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Upon separation of the protein from the nucleic acid component of tobacco mosaic virus by phenol, using a fast and gentle procedure, the nucleic acid is infective in assays on tobacco leaves. A series of qualitative and quantitative control experiments demonstrates that the biological activity cannot depend on residual proteins in the preparation, but is a property of isolated nucleic acid which is thus the genetic material of the virus.
Within the sedimentation diagram of infective RNA preparations isolated from Tobacco Mosaic Virus, undegraded molecules form a sharp peak with a molecular weight corresponding to the total RNA content of the virus particle. Degradation kinetics by ribonuclease is of the linear, single-target type, indicating that the RNA is single-stranded. The intact RNA of a virus particle thus forms one big single-stranded molecule. Quantitative evaluation of the effect degradation by RNA-ase on the infectivity of the RNA shows that the integrity of the entire molecule is required for its biological activity.
The generation of viral mutants in vitro was demonstrated by treatment of the isolated RNA of Tobacco Mosaic Virus by nitrous acid. This agent causes deaminations converting cytosine into uracil, and adenine into hypoxanthine. Our assay for mutagenesis was the production of local lesions on a tobacco variety on which the untreated strain produces systemic infections only. A variety of different mutants are generated in this way. Quantitative analysis of the kinetics of mutagenesis leads to the conclusion that alteration of a single out of the 6000 nucleotides of the viral RNA is sufficient for causing a mutation.
Applying mild methods of preparation, part of the ribosomes of rabbit reticulocytes are found in aggregates (later called polyribosomes) of up to six ribosomal units. Upon treatment with RNA-ase, they desintegrate into single ribosomes. The fast-sedimenting aggregates are found to be more active in protein synthesis in terms of incorporation of radioactive amino acids, whereas the single ribosomes are more receptive to stimulation by the artificial messenger RNA poly-U. The findings indicate that the linkage of ribosomes into aggregates is due to the messenger RNA. They support a tape-reading mechanism of protein synthesis whereby growth of the peptide chain is accompanied by shifting the active site of the ribosome from one coding group of nucleotides of the messenger RNA to the next.
The short paper introduces the concept of possible branches of double-stranded DNA (later sometimes called palindromes): Certain sequences of nucleotides may be followed, after a short unpaired stretch, by a complementary sequence in reversed order, such that each DNA strand can fold back on itself, and the DNA assumes a cruciform or tree-like structure. This is postulated to interact with regulatory proteins.
Die volle Anwendbarkeit der Physik auf die Biologie des menschlichen Gehirns bedeutet nicht notwendig, dass es ein finitistisches und zugleich vollständiges, algorithmisches Verfahren der Korrelation mentaler mit physikalischen Zuständen geben kann. Vielmehr gibt es Gründe für die Hypothese, dass eine umfassende Theorie der psychophysischen Beziehung prinzipiell unmöglich sein könnte. Diese Auffassung verbindet die Universalität der Physik mit der logischen Begrenztheit des menschlichen Denkens (z. B. in Bezug auf sich selbst) und betrachtet Bewusstsein - die ursprünglichste menschliche Erfahrung - nicht als Randphänomen. ++++ Die Zeitschrift RATIO erschien bis 1987 in einer deutschen und in einer englischen Ausgabe. Die englische Version des Artikels lautet: A. Gierer, The physical foundations of biology and the problems of psychophysics. RATIO XII, No. 1, 1970. S. 47-64.
Full applicability of physics to human biology does not necessarily imply that one can uncover a comprehensive, algorithmic correlation between physical brain states and corresponding mental states. The argument takes into account that information processing is finite in principle in a finite world. Presumbly the brain-mind-relation cannot be resolved in all essential aspects, particularly when high degrees of abstraction or self-analytical processes are involved. Our conjecture plausibly unifies the universal validity of physics and a logical limitation of human thought, and it does not regard consciousness -the most basic human experience - as a marginal phenomenon. ++++ RATIO appeared up to 1987 in both a German and an English version. The German title of this article: Alfred Gierer, Der physikalische Grundlegungsversuch in der Biologie und das psychophysische Problem. RATIO XII, Heft 1, 1970, S. 40-54.
