10.Februar 2023

Quanten-Computer

Am 26.Januar 2023 war in der Sendung „Einstein“ beim SRF von Quanten-Computer die Rede.
Die elektronischen Geräte arbeiten mit Bits, welche dem Binärsystem unterworfen sind. Bei den Bits gibt es 2 verschiedene Zustände: 0 oder 1. Woher kommt das? Das Elektron hat einen Eigendrehimpuls mit 2 verschiedene Ausrichtungen. Der sogenannte Elektronenspin eines Elektrons hat somit 2 Zustände: entweder +1/2 oder -1/2. Somit ist Bit (1) oder (0).

Was ist ein Qbit?

In der Sendung Einstein vom 26.1.2023 wird lediglich von Atomen oder Staubpartikeln gesprochen. Um welche Atome es sich handeln soll, wird nicht erwähnt. Dies ist auch nicht wichtig vorerst. Wenn Atome gemeint sind, (unter den Staubpartikeln befinden sich wohl auch chemische Verbindungen) spricht man auch von Teilchen. Die sich meist im Schwebezustand befindlichen Teilchen, wie es die Sendung Einstein zeigt, haben 3 verschiedene Freiheitsgrade: Translation, Rotation und bei höheren Temperaturen Vibration. Die Teilchen befinden sich bei Raumtemperatur also im Schwingungszustand. Deshalb muss die Probe auf den absoluten Nullpunkt, -273°C, heruntergekühlt werden, damit nur noch Rotation beim Teilchen vorherrscht.

Etwas Quantenphysik
Das beliebige Atom (Es sollen aber dann mehrere sein) dreht quasi nur noch um sich selbst. Die Sache ist wohl etwas komplexer. Nun kommt halt etwas Quantentheorie ins Spiel, um das zu erklären.
Das Atom ist von einer Elektronenkonfiguration umhüllt. Die Elektronen sind in mehreren Schalen je nach Zustand oder Entfernung um das Atom verteilt. Es gibt die s-, p, und d-Schale. Die s-Schale kann maximal 2, die p-Schale 6, und die d-Schale höchstens 10 Elektronen aufnehmen. Nun kommt das Pauli-Prinzip ins Spiel. Die Elektronen müssen sich paaren, aber das geht nur, wenn beide Elektronen einen entgegengesetzten Spin haben.
Ein Elektronenpaar besteht aus einem Elektron mit Spin = +1/2 und einem Elektron mit einem Spin = -1/2. Aber niemals mit gleichem Spin!
Die s-Schale besteht somit maximal aus 1 Elektronenpaar, die p-Schale aus 3 und die d-Schale aus 5 Elektronenpaaren.

Spinbahnkopplung, eine mögliche Herleitung von Qbit.
In der äussersten Peripherie eines Atom befindet sich ein ungepaartes Elektron in der p- oder d-Schale. Ein ungepaartes Elektron in der s-Schale muss bei einer Anregung in eine höhere leere p- oder d-Schale steigen.
Das ungepaarte Elektron in der p- oder d-Schale kreist nun auch um den Atom-Kern. Da das Elektron bereits einen Eigendrehimpuls hat ergibt sich daraus ein Gesamtdrehimpuls.

Abbildung: Violetter Ring, Atomkern. Hellblauer Kreis, Umlaufbahn des Elektrons um den Atomkern. Pfeil nach oben ist der resultierende Gesamtdrehimpuls.

Da das Elektron ja zwei verschiedene Zustände haben kann, ergeben sich daraus zwei verschiedene resultierende Gesamtdrehimpulse. Daraus kann man entnehmen, weshalb das Atom, das als Qbit bezeichnet wird sowohl 1 als auch 0 sein kann.
Ein ungepaartes s-Elektron kreist nicht um den Atom-Kern. So steht es in den Lehrbüchern.
Das Natriumatom hat jedoch im Grundzustand ein ungepaartes s-Elektron in der äussersten 3s-Schale. Bei Anregung z.B. mit einem Laser steigt das 3s-Elektron auf den 3p-Zustand und kann den Atom-Kern umkreisen und es entstehen 2 Energieniveaus bei 589.76 nm und 589.16 nm. Es entsteht eine Feinstruktur des Spektrums. Beobachtet hat man dies bei den Natriumdampf-Lampen, die zur Strassenbeleuchtung verwendet werden.
Ob die Spinbahnkopplung mit den Qbits in Verbindung stehen, ist mit dieser Erklärung jedoch nicht bewiesen.

Die Berechnung der Möglichkeiten eines Quantencomputers.
Kommen wir zurück auf den Beitrag in der Sendung “Einstein” vom 26.1.2023. Was ein Qbit genau ist, wird vom Moderator und den Wissenschftlern des IBM-Instituts in Rüschlikon nicht erwähnt. Ein einzelnes Qbit könne sowohl 1 als auch 0 sein. Darus ergibt sich, dass bei einem einzelnes Qbit folgende Kombinationen möglich sind.
0 und 1, also 2 Kombinationen.
Bei 2 Qbits ergeben sich
00, 01, 10 und 11 somit 4 Kobinationen
Bei 3 Qbits
000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 kommt man auf 8 Kombinationen
Bei 4 Qbits zählt das IBM-Institut bereits 16 Kombinationen bzw Möglichkeiten
bei 10 Qbits sind es 1024
20 Qbits = 1048576
Wie kommt man nun auf diese Ergebnisse?
Wir haben es beim Qbit mit lediglich 2 Zuständen zu tun, nämlich 0 und 1.
Diese 2 Zustände potenzieren wir nun mit den Anzahl vorhandenen Qbits.
Bei 20 Qbits rechne man 2 hoch 20 das gibt 1048576
100 Qbits ergeben so bereits eine Zahl mit 31 Stellen:1 267 650 600 228 229 401 496 703 205 376
1000 Qbits ergeben nun eine Zahl mit 302 Stellen.
In der tat können sich in einem Staubklumpen von z.B 6 mm Durchnesser bereits mehrere 10 Millionen Atome oder Teilchen ansammeln.
Kommen wir zurück auf das Natrium-Atom. 1 Mol, das ist die Avogadrosche Zahl, besteht aus 6*10 hoch 23 Atome.
In einem würfelförmigen Behälter mit einer Kantenlänge von etwa 3 cm finden ein Mol Natrium-Atome Platz. Dass damit noch ein Quanten-Computer funktioniert, ist wohl kaum mehr möglich.
Das Gefäss, in dem sich die Probe von Qbits befinden soll, muss wohl vorerst komplett evakuiert werden. Da ansonsten Luftpartikel wie O2, N2, CO2 und weitere chemische Teilchen mit den Qbits in die Quere kommen oder gar reagieren. Zudem muss der Behälter, wie in der Sendung erklärt, auf die Kelvin-Temperatur (=-273°C) runtergefühlt werden. Abgekühlt und evakuiert sind die Qbits nun schwingungsfrei und es finden auch kaum Wechselwirkungen statt, das Atom rotiert nur noch oder das Elektron kreits um den Atomkern, wenn damit tatsächlich die Spinbahnkopplung gemeint ist. Die Qbit sind dann wahrscheinlich auch locker im luftleeren Gefässraum am Boden oder vielleicht gar schwebend bewegungslos verteilt.

