TEIL C

Weitere Formen hochthermischer Solarenergienutzung (I)

Stirling-Motor

Ich möchte hier den bereits mehrfach erwähnten Stirling-Motor etwas näher betrachten, da er in letzter Zeit zunehmend Einsatz im Bereich solarthermischer Anlagen findet.

Da es sich um einen Heißluftmotor handelt, könnte man die sinnreiche Vorrichtung zum Öffnen der Tore eines Tempels, die Heron von Alexandria etwa 50 n.Chr. entwickelt und beschrieben hat, als einen Vorläufer betrachten.

Durch das Entzünden eines Opferfeuers auf dem Altar dehnt sich die Luft im Inneren aus, was zu einer Drucksteigerung in einer darunter befindlichen, zum Teil mit Wasser gefüllten, Kugel führt. Das Wasser wird herausgedrückt und gelangt in einen hängenden Behälter, welcher sinkt und ein Seil zieht, das um zwei Zapfen läuft und die Tore ohne menschliches Zutun öffnet.

Wird das Feuer gelöscht, normalisiertsich der Luftdruck im Altar, wodurch das Wasser aus dem Behälter in die Kugel zurück gesaugt wird und ein Gegengewicht die Tore wieder schließt. Im Prinzip spielt sich hier der grundlegende Kreislauf des Heißluft-Motors wieder, wenn auch unter Einbezug weiterer mechanischer Elemente – und natürlich in extremer Zeitlupe.

Herons bekannteste Erfindung ist allerdings die Aelopile, die vermutlich erste Reaktionsturbine der Welt, über die ich unter Wasserdampf berichte.

In der moderneren Geschichte sollen sich Personen wie Leonardo da Vinci und Gottfried Wilhelm Leibniz mit Heißluftantrieben beschäftigt und auch Dokumente darüber hinterlassen haben, was ich bislang allerdings noch nicht verifizieren konnte. Es ist auch nicht bekannt, ob diese Maschinen damals tatsächlich gebaut worden sind oder nicht.

Der gegenwärtigen Quellenlage nach scheint es, als sei der englische Ingenieur Sir George Caley (1773 - 1857), der sich als einer der Ersten mit der Wissenschaft des Fluges beschäftigte (und 1852 das erste Segelflugzeug der Welt baute), auch der erste gewesen, der die Aussdehnung der Luft durch Wärme zur Erzeugung mechanischer Leistung genutzt hat. Er veröffentlicht eine entsprechende Beschreibung bereits im Jahr 1807 im Journal of Natural Philosophy (Nicholson’s Journal). Die Patentierung erfolgt allerdings erst 1837.

Bei dem Stirling-Motor handelt sich um einen Niedertemperatur-Heißluftmotor, dessen Patent bereits 1816 von dem damals 26-jährigen schottischen Pfarrer Robert Stirling (1790 - 1878) erlangt wurde. Dieser hatte das Patent allerdings gemeinsam mit seinem Bruder James, einem Ingenieur, angemeldet, sodaß mit ziemlicher Sicherheit von einer gemeinsamen Erfindung der beiden Brüder gesprochen werden kann.

Stirlings Motor arbeitet wie eine Dampfmaschine mit äußerer Wärmezufuhr, jedoch anstelle von Dampf mit dem eingeschlossenen Arbeitsmedium Luft, welches sich – im Gegensatz zum Kesselwasser bei der Dampfmaschine – nicht verbraucht. Stirlings Motiv ist der Wunsch, eine sichere und einfache Maschine zur Grubenentwässerung zu bauen. Weitere Patente mit technischen Verbesserungen werden Stirling 1827 und 1840 erteilt.

Abgesehen von zwei kleinen Versuchsmodellen für die Universitäten von Edinburgh und Glasgow werden allerdings nur vier Maschinen gebaut. Der erste im Jahr 1818 zum Pumpenbetrieb in einem Steinbruch installierte Motor fällt schon nach kurzer Betriebszeit wegen Überhitzung des Zylinderbodens aus.

Auch der zweite Motor aus dem Jahr 1828, mit dem das Prinzip des Arbeitsmediums unter Überdruck umgesetzt werden soll, hat Probleme. Wegen ungenügender Isolierung und Kühlung der kalten Bereiche der Maschine erhitzen sich diese so sehr, daß die funktionsnotwendige Temperaturdifferenz schwindet.

