Die Bedeutung der Wasserkräfte für die chemische Industrie. Vortrag gehalten auf der 23. Hauptversammlung des Vereins deutscher Chemiker in München 19. Mai 1910 von Prof. Dr. phil. Dr.-Ing. R. Camerer, München. Die Bedeutung der Wasserkräfte für die chemische Industrie. Königliche Hoheit! Hochansehnliche Versammlung! Lassen Sie mich mit Rücksicht auf den Umfang des vorliegenden Stoffes und mit Rücksicht auf die Kürze der mir zugemessenen Zeit gleich in den Mittelpunkt unserer Betrachtungen hineintreten und den Satz aufstellen, daß die Bedeutung der Wasserkräfte für die chemische Industrie einmal in dem großen Energiebedarf begründet ist, den wichtige und umfangreiche chemische Prozesse benötigen, dann aber in einer glücklichen Anpassungsfähigkeit dieser Prozesse an die im Wesen der Wasserkräfte liegenden Eigenarten und Beschränkungen, die es den Wasserkräften ermöglicht, ihre Energie billig genug abzugeben, um mit anderen Energiequellen und auch mit anderen chemischen Verfahren konkurrieren zu können. Was nun den ersten Punkt: 1. den Energiebedarf der chemischen Industrie betrifft, so sind Sie, meine Herren, davon ja aufs beste unterrichtet. Ich erinnere nur an die Chromsäure-Industrie, die in Deutschland 25000 PS, an die Ferrosilizium-Industrie, die 40000 PS verbraucht, vor allem aber an die in größtem Aufschwung befindliche Salpeter-Industrie. Um welche Zahlen es sich bei letzterer handelt, ergibt sich daraus, daß im Jahre 1906 in Deutschland rund 600000 t Chilesalpeter im Wert von fast 140 Millionen M eingeführt wurden, von denen die Landwirtschaft etwa ¾ verbrauchte, daß der deutsche Bedarf 1908 bereits 800000 t betrug und daß dieser Bedarf mit der zunehmenden Bevölkerungsdichte noch erhebliche Steigerungen erfahren wird, während andererseits die natürlichen Salpeterlager in Chile – an anderen Orten der Erde ist abbauwürdiger Salpeter bisher nicht gefunden worden – nach den Angaben der Bad. Anilin- und Sodafabrik einer verhältnismäßig raschen, vielleicht schon in 50 Jahren eintretenden Erschöpfung entgegengehen. Da ist es volkswirtschaftlich vom allergrößten Interesse, Salpeter aus dem Stickstoff der Luft herzustellen, der mit dem Chilesalpeter an Qualität und Kosten konkurrieren und preisermäßigend wirken kann. Nun liefern z.B. nach dem Verfahren der Bad. Anilin- und Sodafabrik 2 PS im Jahr etwa 1 t Kalksalpeter. Nur den Bedarf Deutschland zu decken würden somit 1600000 PS benötigt werden und der Weltmarkt würde mehr als das dreifache brauchen können, von der voraussichtlichen Steigerung in einer späteren Zukunft ganz abgesehen. Textabbildung Bd. 325, S. 516 Fig. 1. Zunahme der Dampf- und der Wasser-Pferdestärken in Preußen, der Schweiz und den Vereinigten Staaten von Nordamerika. Es ist freilich nicht ausgeschlossen, daß die fortschreitende Wissenschaft noch andere Verfahren entdecken wird, die einen geringeren Kraftaufwand erfordern. So macht man Versuche, die Tatsache, daß Wasserstoff sich mit Stickstoff bei 200 at Druck und 500° Celsius verbinden, wobei eine 10 v. H. Ausbeute von Ammoniak erfolgt, für die Industrie zu verwerten. Dabei scheinen sich aber technisch so große Schwierigkeiten zu ergeben, daß man vorläufig nicht mit diesem Verfahren rechnen kann. 2. Die Energiequellen. Zur Bestreitung des erwähnten, ganz gewaltigen Kraftbedarfs können, wenn uns nicht die Wissenschaft z.B. im Radium oder in der Umwandlung anderer Elemente neue Aussichten erschließt, praktisch nur zwei Energiequellen in Frage kommen: die chemische Energie der Brennstoffe, die in den Wärmekraftmaschinen (Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren) und die mechanische Energie der Wasserkräfte, die in den Wasserkraftmaschinen (Wasserturbinen) ausgenutzt wird. Fig. 1 (nach