Bionic Car. Die Lösung der Umweltprobleme unserer Zukunft?


Facharbeit (Schule), 2011

22 Seiten, Note: 11


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Definition Bionik

3. Das Auto - Problem des 21. Jahrhunderts
3.1. GlobaleErwärmung
3.2. Luftverschmutzung
3.3. Mangelnde Sicherheit

4. Bionic Car
4.1. Der Kofferfisch als Vorbild
4.2. Aerodynamik
4.3. Stabilität
4.4. Kraftstoffverbrauch
4.5. WeiteretechnischeundstilistischeBesonderheiten

5. Fazit

6. Quellenverzeichnis
6.1. Literaturquellen
6.2. Internetquellen

7. Anhang

1. Einleitung

„Mit dem Auto hat sich der Traum der Menschen von einem selbstfahrenden Fahrzeug verwirklicht“.1 Mit dem Auto kann man zu jeder Zeit überall hinkommen und ist somit in gewisser Weise unabhängig von Zeit und Raum. In der Bibel steht: „Nehmt die Erde in Besitz“. Mit der Erfindung des Automobils erfüllt der Mensch teilweise diesen Auftrag. Aber wir sollen die Erde auch bewahren, sie vor Schaden schützen und als Gottes gute Schöpfung erhalten.

Das Auto verursacht aber durch seine schweren Belastungen in der Umwelt große Probleme. Daher will man das Automobil am liebsten wieder abschaffen oder den Gebrauch stark einschränken. Doch ohne das Auto kann man sich das Leben der Menschen nicht mehr vorstellen. Das Auto wird es daher immer in irgendeiner Form weiter geben. Deshalb bemüht man sich das Auto so zu konstruieren und zu bauen, welches die Umwelt möglichst wenig belastet. Die Erhaltung und Gewährleistung einer intakten Umwelt ist grundsätzlich die Vorraussetzung für ein menschenwürdiges Dasein und in der heutigen Zeit eines der größten Probleme der Welt.

Die Lösungen solcher Probleme werden seit dem 21. Jahrhundert in der Biologie gesucht. Die Bionik ist noch ein junges und interdisziplinäres Forschungsgebiet zwischen Biologie, Ingeneurwissenschaften, der Architektur und der Mathematik. Dort werden Prinzipien von biologischen Modellsystemen abstrahiert, welche dann als Ideenvorlage für technische Problemlösungen dienen können. Haifischhaut, Lotusblume oder Delphinschnauze - die Natur hat unglaublich viele Konstruktionspläne bereit, welche von der Bionik entschlüsselt und für technische Entwicklungen nutzbar gemacht werden. In den tropischen Gewässern wurden Mercedes- Ingeneure nun fündig. Sie suchten ein Vorbild in der Natur, welches nicht nur im Detail, sondern in seiner kompletten Form und Struktur den Vorstellungen von einem modernen Automobil vorzeigt: der Kofferfisch.

Mich hat zunächst die Frage interessiert, was man überhaupt unter „Bionik“ versteht, welche Umweltprobleme das Auto eigentlich verursacht und welche Eigenschaften dieser Kofferfisch und das umgesetzte Auto besitzen.

2. Definition Bionik

Die Bionik ist ein interdisziplinärer Bereich, indem Naturwissenschaftler und Ingeneure sowie auch Vertreter anderer Disziplinen wie etwa Architekten, Philosophen und Designer zusammenarbeiten. Diese Naturwissenschaft beschäftigt sich mit der Entschlüsselung von „Erfindungen der belebten Natur“ und ihrer innovativen Umsetzung in die Technik. Aufgrund neuer und verbesserter Methoden, wie. z.B. durch Rechnerleistung, entwickelte sich die Bionik in den letzten Jahrzehnten zu einer etablierten Wissenschaftsdisziplin. Der englische Begriff „bionics“ wurde erstmals 1960 vom amerikanischen Luftwaffenmajor Jack R. Steele auf einem Kongress in der Wright-Patterson Air Force Base in Dayton, Ohio verwendet.2 Bionik ist ein deutsches Kofferwort und setzt sich aus Biologie und Technik zusammen. Dort werden Prinzipien von biologischen Modellsystemen abstrahiert, welche dann als Ideenvorlage für technische Problemlösungen dienen können. Diese Herangehensweise wird auch dadurch begründet, dass im Laufe der Evolution viele biologische Lösungen optimiert wurden. Grundsätzlich kann man also sagen, dass die Bionik ein systematisches Lernen von der Natur ist. Die Vorangehensweise kann häufig als eine reine Analogiensuche bezeichnet werden. Zusätzlich können durch Grundlagenforschung gezielte Struktur- und Organisationsprinzipien beschrieben werden und somit bei der Übertragung in die Technik helfen.

