TEIL C

MUSKELKRAFT

Treten und Tanzen (2)

Der Industriedesign-Ingenieur Laurence Kemball-Cook entwickelt 2009 während seiner Erforschung kinetischer, netzferner Energielösungen an der Loughborough University im Zuge seines Abschlusses ein weiteres Trittplatten-Konzept, das er Pavegen nennt. Schon im selben Jahr gründet er die Firma Pavegen Systems Ltd. mit Sitz in London, um seine Fußboden-Energietechnik weiter zu entwickeln und zu fertigen, die primär aus Edelstahl und recycelten Materialien hergestellt wird. Während die Oberfläche in einer Vielzahl wählbarer Farben aus dem Gummi von recycelten LKW-Reifen besteht, sind die internen Komponenten aus recyceltem Aluminium. Das System hat eine geschätzte Lebensdauer von fünf Jahren, was etwa 20 Millionen Schritten entspricht.

In der Mitte jeder 45 x 60 cm großen Platte ist eine kleine Scheibe, die beim Betreten um ungefähr 5 mm zusammengedrückt wird, was zur Umwandlung der kinetischen Energie der Fußgängerschritte in Strom führt. Dieser wird dann entweder in einer internen Li-Io-Batterie gespeichert oder zu einer Lichtquelle geführt, die selbst aber nur 5 % der erzeugten Energie verbraucht. Die genaue Technik behandelt Pavegen als Geheimnis, bekannt ist nur, daß sie auf dem piezoelektrischen Effekt und der Induktion von Kupferspulen und Magneten basiert, wobei jeder Tritt 7 – 8 W erzeugt.

Im Jahr 2010 werden die Pavegen-Platten an mehreren Orten in East London getestet, während die Firma von zwei (ungenannten) Investoren bei drei Finanzierungsrunden insgesamt 4,12 Mio. $ einnimmt, nachdem die ursprüngliche Startfinanzierung 350.000 £ betragen hatte.

Als Teil einer Partnerschaft zwischen der Stadt London und Pavegen finden im Sommer 2010 Tests in einer großen U-Bahn-Station statt, in der die Platten auf Treppen installiert werden um die Energie des Fußgängerverkehrs auf diesen Treppen zu ernten und mit dieser mindestens 25 % des Energiebedarfs der Station zu decken (nicht verifiziert). Dem Unternehmen zufolge sollen fünf Stunden mit hoher Kundenfrequenz ausreichen, um LED-Beleuchtungssysteme für 12 Stunden mit Strom zu versorgen. Letztliches Ziel ist die Installation von rund 16.000 Stück dieser Trittplatten in der gesamten Stadt während der Olympischen Sommerspiele 2012.

Die VW-Tochter Skoda macht auf der Pariser Automobilausstellung im Oktober 2010 Werbung für die zweite Generation GreenLine Hybrid-Fahrzeuge sowie für ein vollelektrisches Konzeptfahrzeug namens Octavia Green E, indem sie auf ihrem Massestand eine Anzahl der Pavegen-Fliesen installiert, deren Ertrag verwendet wird, um zusätzliche Energie für den Stand zu liefern.

Nach zwei Jahren der Produktprüfung, so auch ab Januar 2011 in der Canterbury school, einem Gymnasium in Kent, sowie einer ganzen Reihe von Auszeichnungen, die Pavegen in Großbritannien einheimst, erhält die Firma im September ihren ersten kommerziellen Auftrag zur Installation von 20 Energieplatten in dem neuen Einkaufszentrum von Westfield Stratford City, das rund 30 Millionen Kunden im Jahr erwartet. Geplant ist ein Gitter aus Pavegens in einem Gang im Freien zwischen dem Einkaufszentrum und dem Londoner Olympischen Hauptstadion. Je nach Nutzungsgrad des Gehwegs soll das Gitter in der Lage sein, bis zu 50 % der gesamten Außenbeleuchtung des Zentrums zu versorgen.

Im Laufe des Jahres 2012 führt Pavegen europaweit zahlreiche Projekte und Studien durch. Dabei werden die Fliesen beim 4-Tages-Festival auf der Isle of Wight mit 50.000 Feiernden ebenso installiert wie im Januar auf dem Weltwirtschaftsforum in Davos, Schweiz, wodurch wenigstens die kinetische Energie der Delegierten zu etwas Nützlichem eingesetzt wird.

Von den großen Plänen zur Olympiade bleibt allerdings nur ein äußerst bescheidener Rest: ganze zwölf Energiefliesen werden in den Belag einer Behelfsbrücke nahe der West Ham Station eingelassen, die auch gerade mal ausreichen um eine gleiche Anzahl von an der Brücke angebrachten LED-Strahlern zu versorgen. Und als die Firma im Januar 2013 versucht, über Kickstarter eine Summe von 50.000 £ einzunehmen, um die Fliesen in zwei Schulen zu installieren, eine in den USA und die andere in Großbritannien, kommen nur 1.475 £ zusammen, eine weitere Enttäuschung. Möglicherweise tröstet es Kemball-Cook ein wenig, daß er als Businessman of the year 2013 ausgezeichnet wird.

Wesentlich erfolgreicher – zumindest vom Werbeeffekt her – ist demgegenüber ein Einsatz im April, als 176 Fliesen über eine Fläche von 25 m² auf der Strecke des Paris-Marathon ausgelegt werden. Die 40.000 Läufer erzeugen etwa 7 kWh Strom, der aber nur rund 35 Cent wert ist. Was auch eine Schwäche dieser Technologie offenbart, bei der es kaum eine Art von Dauerbetrieb gibt. Eine weitere Barriere sind die Kosten, die Pavegen durch eine gesteigerte Produktion zwar schon auf fast die Hälfte reduziert hat. Um marktfähig zu werden, müßte der Preis für jede Kachel aber auf 76 $ sinken (den tatsächlichen Preis habe ich noch nicht herausfinden können).