Erst als in Zusammenhang mit dem 3. Patent 1840 eine weitere Versuchsmaschine mit effektiverer Wasserkühlung und neuem Regenerator gebaut wird, funktioniert diese so gut, daß James Stirling im Jahr 1843 für die Dundee-Foundery, wo er selbst als Ingenieur arbeitet, eine etwa 11,5 kW starke Antriebsmaschine bauen kann. Diese ist immerhin zwei Jahre lang relativ störungsfrei in Betrieb, bevor sie zwei weitere Jahre über mit Materialproblemen und Ausfällen zu kämpfen hat, bevor sie 1847 endgültig stillgelegt wird.

Der britische Astronom John Herschel nutzte den Stirling-Zyklus bereits 1834 für die Kühlung. Dies ist der erste bekannte Fall einer Verwendung der Stirling-Maschine zu diesem Zweck.

Im Jahr 1847 wird auch von Sir William Thomson die Kühlfunktion des Stirlingmotors beschrieben, und schon 1849 kann der frisch in die USA emigrierte Schotte John Gorrie in New Orleans die erste funktionierende Kältemaschine vorführen, die Eis produziert. Er läßt sich seine Erfindungen 1850 und 1851 patentieren.

Im Jahr 1861 entwickelt der Engländer Alexander Carnegie Kirk eine Eismaschine mit geschlossenem Kreislauf auf der Grundlage des Heißluftmotors von Stirling. Durch eine 1876 erfolgte Veröffentlichung macht er die Stirling-Kreislaufkühlung auch in Fachkreisen bekannt.

Nach den Entwicklungsarbeiten des französischen Ingenieurs Paul Giffard ab etwa 1870, der als ein Pionier der Gaskreislauf-Technologie gilt und im Jahr 1873 erstmals eine erfolgreiche Umsetzung vorführen kann, bildet sich schon bald eine Industrie heraus, welche die neuen Kältemaschinen herstellt. Diese werden in erster Linie in Brauereien sowie auf Kühlschiffen zum Transport von gefrorenem Fleisch eingesetzt.

Die erste Schiffsladung erreicht England im Jahr 1881 mit dem Dampfer Strathleven, der mit Bell-Colemann-Kaltluftmaschinen ausgerüstet ist, die auf die beiden Metzger Henry und James Bell sowie den Ingenieur James Coleman aus Glagow zurückgehen (GB-Nr. 1034 von 1877).

Im Grunde sind Kaltluftmaschinen umgekehrte Heißluftmaschinen. In Deutschland werden ab 1870 die Kältemaschinen von Windhausen bekannt.

Der Schwede John Ericsson (1803 - 1889), der 1826 nach England kommt, kann 1833 in London zwar seine erste Caloric Engine vorführen, doch Erfolg mit seinen später weiterentwickelten Maschinen hat er erst, nachdem er 1839 in die USA umsiedelt. In New York konstruiert er im nächsten Jahrzehnt mindestens acht experimentelle Stirling-Anlagen.

Im Jahr 1851 gelingt es ihm, Geldgeber davon zu überzeugen, ein 78 m langes Schiff zu bauen, das von einem Vierzylinder-Heißluftmotor angetrieben wird.

Am 12. Januar 1853 sticht in den USA die MS Ericsson in See – mit dem größten jemals gebauten Stirlingmotor an Bord. Leider leistet die riesige 4-Zylinder-Maschine (mit Zylinderdurchmessern von 4,27 m) statt der vorausgesagten 350 kW nur 220 kW, wodurch das Schiff eine inakzeptable Fahrt von nur 11 Knoten macht (20,4 km/h).

Der US-Flottenkommandant Joshua Sands, der im Auftrag des Marineministers John P. Kennedy die Fahrt als Gutachter begleitet, beschreibt diese trotzdem als insgesamt zufriedenstellend und weist insbesondere darauf hin, daß die neue Tchnologie die Gefahr vermeidet, daß ein Schiff durch einen Zufallstreffer in den Dampfkessel in die Luft gesprengt wird. Zu Ericssons Unglück sinkt das Schiff später vor New York bei einem Sturm - und wird nach seiner Bergung mit konventionellen Dampfmaschinen ausgestattet.

Ericsson entwickelt um 1858 aber auch einen 1,5 PS Industrie-Stirling, mit dem er wesentlich größeren Erfolg hat. Auch eine durch Sonnenenergie betriebene Stirling-Wasserpumpe wird zu Tausenden verkauft. Über seinen Solar-Stirling habe ich bereits im Kapitel zur Geschichte der Sonennenergie ausführlich berichtet.