Der historisch bekanntester Begründer der Bionik war Leonardo da Vinci, welcher beispielsweise in seinem Manuskript „Über den Vogelflug“ den Vogelflug analysierte und versuchte, seine Erkenntnisse auf Flugmaschinen zu übertragen.3

3. Das Auto - Problem des 21. Jahrhunderts

„Das Auto ist heute Prestigeobjekt, Wirtschaftsfaktor und Verkehrsmittel zugleich“.4 Heute benötigt jeder Mensch ein Auto, wenn sein Arbeitsplatz von seinem Wohnort entfernt liegt und es keine Verbindungen mit öfVerkehrsmitteln gibt. Das Automobil ist einerseits als Transportmittel und Fahrzeug notwendig, andererseits auch für unsere Wirtschaft. Doch wo es Vorteile gibt, sind auch Nachteile.

Eines der größten Nachteile ist die massive Umweltbelastung. Neben Reifenabrieb und Lärm entstehen vor allem Abgase, welche in zweierlei Hinsicht schädlich sind. Diese sind nicht nur giftige Stoffe, welche den Organismus schaden, sondern können auch anscheinend das Erdklima massiv verändern. Klima und Verkehr ist in unserer heutigen Zeit daher ein vielfach diskutiertes Thema im Bereich der Umweltpolitik.

3.1. Globale Erwärmung

Als globale Erwärmung bezeichnet man den Anstieg der Durchschnittstemperatur der Atmosphäre und der Meere in den vergangenen Jahrzehnten.

Im Zeitraum von 1906 und 2005 hat sich die Lufttemperatur in Bodennähe durchschnittlich um ungefähr 0,74 °C erhöht.5 Die wärmsten je gemessenen Jahre waren von 2000 bis 2009 zu verzeichnen. Aus Sicht der Wissenschaftler ist für diese globale Erwärmung sehr wahrscheinliche die Verstärkung des natürlichen Treibhauseffektes durch menschliche Einflüsse verantwortlich.

Die voraussichtliche Erwärmung eines Planeten durch Treibhausgase und Wasserdampf in der Atmosphäre wird als Treibhauseffekt bezeichnet. Die Funktion der Treibhausgase und von Wasserdampf ist in diesem Fall die vermehrte Reflexion der Wärmestrahlung an der Atmosphäre.

Der natürliche Treibhauseffekt entsteht folgendermaßen:

- Die Sonne entsendet kurzwellige Strahlung auf die Erde. Schon ein Teil dieser Strahlung wird beim Auftreten auf der äußersten Atmosphäre reflektiert.
- Der größte Teil dieser Sonnenstrahlung gelangtjedoch auf die Erdoberfläche.
- In der Erdoberfläche wird diese kurzwellige Strahlung in Infrarotstrahlen umgewandelt, welche wiederum reflektiert werden.
- Ein gewisser Teil dieser Infrarotstrahlung6 dringt durch die Atmosphäre wieder in den Weltraum. Der andere Teil wird aber durch Wasserdampf (in Form von Wolken) und anderen Treibhausgasen zurück auf die Erdoberfläche geworfen.

Hätte die Erde keine Atmosphäre mit einem solchen natürlichen Treibhauseffekt, würde die Oberflächentemeperatur etwa -18 °C betragen. Da aber dieser vorhanden ist, beträgt diese heute durchschnittlich ca. +15 °C.

