TEIL C

MICRO ENERGY HARVESTING

Mechanische Systeme

Straßengeneratoren (I)

Der Erfinder Peter Neville Hughes aus Dorset stellt nach zwölfjähriger Entwicklungszeit Ende 2005 eine Art Straßerampe vor, die darüberfahrende Autos nutzt um Strom zu erzeugen. Jedes Mal, wenn ein Auto über die Metallplatten fährt, soll die Electro-Kinetic Road Ramp durchschnittlich 10 kW produzieren. Die Bewegung der Platten wird auf ein speziell entwickeltes Schwungrad übertragen, das einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.

Dem Konstrukteur zufolge hätten bereits mehr als 200 lokale Behörden ihr Interesse an den 20.000 - 55.000 £ teuren Rampen bekundet, um mit der dort gewonnenen Energie Ampeln und Verkehrsschilder zu versorgen.

Hughes, dessen Entwicklung mit technischer Unterstützung der Firma Renold Clutches & Couplings aus Cardiff erfolgte, will mit seiner eigenen, 2004 gegründeten Firma Highway Energy Systems Ltd. (Anfangs: Hughes Research) bereits im nächsten Jahr mit der Produktion von 2.000 Stück seiner Rampen beginnen, die lautlos funktionieren und auch Unfall- bzw. Verkehrssicher sein sollen.

Je nach Gewicht des Fahrzeugs können zwischen 5 kW und 50 kW erzeugt werden. Der Prototyp wird auf der Westland Helikopter Basis in Somerset getestet, mit einem Kostenaufwand von 1 Mio. £.

Anschließend passiert jedoch lange Zeit nichts, bis das Unternehmen im März 2008 ein Memorandum of Understanding mit der Mitte 2007 gegründeten Firma ECO-RAEC SA unterzeichnet, in welchem ihr die ausschließlichen Rechte an der Power Ramp Technologie in Spanien und Portugal übertragen werden. Zu Umsetzungen kommt es hier jedoch nicht.

In England ist es Mitte 2009 die Großhandelskette Sainsbury’s, die als erste auf einem ihrer Parkplätze in Gloucester die kinetischen Platten von Highway Energy Systems installieren läßt, welche sich innerhalb von zwei Jahren amortisieren sollen. Die darüber hinweg fahrenden Pkw erzeugen pro Stunde etwa 30 kW, was ausreicht, um alle Kassen des Großgeschäfts zu versorgen. Wenn der Testlauf erfolgreich ist, will das Unternehmen die Platten in allen seinen Filialen einführen.

Im März 2011 gibt die Firma bekannt, daß sie erwartet noch im Laufe des Sommers 250 der Systeme in Betrieb nehmen zu können, und Hughes läßt sich 2015 (?) von dem italienischen Büro Stefano Baseggio Architetto eine exzellente 3D-Animation seines Systems erstellen, doch danach wird es völlig ruhig um die Innovation, und auch die Seite des Erfinders selbst ist nicht mehr existent.

Eine ähnliche Erfindung stammt von Danny McCadci aus Sunnyvale, Kalifornien, der seit den 1990er Jahren darüber nachdenkt. Im August 2007 beantragt er das Patent für eine Art Polder, der beim darüber hinweg Fahren heruntergedrückt wird und ebenfalls ein stromerzeugendes Schwungrad in Bewegung setzt. Den Einzelpreis bei einer Massenherstellung beziffert McCadci mit 5.000 $. Doch auch hier scheint es sich um eine Eintagsfliege zu handeln.

Ebenfalls 2007 stellt der indische Erfinder Kanak Gogoi aus Guwahati, der sich ansonsten mit der Entwicklung kleiner, möglichst billiger Solar- und Druckluft-Autos beschäftigt, eine Rampe vor, welche die Energie des über sie hinwegrollenden Straßenverkehrs in Strom umwandelt.

Gogoi verschweißt 5 m lange Metallplatten in seinen Geschwindigkeitsbegrenzern. Die Platten sind beweglich und neigen sich mit Hilfe eines federbelasteten Hydrauliksystems. Bewegt sich ein Fahrzeug über sie hinweg, werden Platten nach unten gedrückt und springen dann in die ursprüngliche Position zurück. Beim Absenken der Platten wird über Kurbel, Hebel und Ratschen-Mechanismus eine Getriebewelle zum Drehen gebracht, die mit einem Dynamo verbunden ist.