Quantencomputer eine riesiges Potential
Nicht nur die Schnelligkeit, sondern auch die künstliche Intelligenz, die ja heute schon viel hergibt, wird massiv gesteigert. Die kürzeste oder optimalste Strecke in einer Grossstadt quasi sofort zu finden, wie in der Sendung, Einstein, gezeigt, ist nur ein einfaches Beispiel. Mit dem Quantenkomputer können Medikamente für jeden individuellen Körper von Mensch und Tier erstellt werden. Und viel mehr noch: Materialtransport mit Lichtgeschwindigkeit im Weltall könnte Realität werden. Der Planet Mars könnte mit ferngesteuerten Roboter bewohnbar gemacht werden. Geschlossene Systeme, Pistenfahrzeuge, protonengeschützte Bauten mit Sauertoffanlagen, Chemische Fabriken, eine Art protonengeschützte Hülle um den Mars und vieles mehr sind denkbar. Ein biologisches System vorerst in geschlossenen Systemen könnte auf dem Mars aufgebaut werden.

Wo liegen die Nachteile und Gefahren?
Das Gefäss, in dem sich die Qbits befinden, muss auf die 13fache Tiefkühltemperatur abgekühlt werden. Das kostet viel Energie. Viel grösser sind die Gefahren. Ein 8-stelliges Passwort mit Gross- und Kleinbuchstaben, Primzahlen, Zeichen wie ç,/&[}) etc ist sehr schwer zu Hacken. Man braucht mehrere Jahre. Mit einem Quantencomputer reichen einige Tage oder gar wenige Stunden, je nach Anzahl Qbits. Die Passwörter werden wahrscheinlich mindestens 1000-stellig sein und auch russische, arabische, hebräische und/oder Buchstaben anderer Sprachgruppen enthalten. Die Passwörter, die vor Quantencomputer-Angriffen schützen sollen, werden wahrscheinlich käuflich erworben werden müssen. Wenn eine kriminelle Organisation oder Firma, oder auch eine oder wenige Personen im Besitz eines Quantencomputers sind oder einfach als erstes mal darauf Zugriff haben, ist das Gefahrenpotential riesig, sämtliche Dimensionen sprengend. Die ganze Welt kann Schach Matt gesetzt werden, die gesamte Zivilisation könnte vernichtet werden. Verkehrssysteme, Spitäler, Elektrizitätwerke, das Pentagon etc, all das kann innert Kürze ausgeschaltet werden. Man muss sich das mal vorstellen.

Literatur:

SRF Swiss TV Sendung “Einstein” vom 26. Januar 2023 im IBM Institut, 8803 Rüschlikon

Peter W. Atkins, Physikalische Chemie, VCH Verlags AG, CH 4020 Basel (Schweiz) 1987, 1988

Klimaveränderung und CO2

18. März 2019

In Massen gehen meist jüngere Leute auf die Strasse und demonstrieren für ein besseres Klima. Dabei geht es vorallem und die Reduktion der Kohlendioxid-Emission. Gibt es überhaupt Lösungen? Bringt es überhaupt etwas, wenn auf fossile Energieträger nun verzichtet wird? Soll das Benzinauto, das Motorrad und das Motorboot ab sofort gemieden werden? Bringt es etwas, wenn für längere Reisen anstatt das Flugzeug die elektrische Eisenbahn benutzt wird?

Was weiss man über das CO2?

Seine relative Molmasse beträgt 44 und ist schwerer als Wasser, H2O, rel. Molmasse = 18.

Kohlendioxid existiert lediglich in 2 Phasen bei Normaldruck von 100 Hektopascal = 1 bar, es ist gasförmig

unter unterhalb -70° C fest. (Trockeneis).

Nur oberhalb eines Drucks von 5,1 bar oder 511 Hektopascal kann CO2 auch flüssig sein.

Siehe Phasendiagramm

Bei 217K = -56°C befindet sich der sogenannte Tripelpunkt. Hier können alle 3 Phasen von CO2, fest, flüssig und gasförmig vorliegen.

Aber beim Normdruck von 1 bar, bleibt CO2 oberhalb -70° gasförmig und ist unsichtbar.

Wie sieht CO2 aus?

<O==C==O> , <,> sind je 2 nicht bindende Elektronenpaare pro O-Atom. Mit C in der Mitte hat CO2 auch ein Symmetriezentrum, i.

Im Gegensatz zu Wasser, H2O, das gewinkelt ist (109°) ist CO2 gestreckt und hat keinen Dipol. Wasser hat einen Dipol von 1,85 Debye, D, 1 D = 3.336*10exp -30 Cm.

CO2 hat aber ein Quadrupolmoment. Sauerstoff ist elektronegativer als Kohlenstoff, letzterer hat gegenüber den beiden O-Atomen je eine positive Partialladung. CO2 kann  damit bei Annäherung gewisse Wechselwirkungen eingehen.

CO2 ist ein sogenanntes Van der Waals-Gas, das in Gasflaschen bei 67 bar zur Flüssigkeit komprimiert wird. Beim Öffnen des Ventils, kühlt sich das Gas beim Entweichen sofort ab und kondensiert zu kleinen gefrorenen Partikeln (Trockeneis) ehe es direkt in den gasförmigen Zustand übergeht (Sublimation). Dieser Vorgang wird als Joule-Thompson-Effekt bezeichnet und beweist das Phasendiagramm (Bild oben).

Nun, weshalb ist CO2 so wichtig? Wann kann diese Gas schädlich sein?

Wichtig zu wissen! Ohne CO2 gäbe es überhaupt kein Leben, weder Pflanzen noch Tiere und Menschen. Aus CO2 und Wasser, H2O, ensteht Zucker und Sauerstoff. Als Katalysator dient einerseits das Sonnenlicht und eine unentbehrliche Komplexverbindung, das Chlorophil, das dem Pflanzenreich die grüne Farbe verleiht. Damit das so bleibt, gehört CO2 in den Boden.

Tatsächlich befinden sich wahrscheinlich noch Unmengen von CO2 in den Permafrostböden von Nordrussland und –Kanada, Grönland, Alaska und Norwegen. Einmal aufgetaut und vom Eis befreit entweichen noch grössere Mengen an CO2 und andere Gase wie z.B. Methan in die Luft.

Weshalb ist CO2 in der Luft schädlich bzw sorgt für Erwärmung?

CO2 hat insgesamt 9 Freiheitsgrade: 3 Translations-, 2 Rotations- und 4 Vibrationsfreiheitsgrade, macht zusammen 9. (Gem. F.K. Kneubühl, Repetorium Physik)

Interessant sind vorallem diejenigen Vibrationsfreiheitsgrade, welche die Symmetrie von CO2 unverändert belassen. Gemäss Peter W. Atkins, Physikalische Chemie, VCH Verlag 1987 betrifft dies vorallem die symmetrische Streckschwingung des CO2, das eine Dehnung und eine Kontraktion durchmacht, ohne dass die Symmetrie des CO2 beeinträchtigt wird. Dies bedeutet, dass die Polarisierbarkeit des Moleküls verändert wird. Diese Normalschwingungen sind unter dem Fachbegriff Raman-Aktiv bekannt.