Im September 2013 werden 24 kinetische Fliesen auf 12 m eines Gangs der Simon Langton Grammar School in Kent installiert, im Februar 2014 folgen sechs Stück in der Mitte eines Korridors des Innovation- und Forschungsbüro der staatlichen Eisenbahngesellschaft Frankreichs SNCF in Paris, und nur einen Monat später wird gemeinsam mit Samsung und als Teil der Kampagne ,What If I Can’ zur Förderung einer optimistischen und aktiven Denkweise im Sandton City Einkaufszentrum in Johannesburg eine bis Ende Mai befristete Installation aus 68 Fliesen eröffnet.

Die kinetische Energie-System versorgt nicht nur eine interaktive Anzeige von Echtzeit-Daten mit sofortigem visuellen Feedback – sondern die gesammelte Energie aus den monatlich mehr als zwei Millionen Schritten wird in Batterien gespeichert und verwendet, um benachteiligten Gemeinschaften in Südafrika Beleuchtung, Heizung und grundlegende alltägliche Annehmlichkeiten zu bieten.

In einer Favela in Rio de Janeiro wird im September 2014 der erste Fußballplatz eingeweiht, bei dem die Energie der Spieler die Flutlichter zum Leuchten bringt. Mit 200 unter dem Rasen installierten Fliesen ist es das bislang größte Projekt von Pavegen.

Die Umsetzung des Torro da Mineira Projekts erfolgt im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der brasilianischen Fußball-Legende Pelé und der Firma Royal Dutch Shell, die das Ganze im Zuge ihrer Marketingkampagne ,Make the Future’ sponsert.

In einer im September 2014 veröffentlichten Studie von Li Xiaofeng und Vladimir Strezov an der australischen Macquarie University in Sydney wird allerdings am Beispiel eines der Hauptgebäude der Universität vorgerechnet, daß die Bedeckung jener 3,1 % des Bodens, der den meisten Fußgängerverkehr sieht, pro Jahr geschätzte 1,1 MWh Strom erzeugen würde – was gerade mal ausreicht um etwa 0,5 % des Energiebedarfs des Gebäudes zu decken, also kaum wirtschaftlich ist.

Trotz des Mißerfolgs bei der Crowdfunding-Kampagne im Vorjahr gibt das Unternehmen bekannt, daß die Riverdale Country School die erste Fachhochschule in den Vereinigten Staaten sein wird, in welcher acht Energiefliesen installiert werden – zusammen mit einen Monitor, der jedes Mal, wenn auf die Fliesen getreten wird, sowohl die produzierte Energie als auch die Gesamtausbeute anzeigt, sowie einer Handy-Ladestation.

Doch langsam stellen sich auch geschäftliche Erfolge ein. Die Mayor Vincent Gray’s Sustainable D.C. Initiative zahlt beispielsweise 200.000 $, damit ab Oktober 2014 ein kleiner Park mittels 100 Stück der kinetischen Platten beleuchtet werden kann. Kalkuliert wird mit 30.000 Menschen, die täglich über den damit ausgestatteten Weg laufen. Auf der im Mai beginnenden Expo 2015 in Mailand installiert Pavegen für Coca-Cola eine 30-Fliesen Tanzfläche. Und als Pavegen ebenfalls im Mai einen zweiten Finanzierungsversuch über Crowdcube unternimmt, der führenden Aktiencrowdfunding-Plattform, kommen bis Juli über 2 Mio. £ zusammen, weshalb uns die Firma fürs erste wohl erhalten bleibt.

Im Dezember 2015 wird bekannt, daß nun auch der US-amerikanische Musiker, Songwriter und Musikproduzent senegalesischer Herkunft (und Besitzer einer Diamantenmine in Südafrika) Akon der Shell-Aktion beigetreten ist. In Akoka, Lagos, wird dementsprechend an der Nationalen Bildungsakademie Afrikas erster muskel- und solarbetriebener Fußballplatz eröffnet, der mit mehr als 90 Fliesen ausgestattet ist. Der innovative Fußballplatz wird auch in der kommenden Musikvideo des Künstlers eine Rolle spielen.

Im Jahr 2016 kommt die Version V3  auf dem Markt, die eine dreieckige Form besitzt und mit drei Generatoren ausgestattet ist, von denen pro Tritt immer einer getroffen und aktiviert wird. Jedes der V3-Paneele hat drei 50 cm lange Seiten und kann Schritte in 5 W Dauerleistung umwandeln.

Im November wird mit der US-Regierung an einer Installation in Washington D.C. gearbeitet. Mit drei der größten V3-Arrays soll die Energie aus dem Fußgängerverkehr am DuPont Circle, einem der am stärksten frequentierten Bereiche der Stadt, gespeichert werden, um die Beleuchtung rund um das Gebiet vollständig netzunabhängig zu machen.

Als Pilotprojekt wird im Juni 2017 in London in Zusammenarbeit mit der Agentur OMD der erste energieerzeugende Fußgängerweg eröffnet. Dabei handelt es sich um knapp 10 m² auf der begrünten Bird Street im Londoner West End.

Der erzeugte Storm dient dazu, die flankierende Beleuchtung zu versorgen und – gemäß dem Straßennamen – einen Vogelgesang-Sound einzuspielen. Außerdem ist das System mit Bluetooth ausgestattet, um die Interaktion mit den Smartphones seiner Nutzer zu gewährleisten: Wer genug Strom erzeugt, erhält als Belohnung einen Gutschein des angesiedelten Einzelhandels.