Ein Fahrzeug mit einem Gewicht von 1.000 kg soll so etwa 0,98 kW Strom erzeugen, rechnet der Erfinder. Was das Interesse des Indian Institute of Technology (IIT) in Guwahati weckt, das nun ein Pilotprojekt finanzieren will. Über eine praktische Umsetzung ist aber trotzdem nichts zu finden.

Im August 2007 ist erstmals von der 2004 gegründeten Firma KinergyPower von Stefanos und Dimitri Horianopolis zu hören, die gleich mit einer Reihe von Gerätschaften aufwartet, welche die Energie sich bewegender Fahrzeuge nutzen soll. Neben dem KinerBump, einer 2 – 6 m langen Struktur, die als Geschwindigkeitsbegrenzung eingesetzt wird, ist dies zum einen der KinergyCarpet, der für längere Strecken von 10 – 100 m gedacht ist und entweder in das Pflaster eingebettet oder oben auf der Straßenoberfläche sitzt.

Weitere Umsetzungen sind der KinerRail, der die Energie darüber fahrender Züge nutzt, das  Kinerpad, das Strom durch den Fußgängerverkehr erzeugt, sowie ein System namens KinerWave, welches die Wellenbewegung erfassen und in nutzbare Energie umwandeln soll. Vermutlich in diesem Umfeld ist auch die Information anzusiedeln, daß die beiden Gründer auch an dem griechischen Wellenenergie-Unternehmen Kimatiki Energia beteiligt sind.

Bezüglich der technischen Grundlagen des Kinergy-Systems, das verspricht, überall dort Strom herzustellen, wo starker Verkehr herrscht, halten sich die Innovatoren auffällig bedeckt. Zu erfahren ist bislang nur, daß es aus Hunderten von kleinen Kolben besteht, die sich auf und ab bewegen, wenn ein Fahrzeug über sie rollt. Dabei erzeugen die Kolben Druck, der einen Hydraulikmotor samt angeflanschtem Generator dreht.

Es läßt sich nachverfolgen, daß die Firma bis 2013/2014 auf diversen Messen und Ausstellungen auftaucht und in dieser Zeit auch einige Tests durchführt, so z.B. in Griechenland, Indien und den USA, wo in Boston eine KinergyPower-Tochtergesellschaft entsteht, doch werden bislang weder Ergebnisse mitgeteilt noch kommerzielle Umsetzungen nachgewiesen. Die letzte – weitgehend nichtssagende – Meldung stammt vom Januar 2015.

Im April 2008 erscheint ein Bericht über eine Umsetzung durch den US-Veteranen Terry Kenney, der acht Jahre dafür brauchte, um einen funktionierenden Prototyp auf, bzw. in die Straße zu bekommen. Bei seiner im SSA Hafen von Oakland, Kalifornien, installierten Dragon Power Station komprimieren breite und robuste Stahlplatten eine Hydraulikflüssigkeit, sobald ein großer Lkw darüber fährt (pro Tag fahren rund 2.500 von ihnen in den Hafen), was wiederum eine Reihe von Pumpen in Aktion setzt, die einen Generator zur Stromerzeugung antreiben.

Der Erfinder schätzt, daß er im Juni 5.000 – 7.000 kWh Strom pro Tag erwirtschaften wird, was ausreichen sollte um etwa 1.750 Wohnungen zu versorgen und für einen Prototyp eine beachtliche Leistung darstellt.

Während der 4-jährigen Prüfung bewährt sich das System, in welches Kenney und seine Familie bereits 4,7 Mio. $ gesteckt haben. Mit dem Stromversorger PG&E wird eine Netzanschluß-Vereinbarung getroffen. Doch zu Geschäftsabschlüssen kommt es trotz allem nicht, und in den Folgejahren wird es völlig ruhig um das Projekt.