Der Stirling-Motor findet außerdem vor allem in der Landwirtschaft Verbreitung, da man ihn mit jedem Brennstoff, also auch mit Holz oder Stroh, betreiben kann. Er gehört außerdem zu den Systemen, die sich hervorragend für die Nutzung von Abwärme eignen (s.d.).

Die Firma Louis Heinrici in Zwickau, Deutschland, produziert von 1876 bis in die 1920er Jahre des vergangenen Jahrhunderts viele unterschiedliche Heißluftmotoren, um kleine Maschinen, Luft- oder Wasserpumpen für Zimmerfontänen und Aquarien anzutreiben.

Da die sehr wenigen heute noch existierenden Exemplare im Besitz von Museen und Sammlern sind, beschließt der Ingenieur Ralf Schuster aus Flörsheim, Deutschland, einen originalgetreuen 10,2 kg schweren und 51 cm hohen Heinrici-Heißluftmotors nachzubauen, der hier auch abgebildet ist. Über das beachtliche Projekt wird ausführlich im Magazin Maschinen im Modellbau (Nr. 5/2008) berichtet.

Weitere Namen aus dieser Zeit, die zu einer vertieften Recherche zum Thema Heiß- und Kaltluftmotoren einladen sollen, lauten: Lauberau (1861), Lehmann (1866), Postle (1873; GB-Nr. 709), Kirk (1874), Rider (1875), Buschbaum (1876), Stenberg (1877), Windhausen (1877), Van Rennes (1878), Lightfoot (1880; GB-Nr. 4065), Haslam (1880; GB-Nr. 5060), Robinson (1883) und Atkinson (1886; GB-Nr. 10098).

Und auf einer netten Animation kann man erkennen, wie einfach das Prinzp des Stirling-Motors eigentlich ist.

Nach 1886 übertrifft der Stirling noch jahrzehntelang den Diesel-Motor im mechanischen Wirkungsgrad, und Anfang des 20. Jahrhunderts sind weltweit ca. 250.000 Stirlingmotoren im Einsatz - als Tisch-Ventilatoren, Wasserpumpen und Antriebe für Kleingeräte wie z.B. Nähmaschinen. Sie versorgen Privathaushalte ebenso wie kleine Handwerksbetriebe mit mechanischer Energie. Doch als sich Otto-, Diesel- und Elektromotoren ab den 1920er Jahren immer weiter verbreiten, werden die Stirlingmotoren zunehmend vom Markt verdrängt. Ganz verschwinden sie jedoch nie.

Um 1900 tauchen die ersten Heißluftmotoren, insbesondere Stirling- und Vakuummotoren, in den Katalogen der Spielzeug-Industrie auf.

Ossian Ringbom erfindet 1905 einen Motor, der keine Zwangsführung zum Verdrängerkolben hat und somit in beiden Richtungen läuft, woraus sie vermutlich die Freikolbenmotoren entwickelt haben. Danach scheint es über drei Dekaden eine Flaute gegeben zu haben - zumindest liegen mir bislang noch keine Informationen vor.

Die Firma Bremen Manufacturing Co. (Bremen Engine Co.) in Bremen, Ohio, beginnt im Jahr 1906 mit der Herstellung ihrer geräuschlosen kalorischen Pumpen (Caloric water-pumping engine), nachdem ihr das enstprechende Patent erteilt wurde (das sich bislang noch nicht hat finden lassen und einem früheren Patent von 1896 zugrunde liegen soll).

Der mit Benzin, Alkohol, Erd- oder Stadtgas betreibbare Motor wird damit beworben, daß er Wasser aus 7,5 m Tiefe heben und es auf eine Höhe von 22,5 m über den Motor hinaus heben kann. Die Warmluftpumpmaschinen werden im Keller eines Hauses plaziert, und pumpen Wasser in einen Tank, der sich in einem der höheren Stockwerke befindet. Zum Starten des Motors zeigt ein Pfeil auf dem Schwungrad in die Richtung, in die das Rad gedreht werden muß.

Das abgebildete Modell wird auf einer Auktion der Bruce Maxwell Collection im Jahr 2005 für 1.700 $ angeboten.