Im Oktober tut sich die Pavegen mit Google zusammen, um das Festival of Lights 2017 in Berlin interaktiv zu gestalten. Auch diese Installation in der KulturBrauerei umfaßt ebenfalls das V3-Bodensystem, ist mit 26 m² aber beträchtlich größer. Hier löst der Strom Leuchtplatten aus, die in den Wänden der Anlage eingebettet sind.

Im Februar 2018 wird eine Absichtserklärung mit Siemens unterzeichnet, um die Pavegen-Technologie in Smart-City-Projekten auf der ganzen Welt einzusetzen.

Und im Dezember wird auf dem Flughafen Abu Dhabi ein 16 m² großer interaktive Fußweg eröffnet, der als gemeinsames Pilotprojekt von Pavegen and Masdar installiert wurde. Der Strom wird genutzt, um die Lampen zwischen den Terminals zum Leuchten zu bringen, und die Passagiere können auf einen Bildschirm sehen, wie viel Energie sie mit ihren Schritten generieren.

Auch in den Folgejahren realisiert die Pavegen diverse Projekte, die man auf der Firmenhomepage ansehen kann.

Der Entwurf eines interessanten multifunktionalen Trittplatten-Generators wird im Januar 2010 von dem Designer Stephen Chan Wing Tak vorgestellt.

Sein Eco-Energy Flooring System besteht aus sechs Schichten, von denen die oberste per Ultraschallschweißen abgedichtet das Eindringen von Feuchtigkeit in die unteren verhindert. Als nächstes gibt es eine OLED-Folie, die mit Buchstaben, Symbolen und Mustern programmiert von dem darunter erzeugten Strom beleuchtet wird. Die dritte Schicht besteht aus einem Schwammmaterial, das zur Dämpfung und Kraftverteilung des Drucks dient.

Unter dieser befindet sich dann die energieerzeugende piezoelektrische Kristallplatte, die wiederum auf der Leiterplatte und der als letzte Schicht installierten Papierbatterie aufliegt, welche die Energie  speichert. Die leicht zu transportierenden und einfach zu bedienenden bzw. zu nutzenden Platten verdienen eine nähere Betrachtung, da sie sich im Grunde perfekt als temporäre Personenleitsysteme nutzen ließen, die in allen Sprachen und mit jedweder Art von Zeichen funktionieren.

Im Jahr 2012 installieren Prof. Tolga Kaya und seine Studenten an der Central Michigan University ein Energy-Harvesting-Gerät, das seinen Strom ebenfalls aus den Schritten von Fußgängern erzeugt und etwa 5 W pro Stunde produziert. Geplant ist, auch Solar- und Windenergie mit einzubeziehen, um damit auf rund 50 W pro Stunde zu kommen.

Durch persönliche Korrespondenz informiert mich Adrian Gleinig im Juli 2013 über seine kurz zuvor eingereichte Abschlußarbeit an der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald. Er hatte mich im Februar besucht und wir hatten uns über zwei Stunden lang über die verschiedenen Technologien des Energie-erntens unterhalten.

In seiner Masterarbeit mit dem Titel ,Energy Harvesting – Energieversorgung durch Energieernte im urbanen Raum - Machbarkeitsstudie zu einem Energie produzierenden Bürgersteig in Berlin’, verweist er mehrfach auf unser Gespräch und erwähnt auch das Buch der Synergie.

Aus seiner Arbeit erfahre ich aber auch über Projekte, die es nie in die Öffentlichkeit geschafft haben. So hatte beispielsweise die Fraktion GFL/EVP im April 2011 ein ,Fussgänger/innen-Versuchs-Kraftwerk für Bern’ vorgeschlagen, um die von ihnen benötigte Straßenbeleuchtung selbst zu erzeugen. In dem Antrag wird auf eine entsprechendes Pilotprojekt in der französischen Stadt Toulouse verwiesen, wo die Hälfte der jährlichen Stromrechnung von den 70.000 Straßenlampen verursacht wird.

Das Projekt Trott-Èlec der Technischen Universität Toulouse, bei dem jeder Schritt eines Menschen die 20 cm dicke Gehwegplatte in Schwingung und dabei maximal 6 W Energie erzeugt, soll einen Beitrag dazu leisten, diese Kosten zu senken, steckt aber noch in der Entwicklungsphase. Und auch in Bern erfolgt die Ablehnung des erwähnten Vorschlags, hauptsächlich weil der Wirkungsgrad der Bodenplatten nach aktuellem Kenntnisstand so gering ist, daß sich der Aufwand nicht rechnet.

Die Tritt-Energie zusammen mit Solarpaneelen nutzt auch die in New York beheimatete Firma Volta Group, die mit einer EnGo CITY genannten öffentliche Ladestation für Mobiltelefone und Akku-Taschenlampen, die es auch als portable Version gibt, hauptsächlich Marketingaktionen für andere Unternehmen durchführt.

Eine erste EnGo-Station für bis zu 14 Mobilgeräte wird im September 2014 auf dem Campus der Webster University in St. Louis, Missouri, installiert. Sie kostet die Uni rund 20.000 $, besitzt eine Notfall-Gegensprechanlage und bietet kostenfreies WLAN.

Im Februar 2015 wird das Architekturbüro Gensler aus San Francisco mit dem London Planning Award ausgezeichnet - für das beste konzeptionelle Projekt namens London Underline, ein Vorschlag, die stillgelegten U-Bahntunnel der Stadt in ein Netz aus Rad- und Fußwegen zu verwandeln, auf denen auch die kinetische Energie der Fußschritte genutzt werden soll.

