus können sie dann, zusammen mit oder ohne Musik, beeindruckende Choreografien ausführen. Das ist genau so, wenn nicht noch beeindruckender wie ein Feuerwerk, stört aber keine Tiere und verschmutzt auch nicht die Umwelt.
Feuerwerk
Ein Feuerwerk ist eine pyrotechnische Darbietung, zumeist am Nachthimmel, bei der Feuerwerkskörper planmäßig gezündet werden.
Feuerwerk - wunderschön, aber gefährlich
Tipps, wie man ein Feuerwerk ohne Zwischenfälle geniessen kann.
Wie sich Feuerwerk auf Mensch, Tier und die Umwelt auswirkt
Raketen, Zuckerstöcke und anderes Feuerwerk sind mit Lärm und Abfall verbunden.
So schädlich ist Feuerwerk fürs Klima wirklich
Wie wirken sich Böller, Raketen und Co. tatsächlich auf die Klimabilanz aus in puncto Feinstaub und CO2?
Feuerwerk: Sieben gute Gründe für den Verzicht
Sieben Gründe gegen die Silvester-Knallerei.
Wie schädlich ist Feuerwerk?
Mit Blick auf den Umweltschutz sagen dieses Jahr mehrere Städte und Gemeinden ihre 1.-August-Feuerwerke ab.
Auswirkungen auf den Menschen
Feinstaub gelangt über die Atemluft in unseren Körper.
Feuerwerk: pro und contra
Das Pro und Contra von Feuerwerken.
Bäm! vs. Böllerwahn
Pro und Kontra. Hier sind zwei sehr unterschiedliche Meinungen zur Knallerei.
Wie wir in Zukunft grosse Mengen an Energie zuverlässig und vor allem nachhaltig gewinnen möchten, bleibt bis heute noch ein Rätsel. In diesem Artikel werde ich verschiedene Arten und Visionen, zur nachhaltigen und effizienten Energiegewinnung vorstellen.
Jugendreporter Severin Quaderer
Unter Solarenergie versteht man grob gesagt Energie, die durch die Einstrahlung der Sonne gewonnen wird. Dies geschieht entweder über Solaranlagen, auch Photovoltaikanlagen genannt, welche Strom erzeugen oder über solarthermische Anlagen, welche Warmwasser bereitstellen. Sie ist neben der Windkraft eine der bekanntesten Art zur Gewinnung von «Grünem Strom» und bringt viele Vorteile, leider aber auch Nachteile mit sich.
Der grösste Vorteil von Solarenergie ist natürlich die saubere, emissionsfreie und kostenlose Energiegewinnung. Mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach ist man ausserdem teils unabhängig vom Stromnetz und Strompreisen. Der grosse Nachteil der Solaranlage ist aber, dass sie abhängig von Wetter und Jahreszeit ist. Weil eine Solaranlage offensichtlich Sonne braucht, um Strom zu erzeugen, generiert sie in der Nacht oder im Winter kaum oder sogar gar kein Strom. Doch genau im Winter wird mehr Strom verbraucht. So garantiert die Solarenergie keine konstante Energiezufuhr. Die Lösung dafür könnte die Speicherung des erzeugten Stroms sein. Dies ist heutzutage in kleinem Masse über Pumpspeicherwerke möglich, welche aber viel Platz und kosten benötigen. Es wird aber stark daran geforscht eine effiziente und billige Speichermethode zu finden. Im zweiten Teil werde ich eine dieser Ideen vorstellen. Ein anderes Problem der Solarenergie ist ihre Effizienz. Solaranlagen werden zwar immer effizienter, wenn man mit ihnen aber grosse Mengen an Strom produzieren will, dann braucht man riesige Flächen. Das schaut zum einen nicht schön aus und zum anderen muss man solche riesigen geeigneten Flächen zuerst einmal finden. Die beste ungenutzte Fläche für Solaranlagen wäre die Wüste, da diese für uns Menschen kein grossen nutzen hat und die Sonne dort fast immer scheint.
Bei der Windkraft wird der Wind an hohen Windrädern genutzt, um die grossen Rotorblätter und somit den Rotor anzutreiben. So entsteht Bewegungsenergie, welche in Drehmoment übersetzt und in elektrodynamischen Generatoren zu Strom umgewandelt wird. So sorgen riesige Windparks auf Land oder auf See für grosse Mengen an Strom. In Deutschland und auch vielen anderen Ländern ist das die meistgenutzte nachhaltige Energiequelle.