In unserer heutigen Zeit kommt es aber auf der Erde durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe, durch weltweite Endwaldung sowie Land- und Viehwirtschaft zum vermehrten Ausstoß von Treibhausgasen.

Dies hat zur Folge, dass die Wärmestrahlung an der Atmosphäre verstärkt zurückgeworfen wird. Die Folge daraus bedeutet letztendlich eine globale Temperaturerhöhung. Dieser wird dann auch als anthropogener Treibhauseffekt7 bezeichnet.

Der größte Teil der globalen Erwärmung ist aber auf den zunehmenden Konzentrationsanstieg des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid zurückzuführen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Anteil der Treibhausgase in der Atmosphäre (2008) (eigener Entwurf nach http://www.treibhauseffekt.com/download/ReferatStaechele.pdf)

„Unter allen Verursachern des Treibhauseffektes hat der Autoverkehr die bei weitem Zuwachsrate: Die Autoflotte wächst derzeit doppelt so schnell wie die Weltbevölkerung. Nach einer Trendanalyse des Umwelt- und Prognoseninstituts (UPI) in Heidelberg wird die Anzahl der PKW weltweit von derzeit 500 Millionen bis zum Jahr 2030 auf 2,3 Milliarden Autos ansteigen, 4,5 mal soviel wie heute, hauptsächlich durch rapide Zuwächse in Asien. Im gleichen Zeitraum werden Autos im Durchschnitt zwar immer weniger Sprit verbrauchen. Doch selbst unter dieser Annahme verdoppelt sich der weltweite Spritkonsum im Jahr 2030 auf 1,3 Milliarden Tonnen. Entsprechend verdoppeln sich bis dahin die verkehrsbedingten Kohlendioxid-Emissionen auf 7,5 Milliarden Tonnen“8.

Alle Kraftfahrzeuge, welche zurzeit auf dem Markt sind verursachen Kohlenstoffdioxid, einen natürlichen Bestandteil der Erdatmosphäre. Dieses entsteht vor allem bei der vollständigen Verbrennung von fossilen Brennstoffen sowie im Organismus von Lebewesen. Die Kohlenstoffdioxid- Emissionen eines Fahrzeugs hängen von seinem Gewicht, der Aerodynamik, der Motorisierung9 und von der verwendeten Kraftstoffart ab. So besitzen Fahrzeuge, welche mit Erdgas und Flüssiggas betrieben werden eine bessere Kohlenstoffdioxid- Bilanz als vergleichbare Fahrzeuge, welche mit Benzin betrieben werden.

In Deutschland hat der Verkehr zurzeit einen Anteil von 19 Prozent an den gesamten Kohlenstoffdioxid- Emissionen. 12 Prozent davon wiederum werden von Pkws verursacht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.:Anteil des Verkehrs an den CO2-Emissionen in Deutschland (2008) (eigener Entwurf nach http://www.muelheim-ruhr.de/cms/mobiltiaet und klimaschutz1.html)

Neben den Treibhausgasen beeinflussen sogenannte Aerosole das Klima auf der Erde. Sie entstehen wie Treibhausgase, sowohl durch natürliche Vorgänge als auch durch menschliche Einflüsse. Aerosole können z.B. bei Vulkanausbrüchen, Wüstenstürmen oder wie Treibhausgase bei der Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen entstehen. Bisher verursachen Aerosole die größte Unsicherheit in der Umweltpolitik, da das Verständnis über diese als „gering“ bezeichnet wird.

„[Der] Weltklimarat IPCC: Der Effekt der Treibhausgase lasse sich mit hoher Präzision berechnen, die Wirkung der Aerosole sei hingegen sehr ungewiss.“10 Die Wirkung eines Aerosols auf die Lufttemperatur hängt grundsätzlich von seiner Flughöhe in der Atmosphäre statt. In der Troposphäre11 sorgen Ruß- Partikel für einen Temperaturanstieg. Dort absorbieren sie die kurzwellige Sonnestrahlung und geben dies anschließend als Wärmestrahlung wieder frei.