Im Übrigen gibt es auf der Seite instructables.com die sehr einfache Selbstbauanleitung für einen Trittplatten-Generator mit piezoelektrischen Kristallen. Und man muß auch nicht unbedingt nach Rotterdam oder London reisen, um durch Tanzen Strom zu erzeugen.

Der schon mehrfach erwähnte Mobilfunk-Dienstleister Orange unterstützt sein Geschäft mit teueren Gesprächsminuten, in dem er seinen Kunden Mitte 2008 den Dance Charge zur Verfügung stellt – ein Generator, der z.B. am Oberarm befestigt wird und der Wackeln und Schwingen in Strom umsetzt. Erstmals vorgestellt wird das Gerät auf dem Glastonbury-Festival. Es besitzt allerdings mehrere Vorläufer, wie wir sehen werden.

Die Technik selbst beruht auf der linearen Induktion – ein Experiment, das wir sicherlich alle eigenhändig  in der Schule durchgeführt haben: Bewegen wir einen Stabmagneten innerhalb einer Feldspule hin und her, dann induzieren wir einen Strom. Das nach Faraday benannte Prinzip ist fast so alt wie die (Neu)entdeckung der Elektrizität, wurde aber über Jahrzehnte hinweg kaum genutzt, da die Magnete noch relativ schwach waren und die mittels Rotation erzeugbare Strommenge wesentlich größer und auch leichter erzielbar war.

Dies hat sich inzwischen geändert, und schon seit einigen Jahren gibt es in Baumärkten und im Elektronikfachhandel batterielose Taschenlampen zu kaufen, die mit eben diesem Schüttel-Prinzip funktionieren - auch ich selbst besitze eine davon.

Die Faraday-Taschenlampe wird waagerecht gehalten und 30 Sekunden lang mit gemäßigter Kraft geschüttelt, jeweils 3 mal pro Sekunde. Dabei wird der mittels Seltenerdmagneten erzeugte Strom in einem Superkondensator gespeichert, während als Leuchtmittel eine nur geringe Strommengen verbrauchende weiße LED dient. Bei sehr guten Modellen erbringen die 30 Sekunden 45 Minuten Licht, einfachere Versionen liefern nach 90-sekündigem Schütteln 20 Minuten lang Helligkeit.

Die erste dieser auch Shake & Shine oder Shake flashlight genannten Taschenlampen wird von Steve Vetorino erfunden und unter dem Namen NightStar ab 2003 von seiner Firma Applied Innovative Technologies Inc. in Fort Lupton, Colorado, hergestellt, die vom März 1997 bis zum Februar 2010 besteht und das Gerät für 40 $ anbietet - bevor sie durch die von zahlreichen chinesischen Unternehmen kopierten Produkte vom Markt verdrängt wird, die etwa ab 2002 unter Namen wie Everlight oder Forever Flashlight in den Handel kommen.

Interessanterweise erschien bereits im September 2002 im Magazin Physics Education die ausführliche Beschreibung eines sehr einfach aufgebauten Schüttel-Generators – den auch wirklich jeder nachbauen kann –, der auf das 1990 von Jonathan P. Hare gegründete Creative Science Centre an der University of Sussex im Brighton zurückgeht.

Das shake-a-Gen genannte Minigerät wird als der vielleicht einfachste elektrische Selbstbau-Generator der Welt bezeichnet. Er besteht aus einer Drahtspule von 500 – 1.000 Wicklungen, welche um die Außenseite einer Kunststoff-Dose eines 35 mm-Films aufgewickelt sind. Die beiden Spulenenden sind an eine LED angeschlossen. In die Dose wird dann ein sehr starker Magnet vom Neodym-Typ gelegt und der Deckel zugedrückt.

Alles was zu tun verbleibt, um Strom zu erzeugen und die LED aufleuchten zu lassen, ist, die Filmdose ordentlich zu schütteln.

Ein weiteres Modell geht auf Yuen et al an der Chinesischen Universität Hongkong im Jahr 2005 zurück. Es wiegt 150 g und produziert 200 mW.

Eine interessante Methode der Energieerzeugung aus Bewegung wird 2005 vom australischen Centre for Energy and Greenhouse Technologies vorgestellt – ein Wandler von der Größe einer 9 V Batterie der in der Lage ist, jede Form von Vibration in Strom umzusetzen.

Die dabei auf bestimmte Vibrationsfrequenzen einstellbare Kinetic Energy Cell ist von der Firma CRC for microTechnology in Melbourne entwickelt worden und besteht aus nur sieben Komponenten, deren Kernelement eine neuartige Spule ist. Leider ist später nichts mehr darüber zu hören, auch die Firma ist nicht mehr aufzufinden.

Im August 2007 berichtet The Oregonian, Oregons größte Tageszeitung, über die Erfindung eines gewissen Rick Dickson aus Portland, dessen Human Kinetic Energy Electrical Generator sehr einfach aufgebaut ist: Zwischen zwei Plexiglasscheiben befindet sich eine torusförmige Schleife, in deren Mitte ein zentraler, fester Rundmagnet installiert ist. Entweder außen oder innen herum können andere, frei bewegliche Rundmagnete rotieren oder schwingen, wodurch der Strom erzeugt wird.

Obwohl der Erfinder schon seit einigen Jahren mit seinem auch sehr einfach und kostengünstig herstellbaren Generator unterwegs ist, hat er bislang noch keine öffentliche Unterstützung erhalten. Und auch die Industrie scheint sich nicht dafür zu interessieren.

