Wie viele Schwerkraftkraftwerke braucht ein Land?

Warnhinweis

Hinweis:
Die folgenden Überlegungen basieren auf vereinfachten, hypothetischen Modellrechnungen.
Sie ersetzen weder eine detaillierte technische Planung noch eine wissenschaftlich geprüfte Studie,
sondern dienen dazu, Größenordnungen und Zusammenhänge verständlich zu machen.

Einstieg

Im letzten Beitrag habe ich eine Reihe von Themen angekündigt, die ich in den kommenden Abschnitten vertiefen möchte:

Modellrechnungen zur Anzahl und Dimensionierung erforderlicher Kraftwerke für unterschiedliche Ländergrößen und Verbrauchsprofile
Szenarien zur Platzierung in verschiedenen Landschaftsformen
Technische und ökologische Anforderungen an Standorte
Möglichkeiten der Integration in bestehende Infrastrukturen
Politische und ökonomische Implikationen eines Paradigmenwechsels in der Energieversorgung

Heute fange ich mit dem ersten Punkt an:
Modellrechnungen. Nicht perfekt, nicht vollständig, aber konkret genug, um ein Gefühl für Dimensionen zu bekommen.

Warum überhaupt Modellrechnungen?

Wenn man von einem Schwerkraftkraftwerk spricht, klingt das zunächst abstrakt:
Massen werden angehoben, speichern Energie in der Höhe und geben sie beim Absenken wieder ab.

Aber sobald es um Fragen geht wie:

“Wie viele solcher Anlagen bräuchte ein Land?”
“Wie groß müssten sie dimensioniert sein?”
“Welche Energiemengen sind überhaupt realistisch?”

kommt man an einfachen Rechenmodellen nicht vorbei.

Das Ziel ist nicht, die Realität perfekt nachzubilden, sondern:

Größenordnungen abzuschätzen
Abhängigkeiten sichtbar zu machen
und zu prüfen, ob die Idee im Bereich des technisch Denkbaren liegt – oder komplett jenseits der Vernunft.

Welche Parameter sind relevant?

Vereinfacht betrachtet, hängen die Modellrechnungen von ein paar Kerngrößen ab:

Energiebedarf
- jährlicher Stromverbrauch eines Landes / einer Region
- typische Lastprofile (Tag/Nacht, Sommer/Winter)
Energie pro Zyklus eines Kraftwerks
- Masse der bewegten Körper
- Hubhöhe
- Wirkungsgrad der Mechanik und Generatoren (Verluste)
Betriebsweise
- wie oft pro Tag / Jahr kann ein Zyklus sinnvoll gefahren werden?
- kontinuierlicher Betrieb vs. Spitzenlast-Abdeckung
Standortfaktoren
- verfügbare Höhe (Topografie, Bauwerke)
- Platzbedarf für die Mechanik (Türme, Schächte, Schienen, Speicherblöcke)

Selbst wenn alle Zahlen zunächst rein hypothetisch sind, lässt sich damit schon ein Rahmen abstecken.

Ein stark vereinfachtes Beispiel (rein hypothetisch)

Nehmen wir ein Gedankenexperiment, um das Prinzip greifbar zu machen:

Angenommene Masse pro Modul: 10.000 Tonnen
Nutzbare Hubhöhe: 100 Meter
Wirkungsgrad gesamt: 80 %
Ein Modul wird z. B. mehrmals am Tag gezielt abgesenkt, um Lastspitzen abzufangen.

Die nutzbare potenzielle Energie (grob, vereinfacht) wäre:

E = m · g · h · η

Also Masse × Erdbeschleunigung × Höhe × Wirkungsgrad.
Aus einer solchen Beispielrechnung (mit fiktiven Werten) ließe sich abschätzen:

Wie viel Energie ein einzelnes Modul pro Zyklus liefern könnte
Wie viele Module nötig wären, um z. B. einen bestimmten Prozentsatz des täglichen Strombedarfs eines Landes abzudecken
Welche Kombinationen von mehr Masse / mehr Höhe / mehr Modulen sinnvoll wirken – und wo es unrealistisch wird

Wichtig ist hier:
Es geht nicht darum, dass diese Beispielzahlen “stimmen”.
Es geht darum, ein Gefühl zu entwickeln wie:

“Bei diesen Größenordnungen reden wir eher von ein paar Anlagen pro Region”
oder
“Das würde tausende Anlagen erfordern und ist in dieser Form unpraktisch.”

Die Modellrechnung ist also ein Werkzeug, um Ideen zu filtern.