Bild unten: Symmetrische Streckschwingung von CO2

Ramanaktivität bedeutet allerdings, dass ankommende Photonen des Sonnenlichts, die mit dem Molekül, CO2, kollidieren, einen teil der Energie abgeben, wenn die CO2-Schwingung schwächer ist oder aufnehmen (und das ist der springende Punkt) wenn die CO2-Schwingung angeregt ist. Die gestreuten Strahlen können also mehr Energie beinhalten. Man spricht von Stokeschen Strahlung, wenn die Photonen mit niedrigerer Frequenz das CO2 verlassen und von Anti-Stokeschen Strahlung, wenn die Photonen nach dem Durchqueren des Molekühls eine höhere Frequenz haben. Nachprüfen lässt sich dies mit monochromatischem Licht, bzw mit Photonen die nur 1 Frequenz haben.

Ist die Erwärmung Ursache des CO2-Anstiegs?

oder ist der CO2-Anstieg Ursache der Erwärmung?

Es ist anzunehmen, dass zahlreiche Forschende diesen Fragen nachgehen. Aus der Schulzeit erinnern wir uns, dass es in der Nordhemisphäre mehrere Eiszeiten gab. Bekannt sind die 4 Eiszeiten: Günz, Mindel, Riss und Würm. Gemäss Prof. Dr. Karl Beurlen, Geologie, Kosmos Verlag 1975 soll es gar eine fünfte und eine sechste Eiszeit gegeben haben. Zwischen den Eiszeiten müssen jeweils wieder tropische Verhältnisse geherrscht haben. In Steffisburg bei Thun fand man im Aaretal nähe Zulgmündung Sedimente mit versteinerten Zimtblättern. Üppige dichte Laubwälder zierten die Landschaft. Übrigens als das Buch von Prof. Dr. Beurlen erstellt wurde, 1975, gab es über das damalige Klima nur ein Thema: Die nächste Eiszeit kommt bald.

Um auf die Frage, ob CO2 zur Erwärmung führt oder umgekehrt, zurückzukommen, müssten den Erwärmungen zwischen den 4 Eiszeiten nachgegangen werden. Die Klimageschichte der Wiedererwärmungen müsste besser aufgearbeitet, die Gründe dazu besser erforscht werden. Denn auch heutzutage befinden wir uns in einer Zwischeneiszeit. Gemäss Geographiebuch für Sekundarschüler, die Welt in der wir Leben, Ex Libris Verlag 1955, sollen bis 20‘000 nach Chr. Sämtliche Gletscher und Eismeere der Erde geschmolzen und der Meeresspiegel um 30m erhöht sein. Danach soll sich das Klima wieder nach „unten“ entwickeln, 50‘000 nach Chr. befänden wir uns in einer neuen Eiszeit.

Wie oben bereits erwähnt, befinden sich in den Böden rund um den Nordpol, die noch vereist oder nun am auftauen sind, grossen Mengen an Treibhausgasen vorab CO2 und Methan. Die Erwärmung muss diese Böden vorerst vom Eis befreien ehe die Gase entweichen können, dies spräche für die 2. Behauptung: CO2-Anstieg als Ursache der Erwärmung, aber auch dass der übermässige CO2-Anstieg nicht menschengemacht ist. Bedingung ist jedoch, dass CO2-Mengen fossiler Energieträger und die biologische Ausatmung von Tier und Mensch (vgl.gleich unten) kleiner sind als die Mengen die im Permafrost liegen. Und nicht nur das: Was passiert auf dem Meeresboden beispielsweise im pazifische Feuerring oder auf dem atlantischen Rücken? Der stille pazifische Ozean ist wohl schön aber nicht unbedingt still, was die tiefen Gräben um die Philippinen und Japan anbelangt. Was geschieht im Meer um die zahlreichen Inselgruppen wie Hawai, Island, Samoa und Neu Seeland etc. Hat sich jemand mal gefragt, was die untermeerischen Eruptionen so in sich haben? Unter der immer noch dicken Eisdecke der Antarktis warten 138 Vulkane auf den Ausbruch. Eine neue Eiszeit, Gondwana II,  in der Südhemisphäre könnte die Folge sein. Winterolympiade in Rio mit Springschanze auf dem Zuckerhut, wäre mal was anderes.

Woher kommt das CO2?

Im Jahr 2017 wurden weltweit 36 Mia Tonnen CO2 verbraucht. Es handelt sich dabei wohl vorwiegend um fossile Verbrennungen durch Fahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, Öl- und Gasheizungen.

Wenn man das CO2 verteuern will durch Zwangsabgaben bräuchte es nebst einer Benzin- und Kerosinsteuer auch Zuschläge auf gazeifierte Mineralwasser und Biere.

Was erwartet das Pariser Klimaabkommen?

Sollte im Jahr 2020 der CO2-Austoss 40 Mia Tonnen betragen, was geschätzt wird, so soll sich die jährliche Emission alle 10 Jahre halbieren. Das bedeutet:

Ab 2030 jährliche Emission 20 Mia Tonnen

Ab 2040 jährliche Emission 10 Mia Tonnen

Ab 2050 jährliche Emission 5 Mia Tonnen

Ab 2050 soll der jährlich Ausstoss also 5 Mia Tonnen CO2 nicht überschreiten.

Das Pariser Abkommen verlangt auch das PWs maximal 95g CO2/km und Nutzfahrzeuge nicht mehr als 147g CO2/km verbrauchen dürfen.

Beispiel: Benzin besteht aus 7 oder 8 wertigen verzweigten Kohlenwasserstoffen wie Heptan und Oktan. Mit Heptan lautet die Verbrennung stöchiometrisch.

C7H16  + 11 O2 ==> 7 CO2 + 8 H2O

Bei vollständiger Verbrennung entstünden so pro 100g Heptan (7*12 + 16*1 = 100) 308 g CO2 (7*44 = 308) Molmasse von CO2 = 44g

Erlaubt sind 95g CO2 pro km, das entspricht 31.28 g Heptan je km oder 3.1 lt je 100km

Gemäss Googel beträgt der Wirkungsgrad der Automotoren ca 25%. Was bedeutet, dass auf 100 km nicht mehr als ca 12 lt verbraucht werden dürften. Ein ähnliche Rechnung ergibt für Nutzfahrzeuge ca 19 lt.

Gemäss Charles E. Mortimer, Chemie, Georg Thieme Verlag 1987 betrage der CO2-Anteil in der Luft 0.0345 Volumen% und sei in den letzten 100 Jahren (also seit 1887) um 15 % angestiegen. Gemäss Vegelateria.wordpress.com (siehe Google) betrug  am 12. Februar 2017 der CO2-Anteil in der Luft 0.038 Volumen%. Das entspricht einer Zunahme von 10 % seit 1987 also in 30 Jahren! Die Zunahme ist somit nicht linear sondern überproportional.

Mensch und Tier als CO2-Schleuder?

Wie steht es mit der CO2-Emission durch den menschlichen und den tierischen Körper?