Ansonsten mögen aus dieser Zeit die Namen Myers (1901), Cornwall (1901), Kennedy (1903), Morse & Hubbard (1905), Rigbom (1907), Anderson & Engel (1913), Stiddard (1919), Smith (1930), Malone (1931), Lee (1935), Rinia (1946), De Brey (1947), DuPre (1948), Fokker, & Reinhoudt (1965), West (1970), Cowans (1971), Summers (1973) und Nyström (1977) zu weiterführenden Recherchen einladen.

Die eigentliche Initialzündung in den Neuzeit dann von der holländischen Firma N. V. Philips aus, die im Jahr 1936 in ihrem Physik-Labor in Waalre unter der Leitung von Roelf J. Meijer mit Versuchen an Stirling-Motoren beginnt, um ein wärmegetriebenes Antriebsaggregat für Rundfunkgeräte zu entwickeln, das in Gegenden eingesetzt werden soll, wo es einfacher ist, den nötigen Brennstoff zu besorgen als elektrische Batterien zu beschaffen.

Der tragbare Kleingenerator, der bald darauf vorgestellt werden kann, hat die beachtliche Leistung von 200 W und einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 5 %.

Bis 1940 wird ein Prototypen-Motor mit deutlich höherer spezifischer Leistung und mehr als doppelt so hohem Wirkungsgrad gegenüber der früheren Stirlingmaschine produziert - und während der der deutschen Besatzung von 1940 bis 1944 wird die Entwicklung im Geheimen fortgeführt.

So beschäftigt man sich in Eindhoven ab 1942 auch mit doppelt wirkenden 4-Zylinder-Stirling-Motoren, die für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind. Die erste dieser Maschinen, die als Urahnen aller heutigen Stirling-Automobilmotoren gelten, wird bereits 1943 gebaut. Ihre vier Zylinder sind im Quadrat angeordnet, weshalb die mechanische Leistung über eine Schrägscheibe abgeführt wird.

Unter der Leitung von J. W. L. Köhler beantragt Philips im Jahr 1946 auch ein Patent für die Umsetzung des Stirling-Zyklus zum Erreichen von Tieftemperaturen bei der Erzeugung verflüssigter Gase (US-Nr. 2.907.175, erteilt 1955).

Glücklich geht die Sache aber trotzdem nicht aus, denn im Jahr 1951, gerade als die erste Vorproduktions-Charge der 180/200 W Generatoren des Modells MP1002CA fertig ist (auch als ,Bungalow-Set’ bekannt) – beginnen Transistoren mit ihren viel geringeren Leistungsanforderungen die Vakuumröhren in Radios zu ersetzen, womit die ursprüngliche Notwendigkeit für die Stirlings obsolet wird.

Eigentlich sollen 250 Stück hergestellt werden, aber schon bald ist klar, daß sie nicht zu einem wettbewerbsfähigen Preis produziert werden können. Schließlich stellt Philips rund 100 dieser Sets her (andere Quellen: ~ 100 Stk.), von denen einige ihren Weg in die Ingenieur-Abteilungen von Universitäten und Colleges auf der ganzen Welt finden und Generationen von Studenten erlauben, wertvolle Einblicke in die Stirling-Motor-Technik zu gewinnen.

Einen Durchbruch bedeutet dann das sogenannte Rhombengetriebe, eine konstruktive Variante für die Steuerung der komplizierten Relativbewegung zwischen Verdränger- und Arbeitskolben, die 1953 von einem Entwicklerteam um Meijer vorgestellt wird. Der erste größere Einzylinder-Stirling mit Rhombengetriebe wird Anfang 1956 gebaut, er wiegt 200 kg, leistet 30 kW (andere Quellen: 40 kW) und erreicht einen für damalige Verhältnisse sensationellen Wirkungsgrad von 38 %.

Ab 1954 wird ein 200 kW Stirling-Generator in Kleinserie hergestellt, und eine Konstruktion von Meijer aus dem Jahr 1958 wird von General Motors (GM) übernommen, wo das Forschungsprogramm gemeinsam mit Philips bis 1978 fortgesetzt wird und zu Motoren bis 400 PS, Kältemaschinen bis -200°C, und Wärmepumpen bis +100°C führt.

Zwischen 1959 und 1977 hat Philips auch eine Yacht Johann de Witt in Betrieb, die von einem 40 PS Einzylinder-Stirling-Motor angetrieben wird. Als Arbeitsgas wird Wasserstoff mit einem Druck von 165 bar genutzt. Der Motor verändert sich über die Jahre, da es sich um einen Testaufbau handelt.