Als Veteran sieht Terry allerdings die Möglichkeit, das System weiter auszubauen und mit einem Sicherheitspaket zu verbinden. Im Jahr 2016 soll die Idee von der Firma Alternative Energy Sources Technology (AEST) unter dem Titel ,Dragon Power Security Monitoring System’ als das ultimative Sicherheitssystem vermarktet werden, das mit Echtzeit-Gesichtserkennung, Nummernschild-Scan, Bombenerkennung und anderen Techniken ausgestattet ist.

Eine Kickstarter-Kampagne, bei der 65.000 $ für den Bau eines Prototypen eingeworden werden sollen, scheitert allerdings kläglich: In der Zeit vom Mai bis zum Juli 2016 finden sich nur zwei Personen, die zusammen gerade einmal 6 $ aufbringen. Womit die Sache erst einmal vom Tisch ist.

Mit einer anderen technologischen Lösung, um die mechanische Energie von Fahrzeugen anzuzapfen, tritt Ende 2008 die israelische Firma Innowattech Ltd. auf den Plan. Hier werden die Schwingungen, die durch die Fahrzeuge auf Straßen, Schienen oder Landebahnen verursacht werden, von piezoelektrischen Generatoren aufgenommen. Das Unternehmen behauptet, daß 1 km Straße oder Landebahn in der Lage sei, 400 – 500 kW pro Stunde zu produzieren.

Anfang 2009 arbeitet das vom Israel Insitute of Technology (Technion) in Haifa unterstützte Unternehmen an einer Pilotanlage in Israel, bei der die Innowattech Piezo Electric Generators (IPEG) auf einer Strecke von 100 m in die Straßenoberfläche eingebracht und getestet werden sollen. Sie werden in einer Tiefe von 6 cm und in einem Abstand von 30 cm installiert.

Tatsächlich kommt das System dann im Oktober auf einem bescheidenen, nur 10 m langen Autobahnabschnitt nahe der Kleinstadt Hadera erstmals unter realen Bedingungen zum Einsatz. Das Experiment zeigt, daß 600 Fahrzeuge pro Kilometer auf jeder Fahrspur 200 kW Strom erzeugen könnten. Allerdings kostet die Ausrüstung eines Kilometers Autobahn mit den Generatoren zwischen 300.000 und 500.000 $. Immerhin wird dabei von einer Lebenszeit von rund dreißig Jahren ausgegangen.

Als weitere Einsatzorte schweben denn Innowattech-Betreibern Start- und Landebahnen von Flughäfen vor – und natürlich Bürgersteige. Um zu zeigen, daß das Konzept auch auf Schienen funktioniert, wird eine Kooperation mit der Nationalen Eisenbahngesellschaft gestartet. Geleitet wird das Ganze von Haim Abramovich, der einerseits Gründer und CEO von Innowattech ist – und andererseits Professor am für Luft- und Raumfahrttechnik am Technion.

Daneben sollen auch noch mehrere kleine Projekte auf einer Autobahn in der Nähe des Ben Gurion Flughafens umgesetzt worden sein, was sich bislang aber nicht verifizieren ließ. Außerdem entwickelt die Firma ein System, das die mechanische Energie herumlaufender Passanten in der New Yorker U-Bahn und in gutbesuchten shopping malls in Strom umsetzt. Über solche Technologien habe ich bereits ausführlich im Kapitel Muskelkraft berichtet.

Berichten vom April 2010 zufolge sucht Innowattech zudem passende Projekte mit neuen Straßenabschnitten. Einer wurde bereits gefunden: In Norditalien wird die Firma beteiligt sein, wenn das Bauunternehmen Impregilo bis 2013 die Schnellstraße zwischen Quarto d’Altino und San Donà di Piave erweitert.

Im Dezember folgen Details über den Einsatz auf der Schiene: Für den Test werden 32 bestehende Schwellen mit den Stromgenerator-Pads ausgestattet um zu messen, wie gut sie Strom produzieren. Andere Quellen sprechen davon, daß die Pads zwischen den Eisenbahnschwellen und den Schienen angebracht werden. Die Installation soll jedenfalls schnell, einfach und unkompliziert sein.