Gemäss dem Humanbiologiebuch für Maturanden, Linder/Hübler/Schaefer, Biologie des Menschen, atmet eim Erwachsener im Ruhezustand je Minute 16-18mal ein und aus.  Dabei passieren 8-10 Liter Luft die Lunge. Bei einem Hochleistungsspörtler kann der Luftbedarf das 6-fache betragen bis zu 60 Liter. Im Schlaf atmet man weiter jedoch langsamer aber tiefer. Entscheidend dabei ist, dass die eingeatmete Luft 20% Sauerstoff und der oben erwähnten CO2-Anteil von 0.038% enthält. Beim ausatmen beträgt der Sauerstoffanteil 16% und der CO2-Anteil 4% (incl. 0.038%). Das bedeutet nichts anderes als, dass auch der Mensch CO2 emittiert.

Wir rechnen nun aus wieviel CO2 ausgeatmet werden je Minute, wenn dabei 8-10 Liter Luft durch die Lunge geführt werden. Wir gehen vereinfachend von 8 Litern aus

Ein Mol Luft besteht aus 6*10 hoch 23 Teilchen = Avogadrosche Zahl = NA

Ein Mol nimmt je nach Druck und Temperatur ein bestimmtes Volumen ein.

Der Atmosphärendruck beträgt P = 100 Hektopascal = 1 bar, die durchschnittliche Temperatur betrage ca 17 °C in Kelvin umgerechnet = 291 K. Die universelle Gasgleichung

pV = RT

lösen wir nach V auf und multiplizieren mit 1000

V = RT/p*1000

8.31*291/100‘000*1000 = 24.2 dm3 = lt  gerundet 24 lt

In diesem Volumen sind bei 17°C und 1000 millibar = 100Hektopascal Druck 1 Mol Luft enthalten.

Wir rechnen nun unter Vernachlässigung des in der Luft enthaltenen CO2-Anteils mit

4% CO2.

4% von 24lt/ = 4/24 =  0.96lt

24lt = 1 Mol

0,96lt =0,96/24 = 0.04 Mol das heisst in einem Volumen von 0,96 dm3 befinden sich

0.04 Mol CO2

In 8 Litern die durch die Lungen fliessen sind das  (0,04*8/24) oder 0,04/3 = 0.013 Mol

0.013 Mol *44g = 0,57 g CO2

0.57 g CO2 werden beim Menschen pro Minute ausgeatmet

Pro Jahr ergibt das 57*60*24*365 = 299.59  gerundet 300 kg CO2 Emission pro Kopf

(R = universelle Gaskonstante = Avogadrosche Zahl mal Bolzmannkonstante, NA * k = 6.022*10 hoch 23 mal 1.38066*10 hoch -23 = 8.31)

Am 1.1.2019 betrug die Weltbevölkerung 7,6 mia. Multipliziert man diese Zahl mit 300 und zieht davon 5% ab, weil Kinder weniger Luft einatmen, ergibt dies 7,6*1000‘000‘000*300*.95 =

2,16 mia tonnen CO2 für das Jahr 2019.

Diese Berechnung ist natürlich nicht exakt. 0.57g CO2-Verbrauch pro Mensch betrifft nur die durchschnittliche Ausatmung. Das CO2, das sich im Blut und vorallem in den Muskeln ansammelt nach einer sportlichen Betätigung, wird ebenfalls irgendwo mal ausgeschieden. Das ist in dieser Rechnung nicht enthalten. Zudem hängt der Luftverbrauch wahrscheinlich auch von der Jahreszeit, vom Breitengrad und vom Beruf, welche die jeweilige Person ausübt, ab

In dieser Zahl 2,16 mia t. CO2 ist nur der menschliche Ausstoss enthalten. Tiere haben ebenso eine CO2-Ausatmung. Schätzungsweise kämen hier etwa 600 bis 800 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr hinzu. Man käme so auf ca 2.8 – 3 mia tonnen biologischer CO2 Ausstoss für das Jahr 2019.

Gemäss www.br.de nimmt die Weltbevölkerung jedes Jahr um 80 Millionen zu. Auf dem Kontinent Afrika sollen alle 12 Tage 1 Million Menschen auf die Welt kommen.

Hochgerechnet auf 10 Jahre beträgt der weltliche Bevölkerungszuwachs 800  Millionen.

Das bedeuter:

Im Jahr 2030 7.6 + 0,8 = 8.4 mia

Im Jahr 2040 8,4 + 0,8 = 9,2 mia

Im Jahr 2050 9,2 + 0,8 = 10 mia Menschen

Hochgerechnet bis zum nächsten Millenium 2100 würden so zusätzliche 4 mia hinzukommen.

Das hiesse im Jahr 2100 würden 14 Milliarden Menschen die Welt bevölkern.

Und der entsprechende menschengemachte CO2-Ausstoss betrüge 2050

10‘000‘000‘000 * 300 * 0.95 = 2,85 mia Tonnen CO2

Im Jahr 2100  14‘000‘000‘000 * 300 * 0.95 = 3.99 mia gerundet ca 4 mia Tonnen

4 mia Tonnen CO2-Ausstoss allein durch menschliche Ausatmung!

Fazit

Zusätzliche Besteuerung von fossilen Energieträgern und nicht marktkonforme Verteuerung der Flugticketpreise können die Klimaerwärmung kaum stoppen sondern höchstens verlangsamen.

Totaler Verzicht auf fossile Energieträger, solange keine vernünftigen Alternativen vorhanden sind, würde wohl der Wirtschaft empfindlich schaden. Die Klimaerwärmung würde höchstens  verlangsamt, wenn überhaupt.

Literaturverzeichnis

Linder/Hübler/Schaefer, Biologie des Menschen, J.B. Metzlersche Verlagsbuchhandlung Stuttgart, 12. Auflage 1980

Peter W. Atkins, Physikalische Chemie, VCH Verlag GmbH, D-6940 Weinheim, 1987, 1988.

Charles E. Mortimer, Chemie, Basiswissen der Chemie, Georg Thieme Verlag Stuttgart . New York, 5. Auflage 1987

Karl Beurlen, Geologie, Die Geschichte der Erde und des Lebens, Kosmos Gesellschaft der Naturfreunde Franckh’sche Verlagshandlung Stuttgart 1975

Lincoln Barnett “Life” Knaurs, Die Welt in der wir leben, Buchclub Ex Libris Zürich 1952-1956