Doch auch hier haben wir das gleiche Problem, wie mit der Solarenergie. Der Wind bläst auch nicht immer und schon gar nicht immer gleich fest. So müssen Windkraftanlagen bei zu viel Wind heruntergefahren werden und bei zu wenig oder keinem Wind erzeugen sie wenig oder keinen Strom. Wir haben also auch hier keinen konstanten Energie-output und somit muss man die fehlende Energie immer mit anderen Energiequellen ausgleichen oder die überflüssige Energie verschwenden. Auch hier wäre eine Lösung für das Problem die Speicherung der übrigen Energie. Ein anderes Problem der Windräder ist, dass sie mit ihren riesigen Rotorblättern die Natur mit Lärm stören und durch sie auch unzählige Vögel, die der Gefahr nicht bewusst sind, sterben müssen.
Die Wasserkraft nutzt die Strömung des Wassers, um über Turbinen in Generatoren elektrischen Strom zu erzeugen. Es gibt verschiedene Arten von Wasserkraftwerken. Die häufigsten Vertreter sind Buchtenkraftwerke. Diese stehen in einer künstlichen Bucht am Rande eines Flusses und es fliesst grundsätzlich konstant Wasser durch sie, um konstant Strom zu erzeugen. Andererseits gibt es Speicherkraftwerke, diese stauen in grossen Stauseen oder Dämmen grosse Mengen an Wasser auf, um es bei Bedarf durch die Turbinen zu leiten. Pumpspeicherkraftwerke pumpen bei Stromüberschuss das Wasser eines Sees in ein höhergelegenes Reservoir, um es dann bei «Strommangel» durch die Turbinen zu leiten. So kann der Strom gespeichert werden. Aber auch Wasserkraftwerke haben Nachteile. Denn sie sind schlecht für die Biodiversität und durch sie verlieren viele Fische ihr Leben.
Geothermie ist die Erzeugung von Wärme- und elektrischer Energie aus der Hitze des Erdkerns sowie aus dem Zerfall radioaktiver Elemente in der Erdkruste. Die pro Meter um etwa 3 Grad Celsius teigende Temperatur wird durch Erdkollektoren, Erdwärmesonden etc., welche bis tief in den Boden reichen, nutzbar gemacht. Solche Anlagen eignen sich gut, um Häuser und Industriegebäude mit günstigem Warmwasser oder Heizanlagen zu versorgen. In Gegenden mit den passenden geologischen Umständen (Bsp. Island), kann die Wärme sogar ausreichen, um Dampfturbinen zur Stromerzeugung anzutreiben. Geothermie kann aber auch die Ursache von Erdbeben werden.
In Liechtenstein werden derzeit vielerorts, zum Beispiel rund um das Schulzentrum Mühleholz, Fernwärmeleitungen verlegt. Fernwärme nutzt die Abwärme, welche beispielsweise durch grosse Fabriken oder Kehrrichtverbrennungsanlagen erzeugt wird. Diese wird dann durch wärmedichte Rohre in Wohngebiete etc. transportiert. Dort kann diese Wärme dann z.B. zum Heizen genutzt werden. Bei dieser Methode verursacht der Verbraucher zwar keine Emissionen, da er «schon existierende» Wärme wiederverwendet. Die Fabrik, Kehrrichtverbrennungsanlage, etc. welche die Wärme produziert, stösst aber trotzdem Emissionen aus.
Bei der Kernfusion versucht der Mensch genau das nachzustellen, was im Inneren der Sonne passiert, um somit auf der Erde unendlich Energie produzieren zu können. Dies ist eines der spannendsten Projekte der heutigen Zeit, denn die Kernfusion könnte irgendwann all unsere Energieprobleme auf nachhaltige Weise lösen. Es werden jährlich Milliarden in die Forschung zur Kernfusion investiert, doch bis ein Kernfusionsreaktor wirklich Energie ins Netz einspeist, wenn überhaupt werden wir noch viele Jahre warten müssen. Die Kernfusion ist genau das Gegenteil zur Kernspaltung in Kernkraftwerken. Das Prinzip funktioniert so: Bei der Kernfusion treffen Wasserstoffatome bei hoher Geschwindigkeit aufeinander und verschmelzen miteinander. Bei dieser Reaktion entsteht dann Helium und es werden Unmengen an Energie freigesetzt. Doch um diese Fusion zu vollbringen, ist ein Plasma mit Temperaturen um die 100-150 Millionen Grad Celsius nötig. Um dieses Plasma im Zaum zu halten, damit es nicht die Wände des Reaktors kaputt macht, sind starke Elektromagnete nötig, welche das Plasma von den Wänden fernhalten. Bisher konnte man dieses Plasma aber erst wenige Sekunden oder Minuten halten. Diese Form von Energiegewinnung würde keinen radioaktiven Abfall produziert oder Schadstoffe ausstossen, übrigbleiben würde nur das harmlose Helium.
