Blitzblindleistung

Die wahrscheinlich bekannteste deutsche Fachfirma auf diesem Gebiet berichtet allerdings, dass sie Fragen zum Energie-Inhalt von Blitzen und ähnliche sehr oft gestellt bekommt und deswegen schon einen Abschnitt auf ihrer Webseite dazu veröffentlicht hat [2].

Die erste Frage, die es in diesem Zusammenhang zu beantworten gilt, ist:

Wie viel Energie steckt denn darin?

Energie von Blitzen

Folgende Abschätzung mag hier helfen:

• Die Durchschlagsfestigkeit von Luft liegt bei etwa 2 – 3 kV/mm, also 3 × 10³ V/10^-3 m. Bei Gewitter liegt der Wert wegen des hohen Feuchtegehalts und vor allem wegen der Ionisation der Luft aber wesentlich niedriger: „Allerdings wurden solche Feldstärken in einer Gewitterwolke noch nie gemessen. Messungen ergeben nur extrem selten Feldstärken von über 200 kV/m.“ [3]

• Die Länge eines Blitzes schwankt sehr stark. Als Mittelwert kann man von etwa 2 – 3 km ausgehen [2]. Demnach müsste unter „normalen“ Umständen eine Spannung deutlich über 1 0¹⁰ V (10 GV) „dahinter stecken“, ehe es zum Überschlag kommt. Rechnen wir also hier mit 1 GV weiter.

• Der Scheitelwert eines Blitzstoßstroms kann bei 200 kA liegen, in tropischen Regionen auch 400 kA. Rechnen wir mit 100 kA, also 10⁵ A, für einen mehr oder weniger üblichen Blitz.

• Nun fehlt noch die Zeit. Der Blitz ist „blitzschnell“ wieder vorbei, aber die Dauer ist schwierig einzugrenzen, da sie stark streut. In den Normen gibt es z. B. eine Standard-Stoßwelle mit einer „Stirnsteilheit“ t₁ von 1 µs und einer „Rückenhalbwertszeit“ t₂ von 200 µs. Eine andere Norm-Stoßwelle wartet mit t₁ = 0,25 µs und t₂ = 100 µs auf und eine dritte als energiereichste, die uns nachfolgend als Beispiel dienen soll, mit 10/350 µs (Tabelle 1). Nehmen wir also vereinfacht einen Rechteck-Impuls von 10⁵ A und einer Dauer von 10^-3 s an.

• So gelangen wir zur Energie: 10⁹ V × 10⁵ A × 10^-3 s = 1 0¹¹ Ws = 10² GJ ≈ 28 MWh.

Tabelle 1: Tab. 1 (Quelle: HUSS-MEDIEN GmbH)

Damit hätte ein Blitz im Jahresmittel von 2019 an der Energiebörse EEX immerhin 1 144 € erbracht!

Die genannte Fachfirma vergleicht den Energie-Inhalt einer Blitzentladung allerdings mit dem von 10 l Heizöl [2].

Diese Menge liefert jedoch nur einen Heizwert von etwa 100 kWh (während bezüglich der Spannung auch dort und an anderen Stellen [4] von „mehreren 100 Millionen Volt“ die Rede ist). Das ist ein Widerspruch. Wie ist dieser aufzulösen?

Elektrische Energie direkt aus der Natur?

Denn natürlich melden sich sofort wieder die Enthusiasten mit Abschätzungen zu Wort, denen zu Folge auf der Erde insgesamt im Durchschnitt ständig 2 000 Gewitter niedergehen, die zusammen etwa 30 bis 100 Blitze pro Sekunde auf der Erde einschlagen lassen. 100 Blitze pro Sekunde repräsentieren nach obiger Rechnung rein theoretisch immerhin schon die unvorstellbare Leistung von 10 TW. Das Wasserkraftwerk von Itaipú [5] schafft „nur“ 14 GW Dauerleistung.

Alle Flüsse dieser Welt in einen einzigen Staudamm zu leiten wäre zwar auch absurd, aber immer noch ein wenig weniger absurd als ständig allen Gewittern dieser Welt hinterher zu jagen.

Rekord

100 Blitze pro Sekunde klingt nach viel, doch umgerechnet auf die gesamte Oberfläche der Erde ergibt das nur einen Blitz im Jahr auf jeweils 4 km².