pi/18.3.2019

23.11.2015

Sauerstoff

Die meisten Pflanzen- und Tierarten sowie auch der Mensch brauchen zu Energiegewinnung Sauerstoff, O2, und geben als Oxydationsprodukte Kohlendioxid, CO2, und Wasser ab. Der Sauerstoff ist ein wichtiger Lebensfaktor. Entzieht man einem Menschen länger als 10 Minuten den Sauerstoff, stirbt er. Die grünen Pflanzen brauchen umgekehrt zur Photosynthese (siehe Blog) Wasser und Kohlendioxid und setzen dabei wieder Sauerstoff frei. Bekanntlich besteht die Luft aus ca 80% Stickstoff, N2, und 20 % Sauerstoff. Die Frage ist, woher kommt der Sauerstoff, wie ist die Sauerstoffatmosphäre entstanden? In den geologischen Schichten des älteren Präkambriums hat man festgestellt, dass deren Mineralbestandteile nicht voll oxidiert sind.  Zur Zeit ihrer Bildung gab es keine Oxidationsverwitterung. In der Atmosphäre war offenbar kein freier Sauerstoff vorhanden. Bei der Abkühlung der Magma entstehen Wasserdampf, Kohlensäure und andere Gase, nie jedoch freier Sauerstoff.  Theoretisch könnte Sauerstoff durch Lichtzersetzung von Wasserdampf gebildet werden. Auf diesem Wege könnte aber nur ein minimaler Prozentsatz des in der Luft enthaltenen Sauerstoff entstehen, der sodann durch Oxidationsprozesse sofort wieder verbraucht würde. Die ursprüngliche Sauerstoffquelle muss in der organischen Natur gesucht werden. Aber ebenso die Baustoffe der Organismen wie Proteine und Kohlenhydrate sind an Sauerstoff untersättigt. Sobald deren Lebensprozesse aufhören, also beim Tod, oxidieren sie an der Luft sofort zu Kohlendioxid und Wasser (Verwesung). Der Aufbau der Urorganismen kann daher nur in einer Sauerstofffreien Umgebung erfolgt sein. Die notwendigen Zusammensetzungen zur Bildung organischen Substanzen, also die Uratmosphäre bestand wahrscheinlich aus Wasserdampf, Kohlensäure, Methan und Ammoniak. Diese Urorganismen müssen sich  anaerob entwickelt haben, wie die Bakterien. Der Lebensprozess beruhte auf der Gärung, nicht auf der Atmung. Die Körpersubstanz dieser Urorganismen musste mithilfe der Sonnenenergie (Photosynthese) und aus der in der Atmosphäre vorhandenen Substanzen, Wasserdampf und Kohlendioxid aufbauen. Diese Vorformen des Lebens bildeten die Grundlage zur Bildung des ersten Sauerstoffs, und damit der Sauerstoffatmosphäre und des irdischen Lebens. Diese Urlebensprozesse wandelte die Uratmosphäre allmählich, in einem sehr langwierigen Prozess, in die heutige Atmosphäre um. In Gesteinen des Präkambriums konnten chlorophillähnliche Suchstanzen nachgewiesen werden. Die Atmung Wie oben ausgeführt, ist die Atmung eine der wichtigsten Funktionen des Organismus. Der Mensch kann relativ lange ohne Nahrung leben, aber ohne Sauerstoff ist der lebende Organismus tot. In einer ruhigen Stellung oder während des Laufens, (nicht Joggen) werden je Stunde ca 500 Liter Luft in die Lungen gepumpt, was pro Tag 12000 Liter ergibt: Hiezu sei folgendes zu beachten: Gemäss Avogadro entspricht l Mol eines Gases bei T= 0C° 22,4 Liter oder 0.0224m3   (Gemäss Formel für ein perfektes Gas V= nRT/p, T = 273,15K, p = 1atm = 101325pa, R = 8,314J/Kmol und n = 1Mol) 500 Liter Luft entsprechen somit 500/22,4 =22.3 Mol, 1Mol = 6x10hoch23 Moleküle, also 22,3x6x10hoch23 = 1.34x10hoch26 Luftmoleküle. (Bitte nachrechnen) Während des Atmungsprozesses bindet das Hämoglobin eine gewisse Menge an Sauerstoff, während andere Luftbestandteile wie Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff und Edelgase (Neon, Argon, Helium) wieder ausgeatmet werden. Gemäss Prof.Dr. Robert Tocquet werden bei jedem Atemzug in die Lungen  ca 21% Sauerstoff, 79% Stickstoff und Spuren von CO2 eingeatmet. Ausgeatmet werden hingegen 16,4% Sauerstoff, 79,5% Stickstoff und 4,1% CO2. Die ausgeatmete Luft enthält weniger Sauerstoff und mehr Kohlendioxid als die eingeatmete Luft. Dass ein bisschen mehr Stickstoff ausgeatmet wird ist auf die Volumenveränderung zurückzuführen, in der tat werden genau gleichviel Teilchen Stickstoffmoleküle ausgeatmet. Da die Luft sowohl in Grossstädten als auch in schlecht belüfteten Wohnungen vor allem im Winter eher schlecht oder arm an Sauerstoff ist, sollte man täglich eine Waldspaziergang oder eine Tiefenatmung machen: Am besten sich hinlegen und das Fenster weit öffnen. Atmen Sie langsam ein und stellen Sie sich vor, dass Luft in Ihren Bauch eindringt, wobei Sie Ihren Bauch nach aussen wölben. Sobald die Lungen gefüllt sind, atmen Sie sehr langsam aus inden Sie Ihren Bauch langsam einziehen. Die Atmung sollte nur durch die Nase erfolgen. Diese Übung sollte etwa 10 Minuten lang ausgeführt werden und kann vor allem bei Benommenheit im Magen- und Bauchbereich Wunder wirken. Wichtig ist, das Sie sich nach dieser Übung nicht schwindlig fühlen und kein Herzklopfen haben, ansonsten Sie die Übung nicht richtig gemacht haben. Lungentuberkulose- und Epilepsiekrankheit darf diese Übung gemäss Dr. Steven Chang nicht gemacht werden. Blutauswurf und Krisen könnten hier die Folge sein. Literaturnachweis:

• Prof.Dr. Robert Toquet, Lange Leben, Reuille Verlag 1986,1988
• Dr.med. Stephen T.  Chang, Das Handbuch ganzheitlicher Selbstheilung, Reuille Verlag 1994
• Karl Beurlen, Geologie, Die Geschichte der Erde und des Lebens, Kosmos Franckh’sche Verlagshandlung 1975

 