Aggregates of previously isolated cells of Hydra are capable, under suitable solvant conditions, of regeneration forming complete animals. In a first stage, ecto- and endodermal cells sort out, producing the bilayered hollow structure characteristic of Hydra tissue; thereafter, heads are formed (even if the original cell preparation contained no head cells), eventually leading to the separation of normal animals with head, body column and foot. Hydra appears to be the highest type of organism that allows for regeneration of the entire structure from random cell aggregates. The system is particularly useful for studying cell interactions, tissue polarity, pattern formation, and cell differentiation.
The paper addresses the formation of striking patterns within originally near-homogenous tissue, the process prototypical for embryology, and represented in particularly puristic form by cut sections of hydra regenerating a complete animal with head and foot. Essential requirements are autocatalytic, self-enhancing activation, combined with inhibitory or depletion effects of wider range - “lateral inhibition”. Not only de-novo-pattern formation, but also well known, striking features of developmental regulation such as induction, inhibition, and proportion regulation can be explained on this basis. The theory provides a mathematical recipe for the construction of molecular models with criteria for the necessary non-linear interactions. It has since been widely applied to different developmental processes.
Die Münzprägung von Deultum
(1973)
Socioeconomic inequalities are functions not only of intrinsic differences between persons or groups, but also of the dynamics of their interactions. Inequalities can arise and become stabilized if there are advantages (such as generalized wealth including “human capital”) which are self-enhancing, whereas depletion of limiting resources is widely distributed. A recent theory of biological pattern formation has been generalized, adapted and applied to deal with this process. Applications include models for the non-Gaussian distribution of personal income and wealth, for overall economic growth in relation to inequalities and for effects of uncoupling strategies between developing and developed countries. Note added after publication: The equations (14) for the model of the income distribution, with its characteristic non-Gaussian extension towards higher incomes (fig.4), are closely related to the Fokker-Planck equation that is widely applied in many fields of physics.
Die Münzprägung von Bizye
(1981)
Validity of physical laws for any aspect of brain activity and strict correlation of mental to physical states of the brain do not imply, with logical necessity, that a complete algorithmic theory of the mind-body relation is possible. A limit of decodability may be imposed by the finite number of possible analytical operations which is rooted in the finiteness of the world. It is considered as a fundamental intrinsic limitation of the scientific approach comparable to quantum indeterminacy and the theorems of logical undecidability. An analysis of these limits, applied to dispositions of future behaviour, suggests that limits of decodability of the psycho-physic relation may actually exist with respect to brain states with self-referential aspects, as they are involved in mental processes. Limits for an algorithmic theory of the mind-body problem suggested by this study are formally similar to other intrinsic limits of the scientific method such as quantum indeterminacy and mathematical undecidability which are also related to self-referential operations. At the metatheoretical level, hard sciences, despite their reliability, universality and objectivity, depend on metatheoretical presuppositions which allow for multiple philosophical interpretations.
Die Reihe IV enthält alle Werke, Abhandlungen und Aufzeichnungen, mit denen sich Leibniz zu den Fragen und Ereignissen des Staatslebens seiner Zeit geäußert hat, wobei auch die Arbeiten zur Förderung der wirtschaftlichen und geistigen Kultur miteinbezogen sind, soweit damit ein praktischer Zweck verfolgt wurde. Dieser Band umfaßt die Mainzer und die Pariser Jahre. In chronologischer Reihenfolge bietet er in sieben Gruppen die großen, abgeschlossenen Flug- und Denkschriften dar, unter denen Georgius Ulicovius Lithuanus (1669), das „Bedenken über die Securitas Publica“ (1670) und das „Consilium Aegyptiacum“ (1671 bis 1672) hervorragen. Es folgen die „Politischen Gedichte“ (1670 bis 1672), „Politische Entwürfe und Aufzeichnungen“ (1668 bis 1678) sowie die Arbeiten über „Künste und Wissenschaften“ (1667 bis 1676) - vor allem zu Themen der Wissenschaftsorganisation -, die im jetzt vorliegenden Nachdruck um ein Stück (N. 52) vermehrt worden sind. Die in der ersten Auflage als Anhang zu Band 2 erschienenen Überlieferungen, Lesarten und Erläuterungen, Register und Verzeichnisse sowie weitere Auszüge und Untersuchungen über unechte und zweifelhafte Stücke wurden in dieser Nachauflage mit den Texten vereinigt.