Verknüpfung zu Landschaften und Standorten

Sobald erste Modellrechnungen grob zeigen, welche Höhen, Massen und Energiemengen sinnvoll sein könnten, tauchen automatisch die nächsten Fragen auf:

Wo gibt es bereits natürliche Höhendifferenzen, die man nutzen könnte (Gebirge, Täler, Küstenlinien)?
Wo ließen sich künstliche Höhenstrukturen (Türme, Schächte, modulare Stahl-/Betonrahmen) wirtschaftlich errichten?
Wie nahe müsste ein Schwerkraftkraftwerk an bestehende Netzknoten, Städte oder Industriezentren angebunden werden?

Damit sind wir auf direktem Weg bei den weiteren Punkten aus der Liste:

Szenarien zur Platzierung
technische und ökologische Anforderungen
Integration in vorhandene Netze

Die Modellrechnung ist also das Scharnier zwischen physikalischer Idee und realer Landschaft.

Ein erster Software-Prototyp im Hintergrund

Parallel zu diesen Überlegungen entsteht im Hintergrund ein Software-Prototyp, der genau diese Zusammenhänge simulieren soll.

Zunächst läuft dieser Prototyp als lokale Anwendung auf meinem Entwicklungsrechner.
Die Idee: Massen, Höhen und Konfigurationen können dort variiert und dynamisch durchgerechnet werden.
Später soll daraus eine Plattform werden, mit der sich Szenarien visualisieren und vergleichen lassen.

Die reale technische Zeichnung eines Mechanismus dient dabei als Referenz:
Was zunächst auf Papier konstruiert wurde, wird Schritt für Schritt in ein mathematisches Modell übersetzt – und anschließend in Software ausprobiert.

Konkretes Rechenbeispiel: 100-Tonnen-System mit 4 Flügeln

Das nachfolgende Beispiel ist noch Spielerei. Die Vision geht noch viel weiter und wir denken später noch in Dimensionen der Größenordnung eines Berges.

„Die Skalierung liegt im Detail“

Um das etwas greifbarer zu machen, schauen wir uns ein vereinfachtes Beispiel an.
Alle Zahlen sind bewusst gerundet und dienen nur dazu, Größenordnungen abzuschätzen – nicht als Bauplan.

Ausgangsannahmen

Gesamtgewicht: 100 Tonnen
Aufteilung: 4 Flügel, je 25 Tonnen
Radius des Kreises: 20 m
- Durchmesser der Anlage: ca. 40 m
Effektive nutzbare Fallhöhe pro Flügel und Zyklus: 20 m
Umfangsgeschwindigkeit:
- Variante A: 40 km/h (≈ 11,1 m/s)
- Variante B: 50 km/h (≈ 13,9 m/s)
Gesamtwirkungsgrad (Mechanik + Generator): η = 80 %

Schritt 1: Energie pro Umdrehung

Potenzielle Energie pro Flügel:

E_Flügel = m · g · h
m = 25.000 kg
g ≈ 9,81 m/s²
h = 20 m

E_Flügel ≈ 25.000 · 9,81 · 20 ≈ 4,9 MJ

Vier Flügel:

E_Umdrehung ≈ 4 · 4,9 MJ ≈ 19,6 MJ
(also ca. 19.600.000 Joule pro vollständiger, „ausgenutzter“ Umdrehung)

Schritt 2: Drehzahl bei 40–50 km/h

Umfang des Kreises:

U = 2 · π · R ≈ 2 · π · 20 m ≈ 125,7 m

Drehzahl:

bei 40 km/h (≈ 11,1 m/s): n ≈ 11,1 m/s / 125,7 m ≈ 0,088 U/s
→ ca. 5,3 Umdrehungen pro Minute
bei 50 km/h (≈ 13,9 m/s): n ≈ 13,9 m/s / 125,7 m ≈ 0,11 U/s
→ ca. 6,6 Umdrehungen pro Minute

Schritt 3: Leistung am Generator

Leistung = Energie pro Umdrehung × Umdrehungen pro Sekunde.

Variante A – 40 km/h P_brutto ≈ 19,6 MJ · 0,088 ≈ 1,73 MW
P_netto (mit 80 %) ≈ 1,4 MW
Variante B – 50 km/h P_brutto ≈ 19,6 MJ · 0,11 ≈ 2,17 MW
P_netto (mit 80 %) ≈ 1,7 MW

Über 24 Stunden Dauerbetrieb wären das:

bei 40 km/h: ≈ 33 MWh pro Tag
bei 50 km/h: ≈ 42 MWh pro Tag

Wohlgemerkt: Das sind idealisierte Dauerwerte ohne Wartungspausen, Lastwechsel, Regelstrategien oder Sicherheitsreserven.

