Technik im Fokus

Warum ist Wasserstoff ein Energieträger? Wie funktionieren Brennstoffzellen? Wie setzen wir Wasserstoff in den künftigen Fahrzeugen ein? Wie sicher ist die Technik? Das kompakte Buch beschreibt verständlich die physikalischen und chemischen Grundlagen der Wasserstofftechnologie und erläutert die zu erwartenden technischen Lösungen. Es stellt die Probleme dar und ermöglicht, die Anstrengungen von Industrie und Forschung zur breiten Einführung dieser Technik besser zu verstehen. Die Autoren erklären anschaulich die Funktionsweise der wichtigsten Komponenten in der Wandlungskette vom regenerativen Strom zum Fahrzeugantrieb und zeigen deren technische Entwicklungspotenziale auf. Unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit bewerten sie die mit dem Energieträger Wasserstoff realisierbare Nachhaltigkeit des Energiekreislaufs.

Das Buch vermittelt das Konzept einer globalen, virtuellen Universität in Kombination mit neuen Erkenntnissen aus der Lernforschung. Hierbei werden mithilfe von künstlicher Intelligenz bewegungsorientierte, virtuelle 3-D-Bilder eingebunden. Dadurch wird die Lernbereitschaft und damit auch die Kreativität des Einzelnen angeregt. So werden bereits heute Schweißer in Großunternehmen mittels Datenbrille und intelligenter Avatare ausgebildet. Über eine virtuelle Universität lassen sich Forschungsprojekte initiieren und koordinieren. Problemlösungen lassen sich mit der Verwendung von Avataren in virtuellen Hörsälen erarbeiten. Die Zertifizierung erfolgt nicht mehr über das Abfragen von Wissensinhalten, sondern über die Fähigkeit Probleme zu lösen. Weitere wichtige Aspekte einer virtuellen Universität sind, im Vergleich zu den klassischen Universitäten, die geringen Kosten, die Möglichkeit bei der Entwicklung des Contents die besten Wissenschaftler zu beteiligen sowie die immer mehr um sich greifende Sekundär- und Tertiärforschung. Eine virtuelle Universität bietet die Chance der Emanzipation gesellschaftlicher Praxis von Wissenschaft durch Wissenschaft und Immunisierung gesellschaftlich geltende Ideologien und Interessenstandpunkte gegen wissenschaftliche Aufklärungsansprüche.

Aus welchen Werkstoffen bestehen die Computer der Zukunft? Wie wird Stahl maßgeschneidert? Warum nutzen wir immer noch Holz als Werkstoff? Diese und ähnliche Fragen beantwortet das vorliegende Buch. Bauteile, Maschinen oder medizintechnische Produkte müssen aus geeigneten Werkstoffen gefertigt werden. Nur so ist ihre Funktionalität und Qualität gegeben, nur so sind Sicherheit, Zuverlässigkeit und Umweltverträglichkeit gewährleistet. Ergebnisse der Materialforschung tragen bei zur Lösung drängender Zukunftsfragen in Bedarfsfeldern wie Energie, Kommunikation und Mobilität. Dieses kompakte und allgemein verständliche Buch gibt einen Überblick über die Grundlagen und Anwendungen wichtiger Werkstoffe anhand aktueller Beispiele. Es zeigt auf, dass Werkstoffe unverzichtbare Innovationsmotoren für die Industrie sind.

Was ist Glas? Wie wird es hergestellt? Wo wird Glas eingesetzt? Hat Glas eine Zukunft? Die Autoren sind Experten ihres Faches. Trotzdem gelingt es ihnen, informativ und doch unterhaltsam Antworten auf diese Fragen zu geben. An ausgewählten Beispielen erläutern sie die vielfältigen Anwendungen von Glas. Und sie vermitteln, wie die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Werkstoffes zur Entwicklung technischer, industriell gefertigter Produkte führen. So ermöglicht etwa die bis ins Extrem gesteigerte Lichtdurchlässigkeit einer Glasfaser die heutige Telekommunikation und das Internet. Besonders dünnes Glas, das zusätzlich verfestigt ist, wird für Bildschirme von Fernsehern, Laptops und Mobiltelefonen eingesetzt, Glaswerkstoffe mit thermischer Nullausdehnung sind der Werkstoff der Wahl für Teleskopspiegelträger und Kochflächen.