Während des ersten Jahrzehnts seiner Tätigkeit in Hannover beschäftigte sich Leibniz vor allem mit der Frage des Gesandtschaftsrechts der fürstlichen Häuser, das auf dem Nimweger Friedenskongreß umstritten war, sowie mit der doppelten Bedrohtheit des deutschen Reiches: im Westen durch die offensive Politik Frankreichs und im Süden durch den Ansturm der Türken. In diesem Zusammenhang entstanden unter anderem die umfangreiche Schrift „Caesarini Fürstenerii de Jure Suprematus ac Legationis Principum Germaniae“ (1677) mit der Kurzfassung „Entretion de Philarete et d’Eugene“ (1677) und begleitende Schriften, die die Interessen des Hauses Braunschweig-Lüneburg vertraten: die sarkastische Flugschrift gegen König Ludwig XIV., „Mars Christianissimus“ (1683), und die unveröffentlicht gebliebenen, vorsichtig abwägenden „Raisons touchant la guèrre ou l’accommodement avec la France“ (1684). Ebenfalls unveröffentlicht gebliebene Studien über das Kriegswesen (1681) und Aufsätze über den Türkenkrieg aus den Jahren 1683 bis 1684 schließen diesen Band ab.
In diesem Buch zeigt der Physiker und Biologe Alfred Gierer - er ist Direktor am Max-Planck- Institut für Entwicklungsbiologie - die Reichweite, aber auch die prinzipiellen Grenzen naturwissenschaftlichen Denkens auf. Beides wird nirgends so deutlich wie im Verhältnis der Biologie zur Physik: Hier stellen sich die Fragen, was Leben ist, wie es entstand und sich bis zur Höhe des Menschen entwickelte, wie der Reichtum der Formen zu verstehen ist und in welcher Beziehung das Bewußtsein, die “Seele”, zu einem wissenschaftlichen Verständnis der Lebensvorgänge steht. “Die Physik, das Leben und die Seele” informiert über diese wichtigen Zusammenhänge in allgemeinverständlicher Form und regt in besonderem Maße die Freude am kritischen Mitdenken an. Das Buch schlägt einen weiten Bogen von der Grundlagen der Physik und Logik über die neuen Erkenntnisse der Biologie bis zu der Frage, was uns die Naturwissenschaften über den Menschen und sein Bewußtsein lehren können - und was nicht.
Ergänzend zu den im Band 2 dieser Reihe vereinigten Hauptschriften dieses Zeitraums werden hier weitere 143 Stücke vorgelegt, die bis auf den Nachruf für Herzog Johann Friedrich (1680) durchweg zu Leibniz’ Lebzeiten unveröffentlicht geblieben sind. Die sieben Themenkreise umfassen Schriften zur Bedrohung des Reiches durch Frankreich und die Türken, die Reunion der christlichen Konfessionen, zur Staatsverwaltung (insbesondere zur Wirtschafts- und Sozialpolitik), zu Vorgängen im Hause Braunschweig-Lüneburg, zum Komplex Sprache und Literatur, zu Sozietäten und Lebensregeln sowie Bemerkungen zu fremden Publikationen. Hervorzuheben sind ferner die von Leibniz hinterlassenen Aufzeichungen über seine Tätigkeit bei der Rechtsprechung in der Justizkanzlei (fast ausschließlich in den Jahren 1677 bis 1679) und seine Vorschläge zur Verbesserung des Justizwesens. Fragliche Stücke werden in der Einleitung bewertet und die Eliminierung einiger Schriften begründet, die bisher Leibniz zugesprochen wurden. Der Band enthält u. a. die bedeutsamen „Reflexions sur la Déclaration de la guèrre“ (Herbst 1688), die als Flugschrift über das gewaltsame Vorgehen des Königs Ludwigs XIV. gegen die Pfalz konzipiert waren, sowie die berühmte „Ermahnung an die Teutsche, ihren verstand und sprache beßer zu üben“ (1679).