Frederik ,Frits’ Jacques Philips, von 1961 bis 1971 Konzernpräsident, soll die Entwicklung hinter den Kulissen stark gefördert haben. Bei seiner Verabschiedung wird ihm dafür ein Rasenmäher geschenkt, der mit einem Stirling-Motor ausgestattet ist, über den er sich auch sichtbar freut. Das am Nat-Lab fast vollständig handgemachte, einzigartige Produkt ist mit einem 10 PS Stirling ausgestattet.

Unter dem Eindruck der beginnenden Umweltdebatte rüstet Philips Mitte 1970 einen DAF-Omnibus mit einem 4-Zylinder Rhombentrieb-Stirling aus, kann sich damit auf dem Markt aber nicht durchsetzen, nicht zuletzt aufgrund zahlreicher Störungen die belegen, daß die Maschine noch nicht die notwendige Reife erreicht hat. Sie erzielen auch keine nennenswerte Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Ein besonderes Problem bildet die Vorheizzeit von rund einer Minute.

Nachdem in den Folgejahren die wichtigsten Lizenznehmer und Kooperationspartner GM und Ford ihre Stirling-Aktivitäten beenden (s.u.), stellt auch Philips im Jahr 1979 nach mehr als 40 Jahren kontinuierlicher Entwicklung seine entsprechenden Arbeiten ein.

Man kann aber feststellen, daß die meisten der heutigen Stirlingmotoren auf den Entwicklungen von Philips basieren, das nach Ende seiner eigenen Forschungen die Lizenzen an Firmen wie MAN, Ford und United Stirling verkauft, während die Mitarbeiter der ehemaligen Philips-Gruppe die Entwicklung auf eigene Rechnung weiterführen, Uuter anderem in den USA, wo Roelf J. Meijer die Firma Stirling Thermal Motors Inc. gründet (s.u.).

Die MAN beispielsweise unternimmt 1967 erste Versuche und stellt 1984 eine Studie vor, bei der es um einen Schiffe-Stirling geht.

General Motors wiederum hatte Mitte der 1950er Jahre begonnen, sich verstärkt mit der Stirling-Thematik zu beschäftigen, insbesondere für den Einsatz als transportabler militärischer Stromgenerator (Groud Power Unit, GPU), wofür ihn das ausgesprochen leise Betriebsgeräusch, die kaum sichtbaren und schadstoffarmen Emissionen sowie seine Vielstoffähigkeit geradezu ideal prädestinieren. Anwendung finden die Geräte denn auch hauptsächlich bei der US-Army, allerdings nicht in dem erünschten Maße, da sich das Militär scheut, die noch weitgehend unerprobte Technologie in großem Maßstab einzu setzen.

Von der Öffentlichkeit weitgehend unbemerkt sind dagegen seit langer Zeit Stirling-Kälteanlagen im militärischen und medizinischen Bereich in großen Stückzahlen im Einsatz. Da diese Maschinen erheblich kleiner gebaut werden können als beispielsweise Linde-Kühler, eignen sie sich z.B. sehr gut zum Kühlen mobiler Infrarot-Sensoren.

Die Verhandlungen über einen Kooperations- und Lizenzvertrag zwischen Philips und GM beginnen 1957 und werden 1958 erfolgreich abgeschlossen, wobei die Entwicklung eines 7,5 kW Motors für Armee-Generatoren im Mittelpunkt steht. Unter dem Eindruck des Sputnik-Schocks kommt allerdings sehr schnell ein Auftrag der US Air Force hinzu, bei dem es um die Konstruktion eines ähnlichen Systems für Satelliten geht. Dieses kann schon Mitte 1959 zur Erprobung an GM übergeben werden.

Der daraufhin von der GM-Tochter Allison Division für den Solarbetrieb modifizierte Satelliten-Generator erreicht allerdings nur 2,5 kW elektrische Leistung - und bleibt dabei unter dem vorgegebenen Leistungsziel von 3 kW. In den 1960er Jahren verläuft die Weiterentwicklung im Sande. Gleichzeitig verstärkt GM aber seine Aktivitäten zur Entwicklung eines praktikablen Pkw-Stirling-Motors. So wird beispielsweise 1964 ein 22 kW Rhombentrieb-Stirling in einen Convair Experimantal-Pkw eingebaut, der seine Wärme aus einem thermischen Energispeicher auf Aluminiumoxid-Basis erhält, der von einem Gasbrenner aufgeladen wird.