Welchen Beitrag kann die Solarthermie zur Energiewende leisten? Was kostet Solarwärme und und wo sind ihre Grenzen? Nach einem kurzen Überblick über die Möglichkeiten regenerativer Wärmeversorgung führen die Autoren in die physikalischen Grundlagen der Solarstrahlung und der Strahlungswandlung ein. Dann erläutern sie die Funktionsweise der Solarkollektoren und der wichtigsten anlagentechnischen Komponenten anhand zahlreicher Abbildungen. Weitere Kapitel beleuchten die Einsatzmöglichkeiten und auch die Wirtschaftlichkeit solarthermischer Anlagen - von der Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung bis hin zur Kühlung und zur Stromerzeugung. Das Buch vermittelt auch dem Laien einen guten Einstieg in diese wichtige und beim Umbau des Energiesystems unverzichtbare Technologie.

Wie funktioniert Photovoltaik? Welche Arten von Solarzellen gibt es? Wie wirtschaftlich sind Photovoltaikanlagen? Wie sieht die zukünftige Entwicklung aus? Das kompakte Buch vermittelt fundiertes Orientierungswissen über Funktionsweise, Anwendung und Grenzen der Photovoltaik. Es eignet sich für einen schnellen Einstieg in die Problematik und ermöglicht eine Einordnung unterschiedlicher Technologien und Anlagenvarianten. Die Autoren erklären anschaulich die wichtigsten Eigenschaften der Sonnenstrahlung und vermitteln die prinzipielle Funktionsweise einer Solarzelle. Sie gehen auf die wesentlichen Unterschiede heutiger und zukünftiger Technologien von Solarzellen ein. Und sie behandeln die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Anlagenkonzepte.

Was ist Energie? Wie sieht die Energieversorgung in Zukunft aus? Das kompakte Buch vermittelt die technischen, ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen an ein zukunftsfähiges Energiesystem. Verständlich geschrieben, ermöglicht es einen fundierten Einstieg in Energietechnik und Energiepolitik. Die vollständig überarbeite und neu strukturierte zweite Auflage nimmt die aktuellen politischen und technischen Entwicklungen auf. Ausführlich wird in die wichtigen Bereiche der Sektorenkopplung und saisonalen Energiespeicherung eingeführt. Ein Ausblick auf unser Energiesystem im Jahr 2050 schließt das Buch ab.

Was ist Kernenergie? Wie funktionieren Kernkraftwerke? Welchen Beitrag zur Energieversorgung liefern sie, und was sind dabei die Risiken? Antworten auf diese und weitere Fragen geben die Autorinnen und Autoren in dem kompakten und gut verständlichen Buch. Neben der Darstellung der physikalischen und technischen Grundlagen behandeln sie die Themen Sicherheit, Entsorgung und nukleare Nichtverbreitung. Das Buch bietet so die Möglichkeit, die aktuellen Entwicklungen nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima zu verstehen.

Seit wann kennt man Keramikerzeugnisse? Warum verhalten sich Keramikwerkstoffe im Vergleich zu anderen Werkstoffen völlig anders? Was macht sie so besonders? Wie stellt man sie her? Welche modernen Anwendungen gibt es? Die Autorin gibt Antworten auf diese und weitere Fragen zu einem alten und doch hochmodernen Werkstoff. Sie beschreibt gut verständlich die physikalisch-chemischen Grundlagen, welche die Andersartigkeit von Keramik in Herstellung und Eigenschaften erklären. Und sie geht auf die vielfältigen Anwendungsbereiche ein, sei es in traditionellen Gebieten oder in modernen Anwendungen wie als Katalysatorträger, Dieselpartikelfilter oder in der Energiespeicherung.

Die Künstliche Photosynthese ist ein vielversprechender Ansatz für die nachhaltige, CO2-neutrale Produktion von Brenn- und Wertstoffen. Ihr Vorbild ist die biologische Photosynthese, über die Pflanzen aus Licht, Luft und Wasser die meisten Bausteine für den Energie- und Stoffkreislauf des Lebens gewinnen.Weltweit arbeiten heute Forscherinnen und Forscher an der Entwicklung von Verfahren, bei denen die Energie des Sonnenlichts für die Produktion von Brennstoffen wie Wasserstoff und Methanol oder für die Synthese von Kunststoffen genutzt wird.Das Buch beschreibt Motivationen, Grundlagen und Visionen zur Künstlichen Photosynthese in Wissenschaft, Kunst und Gesellschaft. Aktuelle Forschungsthemen, Pilotprojekte und mögliche Hürden für die Umsetzung im Kontext der Energiewende werden vorgestellt und bewertet.