Aside from the increasing, impressive evidence on chemical identification of graded molecules involved, it is the capability of axons for approaching the target position from different aspects in a two-dimensional field which is per se a strong indication for the involvement of gradients. Targeting requires, in the target field, counter-graded effects, either by antagonistic gradients, or by a single gradient in each dimension exerting attractive effects at low, reverting to inhibitory (repulsive) effects at high concentrations. A further requirement for mapping is the modulation of the counter-graded effects by components of the growth cone itself which depends on the origin of the corresponding axon.Transduction and processing of graded signals in the navigating growth cones are proposed to be strongly enhanced by intra-growth-cone pattern formation. The concept also encompasses regulatory and branching processes including the formation of the terminal arbors.
Die Münzprägung von Maroneia
(1987)
Physical principles underlying biological pattern formation are discussed. In particular, the combination of local self-enhancement and long-range (“lateral”) inhibition (Gierer and Meinhardt, 1972) accounts for de-novo pattern formation, and for striking features of developmental regulation such as induction, spacing and proportion regulation of centers of activation in tissues and cells. Part I explains physical principles of spatial organisation in biological development. Part II demonstrates in mathematical terms that and how short-range activation and long-range inhibition are conditions for the generation of spatial concentration patterns. The conditions can be expressed in terms of ranges, rates and orders of reactions. These conditions, in turn, can also be derived by analysis of dynamic instabilities by means of Fourier waves, showing the neither obvious nor trivial relation between the latter approach and the theory based primarily on autocatalysis and lateral inhibition.
Die moderne Naturwissenschaft zeigt eindrucksvoll die große Reichweite des menschlichen Denkens - sie wirft aber auch die Frage nach ihrer menschengerechten Anwendung auf und führt an unüberwindliche Grenzen jeder Erkenntnis. Tragweite und Grenzen der Wissenschaft verweisen uns zurück auf uralte Fragen der Philosophie, zum Beispiel auf die Suche altgriechischer Denker nach den Urprinzipien der Natur oder auf das „Wissen vom Nichtwissen“ des Nikolaus von Kues. Der Blick auf 2500 Jahre Geschichte des Denkens über die Natur soll dabei helfen, die moderne Naturwissenschaft wieder in die großen Sinn- und Wertzusammenhänge menschlichen Lebens zu stellen.
Folgerungen für die Zukunft
(1993)
Gedanken über die weitere Arbeit am Wörterbuch der Ägyptischen Sprache
Zur Berliner Wortliste
(1993)
Vor dem Hintergrund der Diskussionen um die Folgen des anthropogenen Treibhauseffekts werden im folgenden die Perspektiven einer energetischen Nutzung von Abfällen organischen Ursprungs in Deutschland als eine Möglichkeit zu deren Entsorgung analysiert. Organische Abfälle fallen dabei in der Land- und Forstwirtschaft, der Industrie und den Haushalten an (u. a. Alt- und Restholz, Stroh, Gras, Laub, Dung, Klärschlamm, organischer Müll). Zusätzlich dazu kommen nicht unter den Begriff Abfall fallende „Nebenprodukte", die zwar eine dem Abfall entsprechende Produktpalette umfassen, deren Gewinnung aber noch vom Produktionszweck umfaßt wird. Für solche organischen Abfälle und Nebenprodukte werden im folgenden die technischen Potentiale dargestellt, die Kosten analysiert und darauf aufbauend die wirtschaftlichen Potentiale diskutiert. Auch wird auf die Erschließungspotentiale im Rahmen einer Wenn-Dann-Betrachtung eingegangen.
Vorwort
(1995)
Die Energiefrage stellt sich längst nicht mehr allein als ein technologisches oder ökonomisches Problem dar. Heute in angemessener Weise über das Energieproblem sprechen, bedeutet zugleich über die ethische Frage der Verantwortbarkeit der für seine Lösung eingeschlagenen Wege sprechen. Zunehmend gewinnen Überlegungen genuin ethischer Art an Gewicht und rücken ins Zentrum der Diskussion. Freilich sind mittlerweile auch hier Tendenzen zur Instrumentalisierung gerade von ethischen Aussagen unverkennbar. Diese werden meist aus ihrem Gesamtkontext herausgelöst und je nach Inhalt zur Untermauerung der jeweiligen bereits vorgefaßten Meinung herangezogen. Ethik erscheint so nicht selten entweder in der Rolle einer Bußpredigerin einer verderbten Gegenwart, als Prophetin einer heilen Zukunft oder schlicht als Verteidigerin des Status Quo. Solchem Mißbrauch gilt es zu wehren, wenn man die Rolle und die Aufgabenstellung der Ethik zu bestimmen sucht, die dieser im Diskurs über eine verantwortbare Energieversorgung der Zukunft zukommt. Eines gleich vorweg: Ethik - wie sie hier verstanden wird - ist nicht aufgeordnete Vorentscheidung. Ethik bietet vielmehr Hilfestellungen, damit jeder einzelne, aber gerade auch jede besondere Verantwortungsträgerin bzw. jeder besondere Verantwortungsträger in rechtfertigungsfähiger und damit verantwortlicher Weise ihre Entscheidungen treffen können.