Vorläufige Ergebnisse vom Vorjahr, welche das Technion-Universität und die Eisenbahngesellschaft gewonnen hatten, legen nahe, daß Strecken mit einer Frequenz von 10 – 20 Zügen aus zehn Waggons 120 kWh pro Stunde produzieren könnte, wobei der Strom beispielsweise für Signalanlagen verwendet oder ins Netz übertragen werden soll. Tatsächlich ist dies dann aber auch das Letzte, was man von der Firma hört, die inzwischen auch aus dem Netz verschwunden ist.

Zu den weiteren Unternehmen, die sich mit Stromgewinnungssystemen aus dem Straßenverkehr beschäftigen, gehört die Firma New Energy Technologies Inc. aus Burtonsville, Maryland, die 2009 ebenfalls an einem Prototyp arbeitet.

Im Juli wird am Luxushotel Four Seasons in Washington ein Test durchgeführt. Um die kinetische Energie der rollenden Fahrzeuge nutzen zu können, wird in Fahrspuren im Parkhaus sowie im Bereich der Hotel-Zufahrten das aus mehreren hintereinander angeordneten Klappen bestehende MotionPower System eingebaut, die schließen, wenn die Fahrzeugräder darüber rollen.

Zudem kann die Firma die Fast-Food-Kette Burger King für einen Langzeittest des Systems gewinnen, das nun am Autoschalter der Filiale in Hillside, New Jersey, eingesetzt wird, den rund 150.000 Fahrzeuge im Jahr passieren. Zu diesem Zeitpunkt schätzt das Unternehmen, daß die einzelne MotionPower-Bodenschwelle 1.500 – 2.000 $ kosten und sich in zwei bis drei Jahren amortisiert.

Ein weiterer Versuch erfolgt im Oktober am Holiday Inn Express in Baltimore. Im Gegensatz zu den ersten Prototypen soll inzwischen eine 25-fache Ausbeute erreicht werden.

Der Test des ersten funktionierenden Modells, das inzwischen MotionPower Express genannt wird, erfolgt im November 2011 in Roanoke, Virginia, und Partnerschaft mit der Stadt. Das System wird vor dem Roanoke Civic Center installiert und während einer Hochbetriebs-Verkehrsperiode mit 580 Fahrzeugen über einen Zeitraum von sechs Stunden verwendet. Damit wird genügend Energie erzeugt, um ein 150 m² große elektrische Plakatwand etwa einen Tag lang zu beleuchten.

Zwar verlautet ursprünglich, daß die Stadt Roanoke die Ergebnisse der Testinstallation im Januar 2012 veröffentlichen wird, doch dies scheint nicht geschehen zu sein. Inzwischen ist von der Technik ebenso wenig noch etwas zu finden, wie von der Firma - obwohl das Unternehmen noch kurz zuvor Pläne zur Erweiterung seiner Produktpalette durch die Entwicklung eines neuen, hydraulisch angetriebenen Systems speziell für Lkw und Schwerfahrzeuge verkündet hatte.

Ein weiterer Entwurf aus diesem Technologiebereich stammt von dem koreanischen Designer Jaeyong Park und wird im November 2009 in den Blogs unter dem Namen Carbon Zero vorgestellt.

Hierbei handelt es sich um eine Art markierter Straßen-Pflastersteine, unter denen Schichten aus n-Typ Silizium und P-Typ Silizium zusammenwirken (wie sie auch bei der Herstellung von Solarzellen verwendet werden). Sobald sie dem Druck eines darüberfahrenden Autos ausgesetzt sind, erzeugen sie Strom - pro Block und Stunde allerdings nur 2,1 W.

Dabei wird ein Gleichstrom produziert, der anschließend in Wechselstrom umgewandelt werden soll, um elektrische Geräte in Häusern und Geschäften der Nachbarschaft zu versorgen. Bislang ist es bei dem Design geblieben.

Ein weiteres Konzept trägt den Namen eCross und stammt von den Designer und Grafiker Aleksey Belyalov aus Kasachstan, der sich damit im Jahr 2009 am Wettbewerb Green Life competition beteiligt.