8.1.2017

Chemische Thermodynamik

Bild: gefrorener Egelsee nähe Busswil, Kt TG, Schweiz

Schmelzpunkterniedrigung von Wasser mit Kochsalz

Der Schmelzpunkt des Wassers, H2O, liegt bekanntlich bei 0°C oder 273.15 K Bei dieser Temperatur wandern gleichviel Wassermoleküle in den festen wie in den flüssigen Zustand. Die freie Enthalpie (abgekürzt G) des festen wie des flüssigen Wassers ist gleich gross. Defintion von G ist: G = H – TS,  H bedeutet Wärme bei konstantem Druck, T ist die Temperatur und S ist die Entropie = Messwert der Unordnung mit der Einheit J/K. G(fest) = G(flüssig) oder H – TS(fest) = H – TS(flüssig) oder μ(fest) = μ(flüssig) Für G verwendet man auch den griechischen Buchstaben μ. Mit diesem Zeichen wird das chemische Potential beschrieben. Um den Gefrierpunkt herabzusetzen, wird Wasser mit einer löslichen Substanz versehen, z.B. mit Streusalz (NaCl) im Winter wenn die Strassen vereist oder verschneit sind.   Der Molenbruch: Beim reinen Wasser ohne Fremdsubstanzen beträgt der Molenbruch von Wasser n(H2O)/n(H2O) =1. Wir können auch schreiben: G(fest) = G(flüssig) + RTln1 R ist die universelle Gaskonstante und T ist die gewünschte Schmelztemperatur. Jedoch ergibt ln1 = 0, weil der Molenbruch = 1 ist und T = 0°C =T*  da das Wasser rein ist. Wird Wasser mit NaCl versetzt beträgt der Molenbruch, x(H2O):  n(H2O)/[n(H2O) + n(NaCl)] und ist < 0. Der Molenbruch x(NaCl) beträgt n(NaCl)/[n(H2O) + n(NaCl)] Die Summe der beiden Molenbrüche beträgt: x(H2O) + x(NaCl) = 1,   da  [x(H20) + x(NaCl)] / [x(H2O) + x(H2O)] bzw durch den gemeinsamen Nenner. und daraus folgt:  x(H2O) = 1 – x(NaCl) Wir lösen nun G(fest) = G(flüssig) + RT*ln1 nach ln1: ln1 = [G(fest) – G(flüssig)]/RT* oder ΔG(fest,flüssig)/RT* und ln[1 – x(NaCl)] = ΔG(fest,flüssig)/RT Die beiden Gleichungen, ln1 = ΔG(fest,flüssig)/RT* und ln[1 – x(NaCl)] = ΔG(fest,flüssig)/RT werden nun subtrahiert. ln1 – ln[1 – x(NaCl)]  =  ΔG(fest,flüssig)/RT* –  ΔG(fest,flüssig)/RT  = {ΔH(fest, flüssig)/RT* – ΔS/R} – {ΔH(fest, flüssig)/RT – ΔS/R} ln1 = 0 und angenommen dass x(NaCl)] viel kleiner als 1 ist, beträgt ln[1 – x(NaCl)]  ≈ -x(NaCl) Die beiden Entropieterme heben sich auf, das ergibt: -x(NaCl) =  ΔH(fest, flüssig)/RT(1/T* – 1/T) Wir suchen nun den Ausdruck  für die Schmelzpunkterniedrigung: δT = T* – T. Da 1/T* – 1/T = (T – T*)/T*T kann man auch schreiben T – T*/T*². T und T* unterscheiden sich nur minim. Die Erniedrigung des Gefrierpunktes lautet somit: δT = -[RT*²/ΔH(fest, flüssig)]*x(NaCl) Zahlenbeispiel: Die Molmasse von H2O beträgt 18g (O = 16, H = 1, also 2 + 16 = 18) in 100 ml =0,1 lt sind das  100/18 = 5.55 mol. da die Dichte von Wasser =1, bzw = 1kg/dm3 ist. 1 Mol NaCl = 22.99g + 35.453g = 58.44 g 3 g NaCl sind 3/58.44 = 0.051mol Hier noch ein kleiner Nachtrag: NaCl dissoziiert im Wasser zu 2 Ionen, Na+ und Cl- ! und wir brauchen die Molalität = mol/kg ! und nicht die Molarität = mol/lt Der Molenbruch von NaCl in diesem Becherglas beträgt somit  0.051/(5,55 + 0.051)*2  = 0.0182 = x(NaCl) (Die Löslichkeit von Kochsalz in Wasser beträgt ca 360g, ab dieser Menge tritt Sättigung ein und zusätzliches Salz sammelt sich am Gefässboden.) R ist die universelle Gaskonstante = 8,314J/molK T = 273.15K ΔH(fest, flüssig) ist nichts anderes als die molare Schmelzenthalpie des Wassers, ΔH(verd,m)  und beträgt gemäss physikalischen Tabellen 6008 J/mol. Diese 4 Zahlen, R = 8,314, T = 273,15, ΔH(verd,m) = 6008J/mol und x(NaCl) = 0,0182 setzen wir nun in die Gleichung von δT ein und erhalten : δT = –1,88K, der Schmelzpunkt liegt nun bei minus 1.88 °C Kryoskopie Diese Formel lässt sich vereinfachen δT = -[RT*²/ΔH(fest, flüssig)]*x(NaCl) -[RT*²/[ΔH(fest, flüssig)]*(nH2O/l)  nH2O/l = Anzahl Wassermoleküle in einem Liter bzw 1kg Wasser, 1000g/18 = 55.55mol Durch einsetzen bereits bekannter Werte in obigen Ausdruck erhält man: 8.31*273,15²/(6008*55.55) = 1.86Kkg/mol Das ist die kryoskopische Konstante von Wasser. Allgemein vereinfacht sich nun die Formel der Gefrierpunktserniedrigung: Man multipliziere die kryoskopische Konstante mit der Molalität der gelösten Substanz. δT = Kkr*m(NaCl)   m(NaCl) = Molalität von NaCl Anwendung obiges Beispiel 30g NaCl. m = 30/58.44 = 1,026 1.86*1.026 = 1.9K Wir können sagen mit 30 g Kochsalz pro 1 Liter Wasser liegt der Schmelzpunkt bei ca -2°C Wozu Kochsalz? Den Gefrierpunkt lässt sich auch mit anderen Salzen oder Substanzen erniedrigen. Bedingung ist die Löslichkeit. Wenn die Substanz nicht wasserlöslich ist passiert nichts! Alle Alkali- und Erdalkalihalogenide wie CaCl2 sind in Wasser gut löslich. Ebenso alle Nitrate. Achtung: Thoriumnitrat, Th(NO3)4 dissoziiert im Wasser nur 4 Ionen! Kochsalz ist nicht toxisch und relativ günstig. Man kann auch Zucker im Wasser lösen. Für denselben Effekt benötigt man jedoch ca die 12-fache Menge gegenüber Kochsalz.                        

12.8.2016

Chemische Thermodynamik

Berechnung Siedepunkt des Wassers

Ein belangloses Thema. Der Siedepunkt des Wasser liegt bei 100 °C. Nichts Neues versteht’s sich, nicht wahr. Aber gilt dies überall? Bei Ihnen zu Hause, am Meer oder oder im Skigebiet, das auf 2000 m liegt? Blick auf Säntis Kulm, St.Gallen, Schweiz 2500 m über Meer Sie wandern auf den Säntis. Diesen Aussichtspunkt erreichen Sie zu Fuss von Unterwasser (Foto siehe Siedlung unten) und von der Schwägalp auch mit der Gondel. Bei schlechtem Wetter ein Muss. Auf dem Gipfel angekommen, müssen Sie erfahren, dass das Bergrestaurant wegen Umbauarbeiten geschlossen ist. Sie möchten nun einen Kaffee oder eine Suppe mit dem mitgenommenen Butan- oder Benzinkocher zubereiten, um den Salzverlust etwas auszugleichen. Sie suchen einen geeigneten, windgeschützten Platz. Drinnen im Gipfeltreppenhaus sind Gaskocher verpönt. Frage: Bei welcher Temperatur siedet das Wasser auf 2500 m? Am Meer beginnt das Wasser bei 100°C zu kochen. Der Druck beträgt dort 1030 millibar. Die Formel zur Berechnung des Siedepunktes auf irgend einer Höhe m/üMeer lautet: Ts = (Tu + 273)15’181’100/{(Tu + 273) + 106.11h} – 273 und eine Excel-Formel dazu: =(C5+273)*15181100/((C5+273)*40700+106.11*D5)-273 Diese Formel besitzt 2 Unbekannte: Tu ist die Umgebungstemperatur auf 2500 m, hier soll diese 20°C betragen. h ist die Höhe in Meter über Meer, m. Man setze die entsprechenden Zahlen, Tu (Excel C5) = 20, h (Excel D5) = 2500,  ein. Der Siedepunkt auf dem Säntis dessen Umgebungstemperatur 20°C betragen soll, liegt somit bei: 20+ 273 = 293 also (293*15’151’100)/(293 + 106.11*2500) – 273 = 91.9 °C Wo liegt der Siedepunkt auf dem Säntis bei -10°C z.B. im Winter? Man setze Tu = -10 und h wiederum = 2500 = noch etwas weniger heisse 91°C Wo siedet das Wasser auf dem Mont Blanc auf 4800 m bei -10°C ?  bloss noch 83°C Und auf dem Mont Everest 8880 m bei -10°C bereits 70°C Es lohnt sich die Quick Soup in einer etwas grösseren Menge Wasser anzurühren, am besten gut durchschütteln, damit sich alles löst.  