Vorschläge und Diskussionen über die Nutzung von Abwärme und vor allem von Kraftwerksabwärme haben heute eine besondere Bedeutung. Dabei werden aber - ganz abgesehen von den ökonomischen Fragen - die ausschließlich technischen Probleme oft falsch eingeschätzt und interpretiert. Das erklärt sich zum einen Teil schon aus der Unkenntnis der definitorischen Abgrenzung der Begriffe. Deshalb wird im folgenden ein Begriffs- und Definitionsschema angesprochen, das eine einheitliche systematische Betrachtung von energetischen Prozessen ermöglichen soll unter Einfluß der Gesichtspunkte, die für eine Nutzung von Abfallenergien notwendig sind. Wegen der zahlreichen Wechselwirkungen und Verknüpfungen zwischen Energieumwandlung und -anwendung ist es zwingend notwendig, beide Bereiche gemeinsam in einer ganzheitlichen Schau zu betrachten. Das bietet sich ohnehin an, da in beiden Bereichen eine einheitliche Schematisierung der Energieströme möglich ist. Der eigentliche Unterschied besteht in den verschiedenen Zielen der technischen Prozesse, um derentwillen Energie eingesetzt wird. Technische Prozesse im Energiesektor haben das Ziel, Primärenergieträger zu gewinnen und aufzubereiten oder Sekundärenergieträger zu erzeugen bzw. Primärenergieträger in solche umzuwandeln. Die jeweilige Art und Sorte der von diesen Prozessen als gewünschtes Ergebnis gelieferten Energieträger ist Zielenergie im Sinne dieser Prozesse.
Die ganzheitliche Bilanzierung stellt ein wichtiges Instrument zur Beurteilung von Energiewandlungsketten und Energiesystemen dar. Ziel einer derartigen Analyse ist die Bewertung von unterschiedlichen Systemen, die den gleichen Nutzen erbringen, um zusätzliche Entscheidungshilfen für oder gegen deren Einsatz zur Verfügung zu stellen. Dazu ist u. a. eine möglichst vollständige Bilanzierung aller Energie- und Stoffströme erforderlich, die ursächlich mit Herstellung, Betrieb und Entsorgung aller benötigten Anlagen und Betriebsmittel verbunden sind. Im folgenden Beitrag werden zunächst die Grundlagen der ganzheitlichen Bilanzierung erläutert. Am Beispiel der Bilanzierung klimarelevanter Gase bei der Bereitstellung von elektrischer Energie aus Steinkohle wird die methodische Vorgehensweise anschließend konkretisiert. Darauf aufbauend werden im Rahmen eines Vergleichs von Stromerzeugungssystemen erste Ergebnisse solcher ganzheitlicher Bilanzierungen vorgestellt und die dabei auftretenden Probleme diskutiert. Hier werden exemplarisch der Materialaufwand, der Energieaufwand, die Emissionen, der Flächenbedarf und die Kosten für die jeweiligen Systeme bestimmt und miteinander verglichen. Abschließend wird ein Gesamtvergleich anhand einer definierten Versorgungsaufgabe mit vorgegebener Versorgungssicherheit durchgeführt.