Dickson taucht nochmals in der Presse auf, da er behauptet auch der Erfinder und Patentanmelder eines flatternden piezoelektrischen Windgenerators zu sein, an dem Forscher der Cornell University arbeiten, die ihr Konzept eines Piezo-Baumes im Oktober 2009 vorstellen. Tatsächlich hat Dickson einen entsprechenden Entwurf bereits im September 2007 veröffentlicht. Außerdem ist er der Ideengeber für den umstrittenen Hydrosphärengenerator (s.d.).

Dicksons Idee erinnert die selbstaufladenden Armbanduhren, die wiederum auf mechanische Automatikuhren zurückgehen. Und auch hier sind einige Vorläufer zu nennen:

Die Erfindung des automatischen, bidirektionalen Aufzugs mit Rotor und Wechsler für Taschenuhren wird dem Schweizer Uhrmacher und Erfinder Abraham-Louis Perrelet im Jahr 1775 zugeschrieben. Im Juni 1777 berichtet er der Generalversammlung der Société des Arts de Genève von seiner Erfindung.

Nur kurze Zeit später, im Dezember 1778, hinterlegt der Lütticher Uhrmacher Hubert Sarton bei der Französischen Akademie der Wissenschaften den Bericht über seine Konstruktion einer ebenfalls automatischen Uhr. Der Belgier beschäftigt sich zudem mit Windmühlen und hydraulischen Maschinen zur Trockenlegung holländischer Polder.

Die erste Armbanduhr mit Automatikwerk, angetrieben durch eine Pendelschwungmasse, wird 1922 von der französische Firma Leroy konstruiert, ohne jedoch vertrieben zu werden. Unter dieser Form einer Automatikuhr (Automatic o. selbstaufziehende Armbanduhr) versteht man eine mechanische Armbanduhr, deren Feder in kleinen Schritten selbständig durch die Armbewegungen des Trägers aufgezogen wird. Spätere Modelle sind mit einem Rotor anstelle der Pendelschwungmasse ausgestattet.

Mäßigen Erfolg hat der britische Erfinder und Uhrmacher John Harwood, der ab 1914 eine Automatikuhr entwickelt, ebenfalls mit Pendelschwungmasse, welche er 1923 in der Schweiz zum Patent anmeldet (CH-Nr. 106583, erteilt 1924). Ab 1926 wird in Zusammenarbeit mit den Firmen Fortis-Uhren AG (Harwood Automatic) und Blancpain jeweils ein Uhrenmodell herausgebracht und in Serie hergestellt. Beide erweisen sich aber als nur schwer in Massen zu produzieren und im Einsatz als sehr empfindlich.

Die erste funktionsfähige Automatikarmbanduhr mit einseitig aufziehbarem Rotor ist das Modell ,Oyster Perpetual’ der Firma Rolex SA im Jahr 1931, dessen Prinzip sich das Unternehmen 1932 weltweit patentieren läßt.

Breiter bekannt wird die Technologie dann ab 1955, als auch die japanische Firma Seiko ihre erste automatische Armbanduhr herausbringt. Ab den frühen 1970er Jahren arbeiten Seikos Ingenieure dann daran, die energetische Wirksamkeit der mechanischen automatischen Uhren mit der Genauigkeit von Quarzuhren zu kombinieren – woraus 1988 die weltweit erste Quarzuhr mit automatischer Energieerzeugung entsteht.

Das Automatic Generating System (AGS; später: Kinetic System) basiert auf einem eingebauten Rotor und Generator, der ähnlich einer mechanischen Automatikuhr durch die kinetische Energie der Armbewegung Strom erzeugt, mit dem ein Kondensator in der Uhr aufgeladen wird (später: Lithium-Ionen-Akku). Hier abgebildet ist ein Sondermodell mit dem interessanten Wortspiel-Namen Perpetuum Nobile, das zum 20-jährigen Jubiläum der Seiko Quarz-Uhren 1989 erschienen ist.

Die Technologie erlebt seit einiger Zeit eine Renaissance – spätestens nachdem die Schweizer Firma Ventura im Jahr 2000 das mit einer digitalen Ziffernanzeige ausgestattete und mit 2.200 $ relativ teure selbstaufladende Modell Sparc angeboten hat. Dieses war ursprünglich in Zusammenarbeit mit BMW entwickelt worden und gewinnt 2007 den Red Dot Designpreis.

Ventura geht Anfang 2008 allerdings in Konkurs, worauf die Namensrechte von dem amerikanischen SWI Konzern übenommen werden.

Im Jahr 2006 bringt auch die Firma Fossil einige entsprechende Uhren auf den Markt. Beim Modell FS4171 kann man unterhalb des Ziffernblattes sogar die rot eingefärbte Schwungmasse beobachten, die bei jedem Armschlenker einige Watt-Bruchteile erzeugt. Und 2010 folgt die Firma Cadence mit dem Modell Ecomatic, das im klassischen Stil der Schweizer Eisenbahn-Uhren gehalten ist (195 $; 2016 aber nicht mehr im Angebot aufgeführt).

Im März 2011 kündigt Ventura die kinetisch betriebene Uhr SPARC MGS (für: Mikro-Generator-System) an, die einige Wochen später auf der Uhrenmesse BaselWorld 2011 vorgestellt wird und auf ähnliche Mechanismen setzt, um ihr LCD-Display und andere digitale Teile mit Energie zu versorgen. Die Bewegungen des Trägers sollen die oszillierende Masse im Laufe eines durchschnittlichen Tages rund 4.000 Mal drehen und so dem integrierten Mikrogenerator der 2. Generation helfen, den benötigten Betriebsstrom zu erzeugen.

