Licht als Werkzeug - Vom Brennspiegel zum Solarofen und Leistungslaser

Die Bereitstellung ausreichender Energiemengen ist die Grundvoraussetzung der mo dernen Produktion und des darauf aufbauenden sozialen Gefüges. Mit Ausnahme der von Kernkraftwerken, Gezeitenkraftwerken und Erdwärme gelieferten Beiträge stamm t die gesamte genutzte Energie von der Sonne. Nur ein vernachlässigbar geringer Anteil der Sonnenstrahlung wird dabei gegenwärtig über Photovoltaik, Solarkraft werke oder Sonnenkollektoren direkt genutzt. Auch die wesentlich bedeutungsvolle re Nutzung der Wind- und Wasserenergie ist auf die Wirkungen der Sonnenstrahlung zurückzuführen. Vor allem aber ist der in den fossilen Brennstoffen sowie in Bi omasse und Holz gespeicherte Energieinhalt letztlich akkumulierte Sonnenenergie . Die Sonne ist ein riesiger Fusionsreaktor. Bei den im Sonnenkern herrschend en extremen Bedingungen mit Temperaturen von etwa 15 Mio. K und Dichten um 100 g /cm³ verschmelzen Wasserstoffkerne zu Helium. In den bisherigen 5 Mrd. Jahren de s Sonnenlebens sind immerhin schon 10 % seines Wasserstoff-Brennstoffs zu Heli um-Asche verbrannt. Von der Sonnenoberfläche strömt die gewaltige freigesetzte Energie beständig mit einer Energiestromdichte von jo = 65 MW/m² in den Weltrau m hinaus, so dass die Oberflächentemperatur auf ca. 6000 K beschränkt bleibt. We gen der Konstanz des Energiestromes I = 4p r² j(r) sinkt die Intensität j(r) der Sonnenstrahlung umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes r von der Sonn e. Sie beträgt bei der sonnennäheren Venus (Abstand 108 Mio. km) nur noch 2,7 kW /m², am Rande der Erdatmosphäre (Abstand 150 Mio. km) 1,367 kW/m² (Solarkonstant e) und am sonnenferneren Nachbarplaneten Mars (Abstand 228 Mio. km) 0,6 kW/m². D ie unterschiedliche Intensität der Sonnenstrahlung spiegelt sich auch in den mit tleren Oberflächentemperaturen wider: Venus 470 °C, Erde 15 °C, Mars 55 °C. Ung eachtet des Einflusses der jeweiligen Atmosphäre auf die Absorption und teilweis e Reemission der Strahlung, sind die für das Leben auf unserer Erde optimalen kl imatischen Bedingungen an diesen recht eng tolerierten Abstandsbereich um 150 Mi o km gebunden! Durch Absorption und Streuung in der Erdatmosphäre verringert sic h die auf die Erdoberfläche auftreffende Strahlungsintensität auf etwa 1 kW/m². (Berücksichtigt man die Neigung der Oberfläche gegenüber der einfallenden Sonnen strahlung sowie die tages- und jahreszeitlichen Schwankungen so reduziert sich d ie mittlere Strahlungsdichte in Mitteleuropa auf etwa 0,1 kW/m².) Bei einem Erdr adius von 6370 km ergibt sich damit ein auf die Erdoberfläche auftreffender Ener giestrom von 1,3×1017 W/m². Die in einer Stunde auf die Erde einfallende Sonnene nergie entspricht mit 4×1020 J dem Jahresverbrauch an Energie! Im weiteren soll nicht der aktuellen Frage nach der Deckung des Energiebedarfs mit Hilfe der Sonn enenergie nachgegangen werden, sondern ein anderer Aspekt des (Sonnen-)Lichtes i n seiner historischen Entwicklung diskutiert werden: Die in ihren Anfängen eng m it dem Wirken Tschirnhaus verbundene Nutzung von Licht als technologischem Werkz eug für die Materialbearbeitung