Nun zum wissenschaftlichen Teil

Wie lautet diese Formel wirklich? Es gibt 2 Temperatur-Skala:

• Die Celsius-Skala, dessen Nullpunkt gleich dem Gefrierpunkt des Wassers entspricht O°C
• Die Kelvin-Skala, dessen Nullpunkt viel weiter unten liegt, nämlich bei -273°C. 0°C sind somit 273K (exakt 273.15K)

Tsk = Tuk*Tskm*ΔHverd/(Tuk*ΔHverd + M*g*Tskm*h) Tsk, Tuk und Tskm werden in dieser Formel in Kelvin angegeben und das Resultat, der gesuchte Siedepunkt Tsk erhält man in Kelvin. Somit Tsk – 273 = Ts = Siedepunkt in Celsius. Tsk = gesuchter Siedepunkt in X Meter Höhe Tskm = Siedepunkt auf Meereshöhe bei einem Atmosphärendruck von 1.013 bar = 393K oder 100 °C Tuk = Umgebungstemperatur, hier 293K oder 20 °C ΔHverd = Verdampfungsenthalpie bzw latente Verdampfungswärme beim Siedepunkt dieser beträgt gerundet 40700 J/mol (exakt40656 J/mol gemäss AIP) M = Molekularmasse der Luft. Luft besteht aus 20 % Sauerstoff, O2, und aus 80% Stickstoff, N2. Multiplikation Anteile mit Molmassen O2 und N2 und Addition, 0.2*32 + 0.8*28 = 0.0288 gerundet 0.029kg/Mol g = Erdbeschleunigung = 9.81 m/s² h = Höhe über Meer in m, hier 2500m   Die Herleitung dieser Formel ergibt sich aus der Barometerformel p(h) = p(Meer)*exp(-Mgh/R*Tuk) und der Formel für die Berechnung des Siedepunktes von Wasser gemäss Clausius-Clapeyron p(H2O,T) = p(Meer)*exp{-ΔHverd/R*(1/Tsk – 1/Tskm)} Sie setzen p(h) = p(H2O,T) und lösen nach Tsk auf. Der Rest ist pure Mathematik. Literaturhinweis:

• Peter W. Atkins, Physikalische Chemie, VCH Verlag GmbH, D-6940 Weinheim, 1987, 1988
• Peter W. Atkins, Physikalische Chemie: Arbeitsbuch, VCH Verlag GmbH, D-6940 Weinheim 1988

 

 

4.12.2015

Woher kommt das Geld?

Wir befinden uns in einer Zeit wo es weder Autos, Flugzeuge noch Computer gibt. Das Pferd ist das wichtigste Fortbewegungsmittel, etwa drei-, vierhundert Jahre zurück. Der handel findet fast ausschliesslich über Tausch statt, wenn auch Etliche dazu übergegangen sind die notwendigen Einkäufe mit Silber- oder gar mit Goldmünzen oder einfach mit Goldstücken zu bezahlen. Nota bene: Es gibt noch kein staatliches  Geldmonopol mit eigener Münzpräganstalt. Das Verhältnis Gold zu Silber beträgt 1 zu 100. Wer einen Gegenstand anstatt mit Gold mit Silber bezahlen will, muss die hundertfache Menge damit bezahlen. In letzter Zeit geraten auch immer mehr Inhaberpapiere in den Umlauf Ritter Friederich hat nach dem Tod seines Vaters unter anderem 3 Kg Gold geerbt. Seine Eltern besitzen eine Ritterschaft mit Pferdezucht und Ritterzubehör und Kampfmaterial. Teile der belehnten Ländereien sind soeben and die Stammesfürstei und an das Reich zurückgegeben worden, wie üblich nach dem Westfälischen Frieden. Ritter Friederich möchte nun 2 kg Gold in Sicherheit bringen. In der nächsten grösseren Reichsstadt gibt es eine Aufbewahrunsstelle. Dort können auch allerlei Wertgegenstände wie Juwelen oder Schmuck zur Aufbewahrung überlassen werden. Ritter Friederich reist mit seiner Pferdekutsche in die Reichstadt zur dieser Depotstelle. Der Inhaber dieser Depotstelle ist Herr Lombard. Der Ritter überlässt die 2 kg Gold. Herr Lombard stellt ihm dafür auf speziellen Wunsch mehrere Quittungen aus, die er jede einzel persönlich unterschreibt. Ritter Friederich erhält 1 Quittung zu 1 kg Gold und 10 Quittungen zu je 100 g Gold. Für diese und mehrere Dienstleistungen verlangt Herr Lombard ein Entgelt. Normalerweise bezahlen die Kunden immer noch in Naturalien aber in letzter Zeit vermehrt auch mit Münzen mit entsprechenden Anteilen an Silber, Gold oder anderen Edelmetallen wie Platin. Es wird auch mit hochpreislichen neuartigen Lebensmittel wie Reis, Zucker und Kaffee bezahlt, obwohl letzteres immer noch verboten ist. Kaffee wird durch zurückgekehrte Rekonquistadores aus Südamerika oder durch Banden aus Mekka und Äthiopien geschmuggelt. Diese Quittungen kann man als Inhaberpapiere betrachten, man kann sie weitergeben, der jeweilige Besitzer kann diese Papiere jederzeit gegen Gold einlösen. Noch gibt es einige wenige solcher Depotstellen im Lande. Alle mit ähnlichen Dienstleistungen. Zurzeit horten sie insgesamt 10 Tonnen Gold und 100 Tonnen Silber. Eine Depotstelle ist soeben dazu übergegangen, die Depotscheine weiter zu zerstückeln und zu vereinheiltlichen. Neu erhält man für 1 g Gold einen Schein mit 100 Gulden. Dasselbe Papier mit gleichem Design wird einem auch ausgehändigt, wenn man 100 g Silber abgibt. Es ist aber immer noch möglich, diesen Schein jederzeit zurückzubringen und in die entsprechende Menge Gold oder Silber einzulösen, aber vermehrt werden diese Inhaberpiere als Zahlungsmitttel verwendet. Neu ist an die Aufbewahrungsstelle auch eine Münzprägerei angeschlossen. Münzen zu 1Milligramm, 2 Milligramm oder auch 10 g Silbergehalt und Grossmünzen  bis zu 1 g Silber werden ausgegeben. Die anderen Depotstellen sind kaum in der Lage oder nicht gewillt dasselbe zu tun und geben auf, sie sind gezwungen zu liquidieren. Alle Kundeneinlagen werden an die überlebende Depotstelle übergeben. Nun gibt es nur noch eine Aufbewahrungsstelle, das Geldmonopol ist soeben entstanden. Die übriggebliebene Depotstelle hortet nun 30 Tonnen Gold und 300 Tonnen Silber. Das heisst es sind 3,3 Milliarden Gulden im Umlauf. So sieht die Bilanz der Urnationalbank aus:

	Aktiven		Passiven
	Gulden (Mio)		Gulden (Mio)
Gold	3’000
Silber	300
Notenumlauf			3’300
Bilanzsumme	3’300		3’300

  Das Eigenkapital dieser Depotsstelle bzw dieser Urnatinonalbank entspricht dem Notenumlauf, den Aktiven und der Bilanzsumme. Denn das Vermögen gehört dem Volk und Schulden gibt noch es keine. Noch immer kann man die entsprechende Menge Gold oder Silber zurückholen. Aus den untergegangenen Aufbewahrungsstellen sind zum teil erste Geldhäuser entstanden, die späteren Geschäftsbanken. Die übrigegebliebene Depotstelle, soeben zur ersten Zentralbank (oder Notenbank) gekürt, nimmt neu von Kunden und von den Geldhäusern auch Gulden zur Aufbewahrung entgegen. Diese Einlagen sind für die Zentralbank schulden, Girokonti. Damit veringert sich allerdings der Notenumlauf: Die Notenbank hat nun 100 Millionen Gulden an Kundengeldern. Die Bilanz sieht wie folgt aus:

	Aktiven		Passiven
	Gulden (Mio)		Gulden (Mio)
Gold	3’000
Silber	300
Girokonti			100
Notenumlauf			3’200
Bilanzsumme	3’300		3’300

    Nun kann diese Notenbank den späteren Geschäftsbanken auch kurzfristige Kredite gewähren, Swaps. Der Zins beträgt 5% und heisst Leitzins. Kunden und Geschäftsbanken erhalten für Ihre Einlagen bei der Zentralbank 2.5% Zins. Nachdem die Giroguthaben auf 200 Millionen angestiegen sind gewährt die Zentralbank 100 Millionen an Krediten. Der Notenumlauf oder das „Eigenkapital“ der Zentral- Noten- oder auch Staatsbank, man könnte sie auch Volksbank nennen, beträgt wie oben 3‘2 Milliarden Gulden, auch wenn sich die Bilanzsumme inzwischen auf 3,4 Mia erhöht hat. Die Notenbank kann auch Währungen anderer Staaten aufkaufen. Auch diese Devisenbestände findet man auf der Aktivseite der Bilanz der Zentralbank. Zeitgleich wird die Notenbank nun in eine Aktiengesellschaft umgewandelt. Kunden und Firmen können Ihre Giroeinlagen auch in ZB-Aktien anlegen. Das Aktienkapital soll 100 Millionen Gulden betragen. Nun wird folgendes entschieden. Die Volkswirtschaft hat sich inzwischen modernisiert. Das Wachstum schreitet voran. Die Kreditnachfrage nimmt ständig zu. Deshalb beschliesst die Notenbank nun mehr Geld zu schaffen. Wie macht sie das? Es gilt immer noch 100 Gulden entsprechen 1 g Gold. Der Beschluss lautet, dass nun für eine Hunderternote nur noch 2/3g Gold ausgehändigt werden. Damit kann der Notenumlauf von derzeit 3,3 Milliarden auf 4,95 Milliarden aufgestockt werden. Wir haben aber immer noch eine Goldkernwährung. Das Jahr 1900 hat soeben begonnen. Zahlreiche Revolutionen sind am entstehen. Die Wirtschaftkrise verschärft sich. Weshalb sich die Notenbank gezwungen sieht, folgendes zu unternehmen:

• Der Goldstandard wird aufgehoben
• Das Geld darf nicht mehr in Gold umgetauscht werden, Goldbesitz ist ab sofort verboten.

Das bedeutet, das Zentralbankgeld ist nicht mehr mit einer bestimmten Menge Gold gekoppelt. Die Goldkernwährung ist Geschichte. Die Geldmenge kann nun beliebig erhöht werden. Wie geht das. Die Notenbank kauft Schatzanweisungen, Wertpapiere ja sogar verbriefte Hypotheken auf. Natürlich mit Geld das gar nicht vorhanden ist! Mit vermehrtem Aufkommen des elektronischen Zahlungsverkehrs ist das ein Kinderspiel. Der Buchungssatz dazu ist simpel: Aktiven (Anleihen, verbriefte Hypotheken, Kreditbriefe)   an   Passiven (Girokonto) Die Geschäftsbanken haben somit mehr Liquidität um die Kreditvergabe an die Wirtschaft zu fördern. Gleichzeitig ist die Notenbank auch befugt, den Leitzins hinunterzuschrauben und den Girokonti gar einen Negativzins zu verlangen.   Mittlerweile heisst die Notenbank, Europäische Zentralbank, EZB Mario Draghi hat gestern Donnerstag 3.12.2015 entschieden den Negativzins von 0.2% auf 0.3 % weiter zu senken. Herr Draghi hat bereits anfangs dieses Jahres entschieden monatlich Wertpapiere wie Staatsanleihen und Kreditbriefe im Umfang von 60 Mia monatlich zu erwerben. Er hat am 3.12.15 dies widererwartens so belassen, nach den Reden von US-Währungshüterin, Frau Janet Yellen. Der Leitzins beträgt weiterhin 0,05% Die Bilanz der EZB per 1.12.2015 sieht wie folgt aus.

	Aktiven		Passiven
	in Mia Euro		in Mia Euro
Gold	349
Fremdwährungen	330
Forderungen, Swaps, Tender etc	700
Wertpapiere, Anleihen, Schuldbriefe
und verbriefte Kredite	1’111
Sonstige Aktiven	216
Giro und Einlagen			982
Notenumlauf			1’057
Bewertungsdifferenzen			351
Sonstige Passiven			219
Eigenkapital			97
Total Bilanzsumme	2’706		2’706

  Die Bilanzsumme hat sich seit 30.10.2015 von 2664 Mia auf 2706 Mia erhöht. Und der Posten Wertpiere enthält Staatsanleihen, verbriefte Hypotheken und Kredite. Diese haben sich seit 25.9.2015 von 989 Mia auf 1‘111 Mia um 122Mia erhöht, , was auf geldpolitische Massnahmen, monatlich 60 Mia Staatsanleihen und Kreditbriefe zu erwerben, zurückzuführen ist.der Notenumlauf hingegen bleibt quasi konstant und verändert sich kaum. Die Behauptung die EZB drucke Geld trifft somit nicht zu, da es vorwiegend elektronische Finanztransaktionen sind.     Literaturhinweis.

• Rolf Dubs, Volkswirtschaftslehre, Verlag Paul Haupt Bern und Stuttgart 1983
• Roland Baader, Geld, Gold und Gottspieler, Resch Verlag 2005

 

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