Rechtsregeln über die Nutzung von Abwärme finden sich in der Bundesrepublik Deutschland im Energierecht wie auch im Immissionsschutzrecht. Ersteres zielt auf die Schonung der Energiereserven ab. Hier gibt es bisher nur eine punktuelle Regelung zur Abwärmenutzung in Gebäuden. Das Immissionsschutzrecht will die Umweltbelastung verringern. Es interessiert sich für Abwärme, weil deren Reduzierung oder Nutzung den Bedarf an immissionsträchtiger Energieerzeugung insbesondere durch fossile Brennstoffe verringert. In diesem Bereich hat die Regierung einen Regelungsauftrag des Gesetzgebers bisher noch nicht erfüllt. Nur im Teilbereich der Abfallverbrennung gibt es eine Regelung, über eine umfassende Rechtsverordnung wird noch zwischen Bund und Ländern gestritten. Die Konzeption der Bundesregierung lautet dabei: Energieersparnis durch Abwärmenutzung ist bedingt und begrenzt durch den Umweltschutz. Dies dient dann mittelbar auch der Schonung der Energiereserve. Alle bisherigen Teilregelungen und auch der Gesamtentwurf zeigen jedoch bereits schon ein gemeinsames Charakteristikum: Abwärmenutzung und -Vermeidung als Pflicht steht unter der Bedingung, daß sich die erforderlichen Maßnahmen in der Zeit der Nutzung einer Anlage wieder amortisieren und damit zumindest kostenneutral sind. Auch der Entwurf einer Wärmenutzungsverordnung zeigt, daß Energiesparen durch Abwärmenutzung nur dann verlangt wird, wenn sie sich betriebswirtschaftlich rentiert oder jedenfalls zu keinen Verlusten führt. Die Amortisationsmöglichkeit bestimmt auch den Umfang der Pflicht zu Energiesparmaßnahmen. Nationale oder gar internationale Interessen an einer sparsamen Energieverwendung spielen keine selbständige Rolle. Eine Internalisierung externer Kosten über die Emissionsvermeidung hinaus ist nicht vorgesehen, obwohl auch verhältnismäßige Belastungen von Verursachern für Zwecke des Umweltschutzes und der Energieersparnis verfassungsrechtlich durchaus zulässig wären. Genaue Aussagen könnte man hier aber nur in konkreten Einzelfällen machen. Solche Regelungen sind aber ersichtlich momentan weder existent noch geplant.
Wärmetransformation
(1995)
Die Aufwertung von Abwärme durch Wärmetransformation kann sowohl mit Hilfe von Arbeit oder Antriebswärme als auch durch Nutzung eines Teils der Abwärme selbst erfolgen. Zu diesem Zwecke steht eine Vielzahl von industriell erprobten Kreisprozessen zur Verfügung. Mechanisch angetriebene Wärmetransformationsprozesse sind auf Grund des Wirkungsgrades der Elektroenergieerzeugung der Wärmeversorgung durch Wärme-Kraft-Kopplung und durch wärmeangetriebene Transformationsprozesse, meist bereits thermodynamisch unterlegen. Das gilt besonders für den Fall, daß durch den Wärmepumpeneinsatz zusätzlich thermodynamische Verluste bei der Wärmeversorgung vermieden werden können. Trotz dieser prinzipiellen Aspekte ist die Auswahl eines geeigneten Transformationsprozesses maßgeblich von den Betriebsbedingungen der abwärmeerzeugenden Anlage und von der Wärmeverund -entsorgungssituation im Umfeld der Anlage abhängig. Besonders günstige Einsatzbedingungen liegen dann vor, wenn neben der Abwärmenutzung weitere technologische oder umwelttechnische Zielstellungen erfüllt werden können. Wie untersuchte industrielle Beispiele zeigen, ergeben sich auch bei den gegenwärtigen Energiepreisen unter günstigen technologischen Randbedingungen selbst aus ausschließlich energetischen Gründen ökonomisch sinnvolle Einsatzmöglichkeiten für Wärmetransformationsprozesse, d.h. Rückflußdauern von 1-5 Jahren.