Später werden vier verschiedene Versionen der von Simon Husslein designten auf den Markt gebracht Der Preis der Uhr beträgt 1.950 € (Stand 2023).

In diesem Kontext ist zu erwähnen, daß im Juli 2017 auf Kickstarter das Projekt einer Smartwatch namens Sequent erscheint, die über die Bewegungen des Trägers betrieben wird. Dahinter steht das gleichnamige Schweizer Start-Up Sequent Ltd. aus Zug. Die Smartwatch, die sich für umgerechnet 136 € vorbestellen läßt, verfügt über ein analoges Ziffernblatt, neben den inzwischen wohl als Standard geltenden Funktionen wie Kopplung mit dem Mobiltelefon, optischer Pulsmesser, GPS Modul usw.

Die Technik, mit der die kinetische Energie abgegriffen wird, entspringt einer Zusammenarbeit mit der Firma Kinetron: Im Inneren der Uhr pendelt bei Bewegung ein rundes Gewicht, das mit Zahnrädern verknüpft ist. Ein sogenanntes Micro Generator System generiert daraus Energie, die in einem Akku gespeichert wird.

Die anvisierte Summe von 80.000 SFr wird schnell überschritten – und bis zum Ende der Kampagne kommen von fast 4.000 Unterstützern über 1 Mio. SFr zusammen. Die ersten Exemplare der Sequent werden im Dezember 2017 ausgeliefert. Einige Jahre später folgen die Modelle Supercharger und Supercharger 2, die ebenfalls durch Kickstarter-Kampagnen finanziert. Eine kinetisch betriebene Smartwatch war übrigens schon im Februar 2015 von Swatch angekündigt worden, kam damals aber nicht auf den Markt.

Der Schweizer Uhrenhersteller Ulysee Nardin entwickelt in Zusammenarbeit mit der europäischen Gesellschaft SCI Innovations das weltweit erste mechanische Mobiltelefon, dessen Stromversorgung auf einem mechanischen Rotor basiert, wie er bislang automatischen Uhren vorbehalten war. Entsprechend hoch ist auch der Preis des 2008 präsentierten Geräts.

Bei der ersten Vorstellung des Chairman genannten Smartphone auf der Armbanduhr-Messe Baselworld 2008 erwartet das Unternehmen 300 bis 400 Vorbestellungen – tatsächlich gehen jedoch über 8.000 ein. Und dies, obwohl bis dato noch nicht viele Details zu erfahren sind. Bekannt wird nur, daß der Chairman einen integrierten Akku enthält, der die kinetische Energie des Rotors speichert. In seiner Gestaltung integriert das Gerät diesen Rotor so, daß er an der Rückseite des Telefons gut sichtbar ist.

Einem Bericht vom Juni 2010 zufolge wird das GSM 3G Handy mit 32 GB internem Speicher, einem 3,2-Zoll-Touchscreen-Display aus Saphirglas und einem Daumenabdruck-Leser auf der Vorderseite für die individuelle Entriegelung zu Preisen von 12.000 - 50.000 $ angeboten. Eine Deluxe-Sonderedition namens Diamond, die mit mehr als 3.000 handgeschnittenen 17-karätigen Diamanten geschmückt ist, schlägt mit rund 130.000 $ zu Buche. Trotzdem besteht aufgrund der hohen Nachfrage eine siebenmonatige Wartezeit dafür.

Da Ulysse Nardin von jedem Design nur 1.846 Kopien macht (eine Hommage an das Gründungsjahr des Uhrmachers, 1846), ist die erste Partie, ein mitternachtsschwarzes Modell mit Edelstahl, das Mitte Januar 2012 ausgeliefert wird, schon einen Monat später ausverkauft.

Auf einem ähnliches Konzept basiert die aus Aluminium und Glas bestehende Designstudie Atlas Kinetik des Designers Ricardo Baiao aus der Umgebung von Lissabon, Portugal, die im Februar 2008 in den Blogs vorgestellt wird.

Das Handy, dessen Energieversorgung ebenfalls über kinetische Energie erfolgen soll, ist ein simples Telefon ohne MP3-Player, Kamera, WLAN, Browser und ähnlichen Multimedia-Schnickschnack, der den Akku nur unnötig belasten würde. Stattdessen steckt ein rotierendes Gewicht im Inneren der Konstruktion aus Glas und Alu, das bei Bewegungen einen Generator antreibt und die Energie im integrierten Akku speichert.

Geht dem Atlas Kinetik der Saft aus, muß man es nur etwas schwenken und schütteln – schon kann man wieder telefonieren. Leider handelt es sich dabei bislang nur um eine Studie.

Ein weitere Designstudie für ein zukünftiges zusammenklappbares Handy, das ebenfalls mit kinetischer Energie betrieben wird, stellt im April 2009 der japanische Konzern Kyocera vor.

Das von der Industriedesignerin Susan McKinney entworfene EOS-Handy besteht aus einer nachgiebigen, halbsteifen Polymer-Hülle, die das flexible OLED-Display umgibt. Beim Aufklappen tritt zusätzlich eine QWERTY-Tastatur zum Vorschein.

Seine Energie erhält das EOS durch menschliche Interaktion, etwa durch das Auf- und Zuklappen. Je mehr es also benutzt wird, desto mehr kinetische Energie wird freigesetzt, die in einem piezoelektrischen Generator von Nano-Größe in Strom umgewandelt wird und den Akku des Handys lädt.

Genauere technische Details sind noch nicht bekannt, auch wann und ob die Handy-Studie die Marktreife erreicht, bleibt abzuwarten. Bislang ist davon jedenfalls noch nichts zu sehen.