Kammerer, Berlin) zeigt, in welcher Weise die Verwertung von Brennstoffenergie die der Wasserkräfte, die früher die allein maßgebende war, durch die Erfindung der Dampfmaschine überholt hat. Erst in neuester Zeit ist aus den später anzuführenden Gründen wieder, ein rasches Ansteigen der Wasserkraftausnutzung, besonders in Ländern, die an Kohle arm, an Wasserfällen reich sind, zu bemerken. Vergleichen wir nun in einer näheren Betrachtung die beiden uns zu Gebote stehenden Energiequellen, so zeigen sich sowohl physikalisch und technisch als auch wirtschaftlich die allergrößten Unterschiede. Der Vorrat unseres Erdballs an den wichtigsten Brennstoffen, z.B. an Kohle, geht, da ihre Erneuerung durch das Pflanzenwachstum viel langsamer geschieht als ihr Abbau, in absehbarer Zeit, die man auf einige hundert Jahre schätzt, der sicheren Erschöpfung entgegen. Anders die Wasserkräfte; ihre Energie wird durch die verdunstende Sonnenwärme mit anschließender Regenbildung stetig erneut. Ja, sie kann nicht einmal rascher aufgezehrt werden, als dieser Erneuerung entspricht. Dieser Vorteil schließt aber eine Erschwerung ihrer Verwertung ein, die für die Wärmekraftmaschinen nicht besteht. Die Freiheit in Abbau, Verschickung und Verwertung der Kohlenlager bringt es nämlich mit sich, daß die Wärmekraftmaschinen in fast beliebiger Größe und an fast beliebigen Orten aufgestellt werden und daß sie, was von besonderer Wichtigkeit ist, jeweils zu der Zeit in Betrieb genommen werden können, in der die Energie auch wirklich gebraucht wird. Eine solche Freiheit nach Größe, Ort und Zeit besitzen die Wasserkraftmaschinen nicht. Sie sind nach Größe und Ort an die natürlichen Wasserläufe gebunden und die nach der Zeit oft ganz bedeutend schwankenden Wassermengen entsprechen im allgemeinen nicht dem Wechsel des Kraftbedarfs. Die elektrische Energieübertragung war es, welche dieses Gebundensein der Wasserkräfte nach Größe und Ort in hohem Maße aufgehoben und damit ihrem Ausbau neuen Aufschwung gegeben hat. Sie ermöglicht die Energie von Wasserkraftmaschinen mit über 10000 PS, von Anlagen mit über 100000 PS aufzunehmen und an den Ort zu leiten, wo sie gebraucht wird. Ist eine Kraftübertragung auf weite Entfernung benötigt, so müssen freilich hohe Stromverluste und große Anlagekosten für die Fernleitung mit in Kauf genommen werden. Textabbildung Bd. 325, S. 516 Fig. 2. Niederschlagsmenge in cub-Fuß i. d. Sek. auf die Quadratmeile des Passaic-River aus Mead. Water Power. Noch weniger leicht sind aber meistens diejenigen Schwierigkeiten zu überwinden, die sich aus dem zeitlichen Gebundensein der Wasserkraftmaschinen an die wechselnden Größen des Wasserabflusses ergeben. Man hat auf die mannigfachste Weise versucht, diesem Uebelstand abzuhelfen. Die in Frage kommenden Hilfsmittel verlangen aber alle größere oder kleinere Aufwendungen, und es ist Sache wirtschaftlicher Erwägungen, von Fall zu Fall zu entscheiden, bis zu welchem Maß sie angewendet werden können. Bevor wir nun diesen wirtschaftlichen Fragen näher treten, dürfte es am Platze sein, Tabelle 1. Jahr Regenhöhen im Monat Januar Februar März April Mai Juni Juli August Septemb. Oktober November Dezember 1886 4,83 4,61 3,68 3,41 6,10 2,83   3,81 2,55   1,36 2,55   4,92 3,57 1887 4,45 5,10 2,87 2,53 1,93 6,65   8,82 1,27   2,01 2,14   1,75 5,72 1888 5,77 4,41 6,68 3,97 6,09 2,80   7,98 7,60   8,06 4,53   4,09 4,33 1889 6,04 2,41 3,22 6,34 2,85 3,43 14,49 4,49 10,06 3,06 10,16 2,14 1890 2,69 4,59 6,03 2,58 4,39 4,35   6,14 4,96   4,07 6,00   0,75 4,17 1891 7,52 4,55 4,24 2,30 2,80 1,86   5,16 5,72   2,25 2,50   2,96 1,73 1892 5,38 1,35 4,79 7,69 4,92 7,68   3,27 4,39   2,17 0,72   6,84 1,47 1893 3,87 6,35 3,45 4,59 5,15 3,60   2,25 7,26   3,92 4,59   3,65 3,85 3. die