Dezentralisierte Heimkraftwerke: Mini-Module im PC-Lüfter-Format

Neben großen, zentralen Schwerkraftkraftwerken ist ein weiterer Baustein interessant:
kleine, dezentralisierte Heimkraftwerke, die überall dort Energie einspeisen, wo Menschen leben und arbeiten.

Die Idee ist, den gleichen Grundmechanismus – Masse, Gravitation, Kippbewegung – auf eine Baugröße zu skalieren, die eher an einen PC-Lüfter erinnert:

Rotordurchmesser im Bereich von ca. 10–15 cm
magnetische Lagerung zur Minimierung von Reibung
einteiliges Rad, damit es bei hohen Drehzahlen stabil bleibt
interne Kippmechanik der Gewichte, die in der Führung gesichert ist
sehr geringe Toleranzen („minimales Spiel“), damit der Effekt auch bei hohen Geschwindigkeiten erhalten bleibt

Solche Mini-Module könnten in großer Stückzahl produziert und z. B. in Haushalten, Kellern, Serverschränken oder technischen Räumen installiert werden.

Beispielrechnung: Mikro-Rotor mit 7000 U/min

Um eine Vorstellung zu bekommen, was so ein Heimkraftwerk im Kleinen leisten könnte, nehmen wir ein stark vereinfachtes Modell:

Rotorradius: 0,06 m (entspricht ca. 12 cm Durchmesser, also typische PC-Lüfter-Größe)
Drehzahl: 7000 U/min
- ≈ 117 Umdrehungen pro Sekunde
Gesamtmasse der aktiven Gewichte: 1 kg
- verteilt z. B. auf vier kleine Kippgewichte à 0,25 kg
effektive Fallhöhe pro Zyklus/Kippbewegung: 0,04 m
- also ein kleiner Höhenunterschied, der durch das Kippen im Schwerkraftfeld real genutzt wird
Gesamtwirkungsgrad: η = 80 %

Die nutzbare potenzielle Energie pro Zyklus (eine Umdrehung mit einmal vollständigem „Fallen“ der Gewichte) ist dann:

E_Zyklus ≈ m · g · h
≈ 1 kg · 9,81 m/s² · 0,04 m
≈ 0,39 Joule

Bei rund 117 Umdrehungen pro Sekunde ergibt sich eine Bruttoleistung von:

P_brutto ≈ 0,39 J · 117 1/s ≈ 45 W

Mit 80 % Wirkungsgrad blieben davon:

P_netto ≈ 36–37 W

Das entspricht grob einem kleinen LED-Panel, Router + Kleingeräten oder einem Teil des Grundlastbedarfs eines Haushalts.

Skaliert man die Masse moderat nach oben, z. B. auf 2 kg Gesamtgewicht im Rotor (immer noch kompakt, aber schon sehr dicht bestückt), landet man in einer Größenordnung von:

≈ 70–75 W Nettoleistung pro Modul

Drehzahl, Umfangsgeschwindigkeit und Belastung

Bei 7000 U/min auf 6 cm Radius ergeben sich:

Umfangsgeschwindigkeit ≈ 44 m/s
- das entspricht etwa 160 km/h an der Rotorkante
Zentripetalbeschleunigung im Bereich von einigen tausend g

Das ist für große, meterweite Strukturen extrem problematisch,
für kleine, sehr steife Bauteile aber prinzipiell beherrschbar – ähnlich wie bei Hochgeschwindigkeits-Rotoren, Turbinen oder Laborzentrifugen.

Wichtig ist:

Die hohe Drehzahl sorgt nicht dafür, dass „mehr Gravitation“ entsteht.
Sie sorgt dafür, dass der Gravitationshub (m · g · h) sehr oft pro Sekunde genutzt werden kann.
Die Limits liegen hier klar in Material, Lagerung, Auswuchtung und Sicherheitsumhausung, nicht in der zugrunde liegenden Energierechnung.

Was bringt das global?

Ein einzelnes Mini-Heimkraftwerk mit z. B. 50–70 W Dauerleistung revolutioniert nicht den Weltenergiebedarf.
Aber:

Wenn Hunderte Millionen oder Milliarden Menschen solche Module besitzen und betreiben,
summieren sich viele kleine Beiträge zu einem spürbaren Gesamtstrom.