In den oberen Bereichen der Atmosphäre hingegen sorgen Mineralpartikel durch ihre reflektierende Wirkung, dass es an der Erdoberfläche kühler wird. Im März 2011 belegt eine UN- Studie, dass fast die Hälfte der Temperaturerhöhungen in der Artkis auf Rußpartikel zurückzuführen ist. Der Ruß soll sich demnach auf Eis- und Schneeflächen absetzen. Dadurch wird mehr Sonnenwärme aufgenommen. In Folge dessen schmilzt das Eis und Schnee schneller.

Rußpartikel entstehen bei der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen wie z.B. Kraftstoffen. Dies passiert vor allem bei Verbrennungsvorgängen in Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren.

3.2. Luftverschmutzung

Die Verschmutzung der Luft stellt sowohl eine Gefährdung der menschlichen Gesundheit als auch der Umwelt dar. Vor allem in Ballungsräumen nehmen die Abgase ein gesundheitsschädigendes Ausmaß an. Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide, Schwefeloxid, Kohlenstoffdioxid und Partikel gehören zu den hauptsächlichen Emissionen, welche beim Auto entstehen können.

Kohlenmonoxid entsteht bei einer unvollständigen Verbrennung organischer Verbindungen im Automotor. Im menschlichen Organismus bindet Hämoglobin das Kohlenstoffmonoxid 325-mal fester als Sauerstoff.12 Dieses blockiert daher die Sauerstoffaufnahme erheblich. Gesundheitliche Folgen durch Kohlenstoffmonoxid zeigen sich anhand von verschiedenen Herz- und Kreislaufkrankheiten. Bei Schwangeren kann dies sogar zu Gesundheitsschäden im Fötus führen.

Das Entstehen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen ist zurzeit eins der vorherrschenden städtischen Luftverschmutzungsprobleme. Diese entstehen wiederum wie Kohlenstoffmonoxid, wenn fossile Brennstoffe bzw. Kraftstoff nut teilweise oder gar nicht verbrannt werden.

[...]


1 Misdorf, Hans (2011): Daimler und Benz bauen das Auto, URL: http://www.derweg.org/personen/ wirtschaft/daimlerubenz.html, [Stand: 04.04.11]

2 Nachtigall, Werner (2008): Bionik: Lernen von der Natur, S. 7

3 [Unbekannter Autor]: Bionik, URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Bionik, [Stand: 23.03.11]

4 Ruehl, Sascha (1999): Das Auto- Probleme und Lösungen, URL: http://www.hausarbeiten.de/faecher/vorschau/96429.html, [Stand: 30.03.11]

5 Siehe Anhang Abb.1: Temperaturveränderungen der letzten 1000 Jahre

6 Wärmestrahlung

7 vom Menschen verursachter Treibhauseffekt

8 Greenpeace Redaktion (2004): Auto und Klima, URL: http://www.greenpeace.de/themen/verkehr/ auto klima/artikel/auto und klima/, [Stand: 30.03.11]

9 Stand der eingesetzten Technologie

10 Vgl. Dambeck, Holger (2009): Aerosole- Einfluss aufs Klima- Forscher wollen geheimnisvolle Schutzpartikel enträtseln, URL: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,602320,00.html, [Stand: 30.03.11]

11 unterste Atmosphärenschicht

12 Vgl. Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik (2010):Emissionen, S. 9

Ende der Leseprobe aus 22 Seiten

Details

Titel
Bionic Car. Die Lösung der Umweltprobleme unserer Zukunft?
Hochschule
Gymnasium Munster
Note
11
Autor
Jahr
2011
Seiten
22
Katalognummer
V182339
ISBN (eBook)
9783656091523
ISBN (Buch)
9783656091363
Dateigröße
1150 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Wissenschaft, Automobil, Auto, Bionik, Bionic Car, Daimler
Arbeit zitieren
Daniel Marszallek (Autor), 2011, Bionic Car. Die Lösung der Umweltprobleme unserer Zukunft?, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/182339

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