Dabei handelt es sich um piezoelektrische Platten von 3 - 4 cm Höhe, die insbesondere in der Nacht an Fußgängerübergängen die Gefahr sowohl für die Fußgänger als auch für die Fahrer reduzieren sollen.

Entlang der Seiten von Zebrastreifen installiert, wird die mechanische Energie der Fahrzeuge zu Strom verwandelt, der in Akkumulatoren zwischengespeichert nach Einbruch der Dunkelheit die Beleuchtung der Fußgängerübergänge gewährleistet.

Ein ähnlicher Entwurf namens Safe Hump stammt wiederum von MicroDream (wer oder was das auch immer ist) und kursiert im Mai 2010 in den Blogs.

Dieser Geschwindigkeitsbegrenzer nutzt die mechanische Energie von Autos, um die eigenen LEDs zu versorgen, welche die Schwelle auch in der Nacht gut sichtbar machen.

Wie schon seine Vorgänger, so hat es ebenso der Safe Hump bislang nicht über die Designphase hinaus geschafft.

Im Juni 2010 startet eine durch die EU geförderte Forschungsinitiative POWERAMP (Clean Energy Production through Roadway Surface Power Harvesting Systems for Increased Safety in the Transportation Sector), bei der Prototypen von Fahrbahn-Energy-Harvesting-Geräten auf der Basis dynamischer Geschwindigkeitsbegrenzer entwickelt werden sollen. Die Laufzeit des Kooperationsprojekts, das sieben Partner aus drei Ländern umfaßt und von der Firma D’'Appolonia SpA aus Genua, Italien, koordiniert wird, beträgt zwei Jahre und endet im Mai 2012.

Die weiteren Projektpartner sind neben der o.g. Firma Highway Energy Systems Ltd. die Unternehmen Sistemi Informativi Analisi Rischio Territoriale S.r.l. aus Pavia, die APC Composit AB aus Lulea in Schweden, die britischen Firmen Lamb Precision Engineering Ltd.
und M.V.M. Sheet Metal Fabrications Ltd. sowie die ebenfalls schwedische SWEREA SICOMP AB.

Das mit knapp 1,5 Mio. € bezifferte Projekt, von dem EU gut 1 Mio. € übernimmt, entwickelt das ,In Ground Multi Plate Ramp System’ (MPRS) genannten Gerät vom ersten Entwurf bis zur Fertigung und führt auch die anschließende Validierung in Pilotprogrammen durch. Es soll bei mäßigem Verkehr eine Dauerleistung von 35 kW produzieren Eine weitere Version trägt den Titel ,Portable Ramp System’ (PRS).

Die Erhebungen sind in ihrer Höhe auf verschiedene Verkehrsgeschwindigkeiten einstellbar, so daß sie bei Straßen unterschiedlicher Größe verwendet werden können um die Geschwindigkeit zu steuern oder die Fahrzeuge ganz zu stoppen. Über die zugrunde liegende Energietechnologie sind keine Details zu erfahren, allerdings werden Schwungrad-Prototypen erwähnt, die vermutlich der Energie-Zwischespeicherung dienen.

Obwohl sich das System in den Tests bewährt hätte und auch angekündigt wird, daß es voraussichtlich innerhalb von zwei Jahren im Handel erhältlich sein wird, ist nach einigen kargen Berichten im November 2013 nie wieder etwas davon zu hören.

Auch beim renommierten internationalen Designwettbewerb James Dyson Award wird im Juli 2010 ein Energie erzeugender Geschwindigkeitsbegrenzer eingereicht, der im Gegensatz zu seinen Vorläufern aber aus Gummi besteht.

Die resultierende Konstruktion ist ein in sich geschlossenes Gummigehäuse aus extrem haltbarem und flexiblem Naturkautschuk ohne bewegliche Teile, das zwei Streifen von Magneten und eine Konfiguration von Induktionsspulen enthält. Die zurückgewonnene Energie soll dann in einer Batterie am Straßenrand gespeichert und dann verwendet werden, um elektrische Installationen oder Ladestationen für Elektromobile mit Strom zu versorgen.

Auf wen diese Konzeption zurückgeht, ließ sich nicht eruieren.

 

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