Prof. Dr.-Ing. Steffen Großmann, Technische Universität Dresden Foto: TU Dresden/IEEH

Es ist ein faszinierendes Naturschauspiel: Gewitterwolken ziehen heran und verdunkeln den Himmel, das Grollen des Donners wird immer lauter. Schließlich erhellt das Zucken eines Blitzes die Finsternis. Rund zwei Millionen Mal blitzt es laut Statistik pro Jahr in Deutschland. Doch lässt sich aus dieser Naturgewalt Energie gewinnen?

Aufschluss darüber erbaten wir bei Prof. Dr.-Ing. Steffen Großmann vom Institut für elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik (IEEH) an der Technischen Universität Dresden. Hier hat er eine Professur für Hochspannungs- und Hochstromtechnik inne. Im institutseigenen Hochspannungslabor simulieren Studenten und Wissenschaftler Blitze. Sie untersuchen deren Wirkung auf elektrische Isolierungen, um so die Geräte und Anlagen der elektrischen Energieversorgung möglichst sicher zu machen.

Naturschauspiel am Himmel: Die Stromstärke eines Blitzes kann einige hunderttausend Ampère erreichen. Foto: Martin Wolf

Was ist ein Blitz?

Gewitter entstehen bei bestimmten Wetterlagen, vorzugsweise bei hoher Temperatur und Luftfeuchte. Blitze sind elektrische Entladungen, die meistens zwischen unterschiedlich geladenen Wolken oder zum geringeren Teil auch zwischen einer Wolke und der Erde entstehen.

Wann schlägt ein Blitz ein?

Der Zeitpunkt einer Blitzentladung hängt von einer Vielzahl von meteorologischen, örtlichen und umgebungsbedingten Einflussgrößen ab und kann in keiner Weise vorherbestimmt werden. Er ist somit ein zufälliges Ereignis.

Über das Jahr sind die Blitzeinschläge sehr ungleich verteilt. Nahezu alle Blitze in unserer Region werden in den Sommermonaten gezählt, während sie in den anderen Monaten äußerst selten vorkommen.

Wo schlägt der Blitz ein?

Aus der Umgebung herausragende Objekte wie Bäume, Schornsteine oder Türme sind für Blitzeinschläge besonders anfällig und daher gefährdet. Wo jedoch ein Blitz genau einschlägt, entscheidet sich erst wenige zehn oder hundert Meter vor dem Einschlagen und kann somit nicht vorherbestimmt werden.

In der Region Dresden ist im Mittel mit etwa zwei bis drei Blitzeinschlägen pro Quadratkilometer im Jahr zu rechnen – eine vergleichsweise geringe Erdblitzdichte. Daher lässt sich der Blitz mit vertretbarem Aufwand nicht wirtschaftlich und zuverlässig einfangen.

Wie groß sind Spannung und Stromstärke eines Blitzes?

Bei Wolke-Erde-Blitzen ist eine Spannung von mehreren zehn Millionen Volt erforderlich, damit die Blitzentladung überhaupt starten kann. Derartig hohe elektrische Spannungen sind technisch in Geräten nicht sicher beherrschbar. Der Strom, der dabei fließt, kann kurzzeitig Höchstwerte von einigen zehn- bis wenigen hunderttausend Ampère erreichen.

Wie lange dauert ein Blitz?

Der Stromfluss eines Blitzes dauert nur einige tausendstel Sekunden. Die darin enthaltene Energie müsste in dieser extrem kurzen Zeit gespeichert werden, um dann über einen längeren Zeitraum wieder an Verbraucher abgegeben zu werden. Derartige Speicher wären nur sehr aufwändig herstellbar.

Blick ins TU-Hochspannungslabor, in dem Studenten und Wissenschaftler auch Blitze simulieren. Foto: TU Dresden/IEEH

Welche Energie steckt in einem Blitz?

Die meiste Energie benötigt der Blitz zum Aufbau des sehr langen, etwa 10.000 Grad Celsius heißen Entladungskanals, der zwischen der Wolke und der Erde entsteht. Wir nehmen ihn akustisch als Donner und optisch als Lichtblitz wahr.

Betrachtet man die Energie, die an der Einschlagstelle in Wärme umgewandelt wird, so reicht diese bei einem Blitz von durchschnittlicher Stärke gerade aus, um weniger als einen Kubikzentimeter Stahl zum Schmelzen zu bringen. Das ist genug, um ein Loch in ein Blech zu brennen, ein Feuer zu entzünden oder eine Explosion auszulösen. Mit dieser Energie könnte man auch eine 75-Watt-Leuchte eine Minute lang betreiben. Das ist jedoch für energietechnische Anwendungen nicht ausreichend.

Fazit

Blitze sind in unserer Region ein eher seltenes, örtlich und zeitlich nicht vorhersagbares Ereignis von extrem kurzer Dauer mit einem an der Einschlagstelle geringen Energiegehalt. Damit ist eine technische und wirtschaftliche Nutzung zur Energiegewinnung nicht möglich.

Wie Blitz und Donner entstehen, erklärt dieses Video.