1,3 Milliarden Volt: Elektrische Energie in Gewitterwolken ist zehnmal höher als bisher gedacht

Forscher haben jüngst bei einem besonders starken Gewitter Spannungswerte von bis zu 1,3 Milliarden Volt ermitteln können. Die elektrische Leistung, die ebenfalls jemals mit Ballonmessungen verzeichnet wurde, erreichte sogar mehr als zwei Gigawatt. Aber was ist daran so besonders? Die Forscher können sich nun erklären, warum solch enorme Energien der Grund dafür sind, dass Gewitter bestimmten Ausmaßes sogar als Brutstätten für Gammastrahlen und Antimaterie in der Form von Positronen dienen können.

Kosmische Strahlung aus Gigawatt-Wolken gemessen

Innerhalb einer Gewitterwolke kommt es zu starken Ladungsdifferenzen. Diese wiederum entladen sich in Blitzen und Donner. Bekanntlich ist es aufgrund der mehreren zehntausend Ampere starken Stromstärke dann ein Leichtes die Umgebungsluft binnen weniger Sekunden auf bis zu 30.000 Grad zu erhitzen.

Eine ebenfalls spannende Beobachtung, die Forscher anhand früherer Messungen tätigen konnten, ist die Tatsache, dass einige Gewitter auch exotischere Folgen mit sich bringen. So konnte auch schon Gammastrahlung und Antimaterie festgestellt werden. Allerdings war die Ursache bisher nicht bekannt. Bisher ließen sich Gammablitze aufgrund der gemessenen Temperaturen nicht erklären. Die Forscher, rund um B. Harihara vom Tata Institut für Grundlagenforschung in Mumbai, haben sich daher einer neuen Methode bedient, um Gewitterwolken besser „messen“ zu können. Grundlage dafür bildeten die Daten des GRAPES-3-Detektors, der in Indien steht. Dieses Gerät verfügt über 400 Sensoren, die ununterbrochen das Einströmen von Partikeln der kosmischen Strahlung auf die Erde messen. Anhand der neuen Methode, welche die Myonendichte oder besser gesagt, dessen Abfall näher in den Fokus rückt, können die Forscher Rückschlüsse auf elektrische Energien in Gewitterwolken schließen. Myonen sind Artverwandte der Elektronen, allerdings sind diese Elementarteilchen knapp 200-mal massenreicher. Nach der Auswertung des Datenmaterials fiel den Forschern ein Gewitter besonders auf. Am 1. Dezember 2014 konnte ein übermäßig starker Abfall der Myonenwerte verzeichnet werden. Hier setzten die Forscher an und gelangen bei der Errechnung der elektrischen Feldstärke auf einen enorm hohen Wert. Das elektrische Potential wurde auf 1,3 Milliarden Volt datiert. Harihara hält fest, dass der Wert zehnmal höher ist, als jemals bis dato getätigte Messungen per Ballon oder Messflugzeug in Erfahrung bringen konnten. Das am 1. Dezember 2014 stattgefundene Gewitter befand sich in elf Kilometer Höhe und erstreckte sich über eine Fläche von 380 Quadratkilometer. Es handelte sich dabei folglich um ein schon außergewöhnliche großes Gigawatt-Gewitter.

Beeindruckende elektrische Leistung

Auch die gemessene elektrische Leistung in der gigantischen Gewitterwolke lässt die Forscher staunen. Da der Aufbau der Spannung so extrem schnell vonstattenging, schließen die Physiker daraus, dass die elektrische Energie knapp zwei Milliarden Watt betrug. Das wiederum entspräche der gesamten Leistung des in den USA befindlichen Hoover-Staudamm-Wasserkraftwerks. „Ein derartiges Gigawatt-Potential in Gewitterwolken könnte die Produktion der 100-Megaelektronenvolt- Gammastrahlen in den terrestrischen Gammablitzen erklären“, so Harihara und seine Kollegen.

Ist es möglich Energie aus den Blitzen zu speichern?

Bei derartig gigantischen Energien, die binnen weniger Sekunden bei Gewitterwolken entstehen, wäre es natürlich ziemlich praktisch, wenn diese gespeichert werden könnten. Das würde die Lösung der Energieprobleme des ganzen Planeten darstellen. So einfach ist das allerdings leider nicht. Problematisch ist bereits den Blitz treffsicher einzufangen. Allein die Vorhersehbarkeit der Blitze ist nur mit ziemlich viel Aufwand möglich. Es gibt Berechnungen, die einen sehr hohen Turm vorgeben, der in der Lage wäre alle Blitze in einem Umkreis von wenigen Kilometern „einzufangen“. Insgesamt schlagen allerdings nur 10 Prozent der Blitze auch tatsächlich auf den Boden ein. Die restlichen Blitze finden von Wolke zu Wolke statt. Einen Turm zu bauen, der bis in die Wolken reicht, ist bisher noch nicht vorstellbar. Ein weiteres Problem stellt der Umgang mit den extremen Blitzspannungen dar. Schon für Blitze, mit einer Spannung von 10 Millionen Volt, wäre ein Megakondensator mit 500.000 Volt Fassungsvermögen von Nöten. Ein Kondensator, der derartig hohe Spannungen aushält, ist technisch nach wie vor recht schwierig herzustellen. Wäre das jedoch möglich, ergibt sich die nächste Frage. Wie kann diese Energie ausgekoppelt werden? Der zunächst im Kondensator befindliche Gleichstrom muss, bevor der nächste Blitz diesen wieder laden soll, in Wechselstrom umgewandelt werden.

Fazit

Selbst wenn die vorangegangenen Probleme gelöst werden könnten, bleibt dann noch die verhältnismäßig geringe Stromausbeute. Wie bereits eingangs erläutert, entstehen bei Gewittern und Blitzen extrem hohe Stromstärken. Allerdings jedoch nur für eine kurze Zeit. Nach dem Integral des Stromes über die Zeit (nicht übermäßig große Ladung in Bezug zu der im Tausendstel Sekunden liegenden Entladungszeit), ist das Resultat im Verhältnis zu anderen Methoden der Energiegewinnung recht gering. Am Beispiel sähe das wie folgt aus: Um in einer Stunde genauso viel Energie zu gewinnen, wie bei einem großen Windkraftwerk, müssten in dieser Zeit knapp 1.000 Blitze eingefangen werden (alle 3,5 Sekunden ein Blitz). Und nach jedem Blitz müsste der Mega-Kondensator auch immer wieder schnell entladen werden. Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass Blitze nach dem aktuellen technischen Möglichkeiten (noch?) nicht als zukünftige Energiequellen für die Menschheit erschlossen werden können.