Unter Technikfolgenabschätzung (TA) versteht man eine Methode zur Identifikation potentieller Auswirkungen von Technikeinsatz sowie zur Bewertung dieser Auswirkungen. Zwei wesentliche Probleme der TA bestehen in der Berücksichtigung von Unsicherheiten und der Integration divergierender Ansichten von Fachleuten und politischen Entscheidungsträgern. Dies gilt besonders für Energiesysteme. Diese haben die Gesellschaft polarisiert, und mit einzelnen Energiesystemen verbindet man feste Meinungsmuster. Daher sollte die TA zunächst die Bewertungskriterien politischer Entscheidungsträger erheben, um auf dieser Basis mögliche Konsequenzen wissenschaftlich abschätzen zu können. Im Anschluß daran gilt es, einen Diskurs zu organisieren, um die identifizierten Konsequenzen zu bewerten. Ein solcher Diskurs muß unterscheiden zwischen der Erarbeitung von Kriterien, der Identifikation und Quantifizierung der Auswirkungen sowie der Bewertung dieser Auswirkungen im Hinblick auf ihre Wünschbarkeit.
Wärmenetze
(1995)
Wärmenetze sind in das Bestreben, Energie- und Stoffwandlungskaskade optimal miteinander zu verknüpfen, einzuordnen. Sie sind in vielen Fällen die wirtschaftlichste Lösung auf dem Weg zu abprodukt- und abwärmefreien Technologien. Bei der Systemgestaltung muß dabei allerdings der Zusammenhang zwischen den Teilsysteme berücksichtigt werden. Das Entwurfsproblem im engeren Sinne besteht in einer kostenoptimalen Kopplung von abzukühlenden (warmen) und aufzuwärmenden (kalten) Strömen. Die Art der Zielfunktion führt dabei im allgemeinen zu einer maximalen regenerativen Wärmenutzung mit minimaler äußerer Wärmezu- und -abfuhr. Die Grundtendenz des optimalen Entwurfes ist durch die globale Realisierung des Gegenstromprinzipes geprägt. Der in vielen Wärmenetzen auftretende Engpaß durch die geforderten Temperaturen „pinch" begrenzt die regenerative Wärmenutzung und kann durch den Einsatz von Kreisprozessen oder gezielten Änderungen im Stoffwandlungssystem beeinflußt werden. Die Kopplung an das äußere System und dessen Gestaltung bedarf gleichfalls einer Optimierung. Die „grand composite curve" veranschaulicht die dabei anzustrebenden Verhältnisse. Einige Teilprobleme, wie Steuerbarkeit und Flexibilität von Wärmenetzen bedürfen weiterer Untersuchungen. Während für die Optimierung der Regeneration thermodynamische Methoden sehr anschaulich und leistungsfähig sind, scheint hier der Einsatz von wissensbasierten Algorithmen und Strukturparametermethoden aussichtsreich. In diesem Zusammenhang besteht ein Forschungs- und Entwicklungsbedarf besonders in Richtung der Anwendung auf Mehrproduktenanlagen und Batch-Prozesse.
Die Deckung des zukünftigen Energiebedarfs mit effizienteren, schadstoffärmeren und sicheren Energietechniken hat mittelfristig höchste Priorität. Verbrauchernahe Energiekonzepte, eingebunden in die regionale und überregionale Energieversorgungsstruktur werden wesentliche Elemente. Damit werden wichtige Beiträge zur ressourcen- und umweltschonenden Energieversorgung unter Ausnutzung lokaler - auch erneuerbarer - Energiequellen geleistet. Für die überregionale großräumige Energieversorgung ergeben sich zusätzliche Aufgaben, vom Lastausgleich größerer Mengen fluktuierender Energie bis zum Transport erneuerbarer Energie über große Entfernungen. Solare Dish-, Parabolrinnen- und Turmkraftwerke haben in sonnenreichen Ländern ein großes technisch-wirtschaftliches Einsatz- und CO2-Reduktionspotential, insbesondere im Mittelmeerraum. Die solarthermischen Stromkosten müssen jedoch noch um den Faktor 2 reduziert werden Zur Einführung solarer Energie im Kraftwerkmaßstab bietet sich die Kopplung mit effizienten und schadstoffarmen fossilen Energietechniken (z.B. GuD, solare Reformierung von Erdgas) an. Dish-Stirling-Systeme mit 10-50 kWe Einheitsleistung sind für die autarke, netzferne Energieversorgung in sonnenreichen Ländern z.T. bereits konkurrenzfähig mit Dieselgeneratoren. Dabei können hybride Dish-Systeme, z.B. mit Biomasse-Zusatzfeuerung gesicherte Leistung und hohe Arbeitsverfügbarkeit gewährleisten.