Ganz grob gedacht:

1 Milliarde Heimkraftwerke × 50 W Durchschnittsleistung
→ ≈ 50 Gigawatt
2 Milliarden Heimkraftwerke × 50 W
→ ≈ 100 Gigawatt

Damit wären solche Systeme eher als dezentrale Ergänzung zum Gesamtnetz interessant –
lokale Grundlast, Puffer für einzelne Haushalte und symbolisch auch als Teil einer neuen Energiekultur:
Jeder Erdbewohner trägt ein kleines Stück aktive Schwerkraftnutzung direkt bei sich zu Hause.

🌍 Schwerkraft in der Größenordnung eines Berges

Wenn wir über Schwerkraftkraftwerke sprechen, meinen wir nicht bloß eine Maschine – wir reden von ganzen Massenlandschaften, die sich bewegen.
Doch bevor man sie bewegen kann, muss man sie tragen, führen und stabilisieren.

1️⃣ Die Größenordnung des Gedankens

Ein Block von hundert Millionen Tonnen.
Ein Gewicht, das fast eine Billion Newton auf die Welt drückt.
So viel, dass selbst ein Berg zu atmen beginnen würde.
Kein Material, kein Magnet, kein Stahl kann das ohne Strategie allein halten.
Darum geht es nicht um Kraft, sondern um Architektur.

2️⃣ Die Grenzen der Magnetik

Magnete sind keine Wunderwesen.
Sie enden dort, wo das Material „nein“ sagt – bei ein paar Tesla Feldstärke,
bei Spannungen, bei Kühlung, bei Sicherheit.
Ein Berg auf Magneten würde die Natur selbst zum Vibrieren bringen.
Doch die Lösung liegt nicht im Mehr, sondern im Anders.

3️⃣ Duale Systeme – Tragen und Schweben

Wir müssen nicht alles schweben lassen.
Die Tragstruktur darf schwer, roh, klassisch sein – Stahl, Beton, Seil, Gestein.
Sie trägt das Gewicht.
Die Magnete übernehmen das Feine – Führung, Reibungsfreiheit, Balance.
So entsteht eine Symbiose von Masse und Feld:
das eine stabil, das andere beweglich.

4️⃣ Modular statt monolithisch

Nicht ein Gott-Klotz, sondern tausend geordnete Kolosse.
Jeder Schacht ein Modul, jede Masse ein Speicher.
Ein Berg als Rechenzentrum der Gravitation –
tausend Systeme, die sich heben und senken wie ein Atemzug.
Redundanz statt Risiko, Wartung statt Wahn.

5️⃣ Ruhe und Rotation

Die großen Gewichte dürfen langsam atmen –
Meter pro Sekunde, nicht Mach.
Für die schnellen Impulse übernehmen rotierende Speicher:
kleine, hochdrehende Schwungräder, magnetgelagert, präzise.
So trennt sich die Schwerkraft-Statik von der Energie-Dynamik.

6️⃣ Fazit

Wir bauen keine fliegenden Berge.
Wir bauen bewegte Geometrien,
die mit Gravitation spielen wie mit einem Instrument.

Beton hält.
Magneten führen.
Masse atmet.
Und Energie fließt.

Das ist der wahre Kern des Schwerkraftkraftwerks:
Nicht ein Objekt, sondern ein Prinzip –
eine neue Art, Gewicht, Raum und Zeit zu verknüpfen.

1️⃣ Was wir da überhaupt stemmen wollen

Sagen wir, wir bleiben „bescheiden“ und nehmen einen 100 Mio.-Tonnen-Block (also:

100.000.000 t=1011 kg100.000.000 \,\text{t} = 10^{11} \,\text{kg}100.000.000t=1011kg

Sein Gewicht: F=m⋅g≈1011⋅9,81≈9,8⋅1011 NF = m \cdot g \approx 10^{11} \cdot 9{,}81 \approx 9{,}8 \cdot 10^{11} \text{ N}F=m⋅g≈1011⋅9,81≈9,8⋅1011 N

Wenn wir das mit Magneten tragen wollen, heißt das:

Wir brauchen Magnetlager, die zusammen fast
eine Billion Newton Gegenkraft liefern.

Selbst wenn wir erlauben, dass die Struktur bis zu 40 MPa (40 N/mm²) „drückt“ – was schon brutal ist – bräuchtest du eine Lagerfläche von grob:

~25.000 m²
→ das entspricht ca. 156 m × 156 m Auflagefläche.

Und das nur für die Kraft – nicht für Reserve, Dynamik, Schwingungen etc.