Ein weiterer Schüttel-Mikrogenerator wird von dem Biomechanik-Start-up M2E Power in Boise, Idaho, entwickelt, das ab Ende 2007 stark in der Presse vertreten ist, nachdem es in kurzer Zeit von OVP Venture Partners, @Ventures und Highway 12 Ventures 8 Mio. $ an Risikokapital einsammeln kann, um das Batterie-große Gerät insbesondere für den Militärmarkt weiterzuentwickeln. Es soll einen Teil der vielen Batterien ersetzen, welche die Truppen für ihre Funkgeräte, Nachtsichtgeräte, Minendetektoren usw. stets mit sich schleppen müssen.

Um dieses Stromversorgungsproblem zu lösen, hatte das Pentagon kürzlich sogar einen eigenen Wettbewerb ausgeschrieben, den mit 1 Mio. $ dotierten ‚Wearable-Power Prize’.

Das im Gegensatz zu anderen Modellen fünf bis sieben Mal effizientere M2E-Gerät, dessen Technologie vom Idaho National Lab lizenziert wurde, wird im Rucksack getragen oder an den Gürtel geschnallt, wo die Laufbewegungen des Trägers die Magnete bewegen, die sich im Innern des Geräts befinden und in Verbindung mit einer Drahtspule durch ihre Bewegung die Energie zum Betrieb mobiler Geräte erzeugen.

Die Militärversion von M2E (Motion to Energy) soll Anfang 2009 fertig sein, eine Version für zivile Anwendung dann Ende des Jahres. Der Preis wird zwischen 25 $ und 40 $ liegen. Außerdem will das Unternehmen sehr kleine Mikrogeneratoren bauen, die Handy-Batterien ersetzen können.

Im Juni 2009 gibt M2E allerdings bekannt, daß man nicht mehr an der Entwicklung externer Ladegeräte weiterarbeiten, sondern den Fokus auf den Fahrzeug-Markt richten werde.

Außerdem wird scharfe Kritik laut: Krassen Dimitrov vom Australian Institut for Bioengineering and Nanotechnology der Universität Queensland, der schon das Ende des Algenkraftstoff-Technologieunternehmens GreenFuel vorhergesagt hatte, belegt in einen ausführlichen Bericht über M2E Power, daß die Geschäftsidee des Unternehmens aufgrund einfacher thermodynamischer Einschränkungen nicht praktikabel sei.

Im Juli werden die Vermögenswerte der M2E Power von einer 2008 gegründeten Firma aus Middleton, Idaho, namens Motionetics Inc. übernommen, die an militärischen und zivilen Umsetzungen der M2E-Technologie weiterarbeiten will. Das Unternehmen hatte selbst das Patent für ein ,System for generating electrical energy from ambient motion’ eingereicht (US-Nr. 20080174120) - ist inzwischen aber auch schon wieder spurlos verschwunden.

Unabhängig davon sind aber noch viele andere Einzelpersonen, Institute und Unternehmen fleißig am erfinden, entwickeln und konstruieren.

Im Juni 2008 schlägt Adrienne So aus San Francisco in einem Artikel, der schnell für einige Aufregung sorgt, vor, daß Frauen mit großen Cup-Größen die hüpfenden Bewegungen ihrer Brüste nützen sollten, um daraus Energie zu gewinnen.

Die könnte durch spezielle BHs geschehen, deren elastisches Material mit Nanodraht-Gewebe versetzt ist und pro Quadratmeter etwa 80 mW Leistung produziert, was immerhin ausreicht um ein kleines Gerät wie ein Handy zu betreiben. Sobald solch ein Stoff effizient genug ist und sich billig produzieren läßt, kann er auch genutzt werden, um energieerzeugende T-Shirts und andere Kleidungsstücke herzustellen.

Die japanische Firma Sanyo wiederum stellt den Prototyp eines Schrittzählers (Pedometer) vor, der die kinetische Energie der Tritte einfängt, während man geht oder joggt. Das Gerät erzeugt allerdings nur rund 40 Mikrowatt, was gerade mal dazu ausreicht um das Gerät selbst in Betrieb zu halten.

Ähnlich, aber für den reinen Handbetrieb gedacht, funktioniert das Konzept des Shake MP3-Player des Designers Kenneth Tay.

Der im August 2008 in den Blogs präsentierte Player, von dem es bislang allerdings noch keinen Prototyp gibt, läßt sich nicht nur durch Schütteln aufladen, auch die Steuerung erfolgt durch Schütteln statt mittels Knöpfen.

Ende 2008 erscheint in der Presse das Konzept Minute Glass von Colin Roberts, mit dem dieser an der Greener Gadgets Design Competition 2008 teilnimmt. Es handelt sich um einen Wecker, dessen Name auf die Stundenglas-Form anspielt und der ganz ohne Stromzufuhr aus Steckdose oder Batterie auskommt.

Statt dessen erhält das Minutenglas seine Energie durch kräftiges Schütteln - und auch der Weckton hört erst dann auf, wenn man das glasummantelte Ding so lange geschüttelt hat, bis Strom für einen ganzen weiteren Tag vorhanden ist. Zusätzlich sieht das Design eine LED vor, damit man den Wecker im Dunklen auch als Taschenlampe nutzen kann.

Am gleichen Wettbewerb beteiligt sich Evan Grant mit seinem genialen Fahrrad-Konzept ReCycle, das als kleines Zusatzgerät unterhalb des Sattels an die Sattelstange geschraubt wird.