geologischen und technischen Grundlagen der Wasserkraftausnutzung an Hand einiger Lichtbilder in raschem Flug in Augenschein zu nehmen. Textabbildung Bd. 325, S. 517 Fig. 3. Wasserstandsbewegungen im Jahre 1900 (Rheingebiet). Die Grundlage für die Berechnung der Wassermenge bildet die sogen. Regenhöhe, d.h. die Höhe, um die die Erde nach einem Jahr mit Wasser bedeckt wäre, wenn nichts ablaufen und verdunsten würde. Diese Höhe beträgt in Deutschland im Mittel 660 mm, wechselt aber mit den Jahreszeiten und ist im Gebirge viel höher – bis 2500 mm – als im Flachland. Diese Regenhöhen, multipliziert mit dem Niederschlagsgebiet eines Flusses ergeben, wenn man die Wasserverluste abzieht, die Abflußmenge im Flußlauf. Die größten Verluste entstehen durch die Verdunstung. Sie beträgt in Deutschland je nach Bodenbeschaffenheit 300 bis 600 mm, die von der Regenhöhe in Abzug kommen. Ihr Hauptanteil fällt naturgemäß auf die warme Jahreszeit, während im Winter ein Teil der Regenhöhe durch Frost im Gebirge zurückgehalten wird. Solche Unterschiede in monatlicher Regenhöhe und monatlichem Abfluß zeigt deutlich Fig. 2 und Tab 1 des in der Nähe von New-York befindlichen Passaic-Flusses. Textabbildung Bd. 325, S. 517 Fig. 4. Wasserstandsbewegungen im Jahre 1900 (Donaugebiet). Die Fig. 3 und 4 geben Pegelschwankungen, Fig. 5 Abflußmengen nach der Zeit und lassen den Einfluß der verschiedenen Niederschlagsgebiete erkennen. Mittelgebirge geben infolge der Schneeschmelze im Frühjahr, Hochgebirge im Sommer die größte Wasserspende. Eine Zusammenstellung von mittleren Niederwasser- (M. N. W.), Mittelwasser- (M. W.) und mittleren Hochwassermengen Tabelle 1 a. Abflußmengen in Sek.-l/qkm (nach Weyrauch). Textabbildung Bd. 325, S. 518 Type des Flusses; Fluß; Nebenfluß von; Bodenart; Abfluß-Koeffizient; M. N. W.; M. W.; M. H. W.; N. W. : H. W.; N. W. : H. W. Mittelwerte; Flachland-Flüsse; Hügelland-Flüsse; Mittelgebirgs-Flüsse; Hochgebirgs-Flüsse; Drage; Memel; Hunte; Ferse; Saale; Weser bei Hoya; Donau ober der Illermündung; Donau bei Wien; Iller; Oder bei Kosel; Nolla bei Thusis; Rhein bei Thusis; Gletscherflächen b. voll. Sonnenbestrahlung; mittlere Werte; Netze; Weser; Weichsel; Elbe; Donau; Sand; viel Moor; Geschiebe-Mergel durchlässig; Alpenfluß; Wildbach. (M. H. W.) zeigen für verschiedene Flußgebiete nach Weyrauch Tab. la, wobei die Verhältnisse von H. W. zu N. W. besondere Beachtung verdienen. Der Abflußkoeffizient gibt an, welcher Teil der Regenhöhe zum Abfluß kommt. Es ist aber nicht die Wassermenge allein, die die Energie ausmacht. Den zweiten Faktor in dem bekannten die Arbeit definierenden Produkt: Kraft mal Weg bildet das Gefälle als denjenigen Weg, den das Gewicht des Wassers, d.h. die Kraft, zurücklegen kann. Die Größe einer Wasserkraft berechnet sich demnach als Produkt aus dem Gewicht der sekundlichen Wassermenge Q mal dem Gefälle H. Wird das Gewicht in kg, das Gefälle in m gemessen, so folgt die Leistung in mkg. Meist wird die Wassermenge in cbm zu 1000 kg, die Leistung in PS zu 75 mkg gerechnet. Es ist dann die absol. Leistung =\frac{1000\,.\,Q\,.\,H}{75} und die Nutzleistung an der Maschine unter der Annahme und Gesamt- Wirkungsgrades der Anlage von 75 v. H. Nutzleistung PS = 10 . Qcbm . Hm. Es folgt hieraus, daß eine wesentliche Aufgabe der Wasserkraftausnutzung darin besteht, das Gefälle am Maschinenhaus zu konzentrieren. Dies geschieht durch Stauwerke, anschließend dann bei Niederdruckanlagen durch offene Kanäle, bei Hochdruckanlagen durch Rohrleitungen. Textabbildung Bd. 325, S. 518 Fig. 5. Tägliche Abflußmengen im Oestertal in den Jahren 1899 und 1900. a mittlerer täglicher Abfluß 26400 cbm. b mittlerer täglicher Abfluß 31600 cbm; Tägliche Abflußmenge in cbm. (Fortsetzung folgt.)