Kernfusion hat ein riesiges Potenzial. Ob es gelingt, ist jedoch noch ungewiss. Vielleicht stellt sich das ganze irgendwann als Flop heraus, vielleicht aber haben wir in einigen Jahrzehnten unlimitiertenergie auf der Erde.
Windkraftanlagen werden zwar immer grösser und höher, trotzdem sind sie fest im Boden verankert und können nur die dortigen Windverhältnisse nutzen. Je höher man aber geht, desto stärker wird der Wind. Ausserdem braucht es viele Ressourcen, ein Windrad zu bauen, da es sehr massiv ist. Nur schon für das riesige Fundament werden um die 1600 Tonnen Beton gebraucht. Leichte, in höheren Lagen liegende Windräder könnten viel effizienter sein. Viele verschiedene Start-ups und Firmen tüfteln an dieser Idee. Ein wirklich gutes Konzept gibt es bisher noch nicht, aber schon mehrere Ansätze. Einer davon ist vom schweizerischen Start-up Twintech: An einem langen Seil wird ein eher kleines Flugzeug befestigt, dieses fliegt dann hoch in die Lüfte, wo ein stärkerer Wind weht. So wie wir das von Drachen kennen, fängt sich oben das Flugzeug an zu drehen. Diese Kreisbewegung rollt das Seil an einer Spule auf- und ab. Dadurch entsteht Bewegungsenergie, welche in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Diese Technologie hat den Vorteil, dass sie sehr kompakt ist und wenig Ressourcen zum Bauen braucht. Die kleinen «Flugzeuge» könnten in grossen Mengen auch über dem tiefen Meer, wo herkömmliche Windräder nicht aufgestellt werden können, aufgestellt werden und somit auch dort Energie erzeugen.
Wie vorhin schon erwähnt, ist die Speicherung überflüssiger Energie ein grosses Problem. Das Schweizer Start-up Energy Vault hatte eine zündende und gleichzeitig verblüffend einfache Idee, um dieses Problem zu lösen. Ihr Projekt hat viel internationales Interesse auf sich gezogen und schaffte es sogar schon in einen Tweet von Bill Gates. Die von Energy Vault gefundene Lösung besteht aus einem 120 Meter hohen Turm mit einem zentral integrierten sechsarmigen Spezialkran. Herrscht Energieüberschuss stapelt dieser Kran mit der überflüssigen Energie 35 Tonnen schwere Betonblöcke aufeinander und sobald Energiemangel herrscht, kann der Kran sie wieder runternehmen und somit die aufgewandte Energie zurückgewinnen. Wie gesagt, sehr simpel, aber auch effizient. Mittlerweile hat Energy Vault schon eine zweite Version «EVx» ihres Energiespeichers, dieser ähnelt nicht mehr einem runden Turm, wie die erste Version «EV1», sondern jetzt mehr einer Lagerhalle. Die neue Version ist eine verbesserte und effizientere Version der alten. Bis diese Art von Energiespeicher aber zur kommerziellen Nutzung zur Verfügung steht, könnte es aber auch hier noch eine Weile dauern.
Auch mithilfe von Wasserstoff kann überflüssige Energie «gespeichert» werden. Denn Wassermoleküle können mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden. Da es für eine Elektrolyse viel Strom braucht, könnte für diesen Vorgang überflüssiger Strom von Windkraftwerken, Solaranlagen etc. genutzt werden. So könnten die grossen Strommengen, die im Sommer beispielsweise durch Solaranlagen anfallen, für den Winter gespeichert werden. Man kann den Wasserstoff zwar nicht direkt wieder in elektrischen Strom umwandeln, jedoch setzt dieser bei der «Rück»-Reaktion mit Sauerstoffatomen die gleiche Menge an Energie, welche für die Spaltung genutzt wurde, wieder frei. Diese kann dann genutzt werden kann, um z.B. Fahrzeuge, Flugzeuge oder Maschinen ohne Emissionen anzutreiben. Schon heute findet man wasserstoffbetriebene Lastwagen, Schiffe oder Busse. Wasserstoff könnte auch ins schon vorhandene Erdgasnetz eingespeist und so zum Heizen verwendet werden.
Jedoch hat auch Wasserstoff seine Nachteile. Zum einen ist die Herstellung, aber auch Speicherung und Transport, von Wasserstoff sehr aufwendig und es kostet viel Zeit und auch Geld. Zum andern produzieren wir zum heutigen Stand noch gar nicht genügend Strom aus erneuerbaren Energien, was bedeutet, dass die Wasserstoffproduktion heutzutage nicht wirklich Sinn macht. Diese Probleme könnten aber in Zukunft gelöst werden, sodass Wasserstoff eine gute Möglichkeit zur Speicherung überflüssiger Energie werden könnte.
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