Die Innovation besitzt drei Spulen/Magnet-Induktionsgeneratoren, die mittels dem Schütteln und Hoppeln des Fahrrads eine einschiebbare Energiepatrone aufladen, die dann über ihren USB-Stecker mit diversen Verbrauchsgeräten verbunden werden kann, um diese aufzuladen.

Ein ähnliches Gerät, das die Erschütterungen beim Fahrradfahren zu Strom macht, stammt von dem Industriedesigner Deco Goodman. Dieser setzt den Minigenerator gleich in den Stoßdämpfer des Sattels. Außerdem verfügt sein im November 2008 vorgestelltes Rad über einen neuartigen Dynamo, der mittels einer Vielzahl kleiner Magnete funktioniert, die in einem großen Kreis auf dem Hinterrad sitzen. Bei ihrem Vorbeistreichen an der fest montierten Empfängerspule generieren sie Strom für die Beleuchtung des Fahrrads und andere Zwecke.

Ähnliche Systeme werden weiter unten unter Reifen und Räder vorgestellt.

Ebenfalls im November folgt der Vorschlag E-Bag, der Beitrag des ungarischen Designstudenten an der Moholy-Nagy University of Arts and Design in Budapest Apor Püspöki zum jährlichen Electrolux-Wettbewerb, der auf den ersten Blick wie eine gewöhnliche Handtasche in der Hand einer Dame aussieht.

Tatsächlich handelt es sich jedoch um einen tragbaren Kühlschrank, den man unterwegs ordentlich hin und her schwingen lassen sollte, denn der Drehgriff wandelt die Bewegung des Beutels in den Strom um, der erforderlich ist, um den Akku des Peltier-Kühlsystems aufzuladen.

Je mehr Schritte man macht, desto kühler wir das mitgeführte Getränk. Um den Kühlstatus anzuzeigen, gibt es drei LEDs, und das Volumen des Beutels beträgt etwa drei Liter. Man kann sich nur wünschen, daß dieses Konzept bald verwirklicht wird.

Ein Anfang 2009 von der in Tremont, Ohio, beheimateten und 2007 gegründeten Firma Tremont Electric Inc. vorgestelltes Ladegerät für elektronische Kleingeräte wie Handys usw. nennt sich nPower PEG (personal energy generator), kostet 149 $ und ist für Fußgänger gedacht. In den Verkauf soll es bereits im Mai gehen, später wird der Einführungstermin um ein ganzes Jahr auf den Mai 2010 verlegt. Zu diesem Zeitpunkt liegen bereits 2.700 Vorbestellungen auf dem Tisch.

Erfinder und Firmengründer Aaron Patrick LeMieux aus Cleveland war vor mehr als einem Jahrzehnt auf die Idee gekommen, als er Ingenieurstudent an der Universität von Toledo war und häufig weite Strecken als Anhalter zurücklegte. Die anfängliche Investition von 135.000 $ kommt von LeMieux und seiner Familie. Das hilft ihm, einen Bankkredit zu bekommen, der ihm die Zeit gibt, das Produkt zu planen und 2007 ein Patent zu beantragen (US-Nr. 7.498.682). Vom Konzept über die Laborentwicklung bis hin zu dem im März 2009 patentierten Produkt dauert es dann aber weniger als zwei Jahre.

Die Nutzung des mit Titan ummantelten, ca. 23 cm langen und 525 g schweren Geräts, das mit einem 1.000 mAh Lithium-Polymer-Akku ausgestattet ist, ist einfach: Man steckt das Ladekabel in sein Verbrauchsgerät ein und legt beides in den Rucksack oder die Handtasche. Ebenso kann man den PEG in der Hand halten oder am Gürtel befestigen. Er kann die kinetische Energie aber nur nutzen, wenn er vertikal positioniert wird, damit sich die Magneten nach oben und unten bewegen. Um ein iPhone wieder zu 80 % aufladen zu können, muß man ca. eine Stunde lang marschieren. Vor Antritt der Reise läßt sich das Teil aber auch am USB-Port des PCs aufladen.

Da die Technologie in der Größe sowohl nach oben als auch nach unten skalierbar ist, wird bereits an eine Verbreiterung der Produktpalette nachgedacht, die sich von kleinen, implantierbaren biomedizinischen Generatoren bis hin zu großen Wellenenergiewandlern in kommerziellem Maßstab erstreckt. Weitere Patente unter dem Namen ,Electrical energy generator’ stammen u.a. von 2009 (US-Nr. 7.692.320 und 7.989.971) und 2011 (US-Nr. 8.674.526 und 8.70.4387), die Anmeldung für ein ,Implantable biomedical device including an electrical energy generator’ stammt ebenfalls von 2009 (US-Nr. 8.688.224, veröffentlicht 2014).

Im Juli 2011 arbeitet LeMieux daran, 1,5 Mio. $ von Investoren zu bekommen, um das Marketing zu erweitern und die Produktion zu erhöhen. Nun soll das Gerät in 1 – 2 Monaten für 159 $ in den Einzelhandel kommen. Im April 2012 wird dann eine neue und leistungsfähigere Version angekündigt, die allem Anschein nach aber erst im Oktober für rund 200 $ über die Firma Recreational Equipment Inc. (REI) in den Verkauf geht. Die Nutzerkommentare des nun 27 cm langen PEG variieren von purer Begeisterung bis hin zur Beschwerde darüber, daß es über 25 Minuten zügigen Gehens bedurfte, um nur eine Minute auf einem 3G-Smartphone zu bekommen.

Danach scheint die Firma den PEG vom Markt zurückgezogen zu haben – beim Update 2015 werden auf der Homepage jedenfalls nur noch ein Solarladegerät sowie ein Handkurbel-Generator von Etón angeboten.

 

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