Jeder kennt sie. Smartphones, die mit uns sprechen, Armbanduhren, die unsere Gesundheitsdaten aufzeichnen, Arbeitsabläufe, die sich automatisch organisieren, Autos, Flugzeuge und Drohnen, die sich selber steuern, Verkehrs- und Energiesysteme mit autonomer Logistik oder Roboter, die ferne Planeten erkunden, sind technische Beispiele einer vernetzten Welt intelligenter Systeme. Machine Learning verändert unsere Zivilisation dramatisch. Wir verlassen uns immer mehr auf effiziente Algorithmen, weil die Komplexität unserer zivilisatorischen Infrastruktur sonst nicht zu bewältigen ist. Aber wie sicher sind KI-Algorithmen? Diese Herausforderung wird in der 2.Auflage aufgegriffen: Komplexe neuronale Netze werden mit riesigen Datenmengen (Big Data) gefüttert und trainiert. Die Anzahl der dazu notwenigen Parameter explodiert exponentiell. Niemand weiß genau, was sich in diesen „Black Boxes" im Einzelnen abspielt. Im Machine Learning benötigen wir mehr Erklärung (explainability) und Zurechnung (accountability) von Ursachen und Wirkungen, um ethische und rechtliche Fragen der Verantwortung (z.B. beim autonomen Fahren oder in der Medizin) entscheiden zu können! Seit ihrer Entstehung ist die KI-Forschung mit großen Visionen über die Zukunft der Menschheit verbunden. Sie ist bereits eine Schlüsseltechnologie, die den globalen Wettstreit der Gesellschaftssysteme entscheiden wird. „Künstliche Intelligenz und Verantwortung" ist eine weitere zentrale Ergänzung der 2. Auflage: Wie sollen wir unsere individuellen Freiheitsrechte in der KI-Welt sichern? Dieses Buch ist ein Plädoyer für Technikgestaltung: KI muss sich als Dienstleistung in der Gesellschaft bewähren.

Was ist Glas? Wie wird es hergestellt? Wo wird Glas eingesetzt? Hat Glas eine Zukunft? Die Autoren sind Experten ihres Faches. Trotzdem gelingt es ihnen, informativ und doch unterhaltsam Antworten auf diese Fragen zu geben. An ausgewählten Beispielen erläutern sie die vielfältigen Anwendungen von Glas. Und sie vermitteln, wie die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Werkstoffes zur Entwicklung technischer, industriell gefertigter Produkte führen. So ermöglicht etwa die bis ins Extrem gesteigerte Lichtdurchlässigkeit einer Glasfaser die heutige Telekommunikation und das Internet. Besonders dünnes Glas, das zusätzlich verfestigt ist, wird für Bildschirme von Fernsehern, Laptops und Mobiltelefonen eingesetzt, Glaswerkstoffe mit thermischer Nullausdehnung sind der Werkstoff der Wahl für Teleskopspiegelträger und Kochflächen.

Die Bahn ist komplex – aber kann sie nicht auch pünktlich sein? Müssen technische Systeme immer komplexer werden? Und wie können wir sie trotzdem beherrschen? Auf anschauliche Weise geht der Autor diesen Fragen nach. Er untersucht zahlreiche Modelle aus Natur und Technik und erläutert, worin deren Komplexität besteht. Die Tendenz großer Systeme, einen Zustand am Rande der Instabilität einzunehmen, wird ebenso erörtert wie die Mittel, dem entgegenzuwirken. Detailliert behandelt der Autor komplexe Netzwerke und schlägt dabei den Bogen zu realen Energie- und Verkehrsnetzen wie auch zum alltäglichen Chaos. Mit zahlreichen Abbildungen versehen, erlaubt das unterhaltsame Buch einen Einstieg in das Thema Komplexität und vermittelt Denkanstöße für eine vertiefte Beschäftigung.