2️⃣ Warum Magnete in der Größenordnung schwierig werden

Probleme bei „Berg-Magnetlagern“:

Feldstärke-Limit
- Dauer-Magnete: typ. 1–1,5 Tesla
- Supraleitende Magneten: 5–20 Tesla, aber super aufwendig, Kühlung, Sicherheit
  → Du kannst nicht beliebig „mehr Feld“ machen, das Material sagt irgendwann: Nope.
Mechanische Spannungen
- Ein Magnet, der solche Kräfte hält, steht selbst unter gewaltigem Zug/Druck.
- Das sind Dimensionen, bei denen dir Stahl reißt, Beton platzt und ganze Trägerebenen „knacken“, wenn irgendwas unsauber ist.
Dynamik
- So ein Gigant bewegt sich nie perfekt ruhig.
- Kleine Schwingung → bei der Masse = gigantische Impulse.
- Wenn du das mit Magneten abfangen willst, brauchst du ultra-präzise Regelung und irre Redundanz.

3️⃣ Trick: Wir brauchen gar keine Voll-Magnetlager

Die gute Nachricht:
👉 Für ein Berg-Schwerkraftkraftwerk müssen wir die Masse gar nicht voll „magnetisch schweben lassen“.

Wir können trennen in:

Tragstruktur (Gewicht tragen)
- Das können ganz klassisch tun:
  - Stahlbeton-Kammern
  - Stahlrollen / Schienensysteme
  - Seile + Umlenkrollen
  - hydraulische / hydrostatische Lager (Öl/Wasserfilm)
- Die machen den „dummen, harten“ Teil: purer Druck, purer Zug.
Magnete nur für Reibungsreduktion / Führung
- Magnete können:
  - seitliche Führung entlasten
  - Schwingungen dämpfen
  - Rollen/Schienen teilweise entlasten
- Dann reden wir plötzlich über z. B. einige Prozent des Gesamtgewichts, nicht 100 %.

So würdest du:

die „Bergmasse“ klassisch lagern
und Magnete nur da nutzen, wo sie stark sind:
→ Reibung niedrig halten, Bewegungen glätten, Lager entlasten.

4️⃣ Cleverer Aufbau statt „ein Mega-Klotz“

Noch ein wichtiger Punkt:
Statt einem gigantischen Block kann man auch:

🔹 Viele kleinere Gewichte im Berg verteilen

z. B. 1000 Stück à 100.000 t
Jeder in einem eigenen Schacht / eigener Führung
Jeder mit eigenem Motor/Generator

Vorteile:

Redundanz (wenn eins hängt, läuft der Rest weiter)
Magnet- und Lagertechnik bleibt im realistischeren Bereich
Wartung überhaupt machbar
Lastverteilung im Gestein deutlich angenehmer

Du hättest dann quasi einen „Schwerkraft-Rechenzentrum-Berg“:
1000 Module, alle heben und senken ihre Gewichte, gesteuert wie ein Energiespeicher-Cluster.

5️⃣ Rotierende Teile vs. translationale Teile

Magnete sind besonders sexy bei:

Hochdrehzahl-Flywheels (Magnetlager → kaum Reibung)

Aber dein Berg-Klotz muss gar nicht rasen, sondern:

schön ruhig auf- und abfahren
Geschwindigkeit ist sowieso durch Sicherheit begrenzt (10 km/h war dein Spaßwert, real wären eher cm/s bis wenige m/s).

Daher könnte ein realistischer Aufbau sein:

Große vertikale Gewichte (Bergmasse) → langsam hoch/runter → liefern relativ gleichmäßige Leistung.
Kompakter Hochdrehzahl-Speicher (Flywheel mit Magnetlager)
- puffert schnelle Schwankungen
- braucht deutlich kleinere Magnete, weil die Masse dort viel geringer ist (z. B. nur Tonnen-Bereich)

6️⃣ Fazit in Klartext

In Berg-Größenordnung werden Voll-Magnetlager für das ganze Gewicht tatsächlich absurd.
Aber:
- Wir können das Konzept drehen:
  👉 Tragkraft = Stahl, Beton, Seile, Schienen
  👉 Magnete = Reibung reduzieren, Führung stabilisieren
Dazu besser:
- Viele große, aber nicht astronomische Gewichte statt einem Gottklotz.
- Und ggf. extra Flywheel mit Magnetlager für schnelle Leistungsspitzen.

In den kommenden Beiträgen erweitern wir den Blick:
vom planetaren Schwerkraftsystem hin zu Orbital-Anwendungen.
Wir sprechen über Raumschiffe im inneren und äußeren Orbit,
über Schwerkraft als Antrieb und als stabilisierendes Feld,
sowie über die Nutzung von Monden und Trabanten
als natürliche Speicher- und Energieknoten im kosmischen Netz.

🚀 Ausblick: Jenseits des Planeten
– Inner Orbit
– Outer Orbit
– Trabanten und Monde

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