Im Februar 1970 stellt GM jedoch überraschend alle weiteren Entwicklungsarbeiten ein, insbesondere aufgrund von Zweifeln hinsichtlich einer Serientauglichkeit der bislang entwickelten Systeme. Anderen Quellen zufolgen werden die Arbeiten nach drei Jahrzehnten intensiver Bemühungen erst Ende der 1980er Jahre eingestellt, wofür dann die seinerzeits allgemeinen Probleme der Automobilindustrie der USA verantwortlich gemacht werden. Und doch kann auch GM die Hände nicht ganz vom Stirling-Motor lassen, wie sich Ende der 1990er Jahre herausstellen wird (s.u.).

Bereits in den 1960er Jahren sollen die Herren M. A. S. Malik und Louis W. Parker erste Untersuchungen zum Einsatz von Stirling-Motoren bei der Solarenergie-Nutzung durchgeführt haben, wobei ihre Versuchsanlage aus einer Fresnel-Linse, einem Lichtabsorber und einem Stirling-Motor bestand. Bislang konnte ich noch keine näheren Details über diese Pionierarbeit herausfinden - außer, daß sich Malik später mit der solaren Destillation beschäftigt – und Parker mit der solaren Dampferzeugung.

Im Jahr 1964 erfindet Prof. William T. Beale von der Ohio University ein Duplex-Stirling-System, bei dem zwei Freikolben-Stirling-Maschinen Rücken an Rücken angeordnet sind, wobei die eine Maschine als Wärmekraftmaschine arbeitet, und die andere als Wärmepumpe. Außerdem bedeutet das neue System eine signifikante mechanische Vereinfachung, da es die Notwendigkeit eines komplizierten Kurbelmechanismus eliminiert.

Tatsächlich ersetzt Beale die rein mechanische und starre Verbindung der beiden Kolben durch ein Feder-Masse-System: Das zwischen Arbeits- und Verdrängerkolben eingeschlossene Gasvolumen wirkt als pneumatische Feder zur dynamischen Kupplung der beiden Kolben. Für viele Fachleute gilt diese Freikolbenversion als die wichtigste Verbesserung der Stirling-Technologie überhaupt.

Das erste Patent für seinen Freikolben-Stirling-Motor erhält Beale 1971 (US-Nr. 3.552.120) – dem im Laufe der Folgejahre noch viele weitere amerikanische und internationale Patente folgen sollen.

Das im englischsprachigen Raum als Free-Piston Stirling Engine (FPSE) bekannte System ähnelt ein wenig der Vuilleumier-Wärmepumpe (s.d.). Einsatzbereiche sind gasbefeuerte Gefriergeräte für Lebensmittel, gasbefeuerte Wärmepumpen und die Erdgas-Verflüssigung.

Im Jahr 1974 gründet Beale die Firma Sunpower Inc. mit Stammsitz in Athens, Ohio – mittels 20.000 $, die er sich von seiner Schwiegermutter borgt. Das Unternehmen entwickelt und patentiert eine Reihe hocheffizienter und zuverlässiger Stirlingmaschinen mit geringer Masse, die in der Lage sind, jede Wärmequelle zu nutzen – die Solarenergie ebenso wie Wärmerohre (Heatpipes), Deponiegas, Biomasse, fossile oder Kernbrennstoffe – und sie in Elektrizität umzuwandeln.

Der erste technisch ausgereifte Freikolben-Stirling-Motor RE-1000 wird 1978 ausgeliefert, und ab 1980 beginnt die Konstruktion, Entwicklung und Erprobung von Maschinen zwischen 35 W und 7,5 kW, was bis heute fortgeführt wird. Sunpower wird bald zu einem Weltmarktführer für energieeffiziente und umweltfreundliche Maschinen für Stromerzeugung und Kühlung, wobei die Massenproduktion in Fabriken in Ohio erfolgt. 

1982 stellt Sunpower einen Versuchsmotor für 70.000 Betriebsstunden vor, der mittels Verbrennung von Reisstroh Wasserpumpen betreiben soll. Seine Herstellung wird von der US Agency for International Development gefördert, die Tests werden in Bangladesh durchgeführt.

1987 folgen die Demonstration eines Diesel-beheizten Stand-alone-FPSE-Motor-Generators für die US-Army, sowie die erstmalige Verwendung eines Wärmerohr-Heizungskopfes, und ab 1989 beginnt die erfolgreiche Anwendung eines solarbetriebenen FPSE, dessen Entwicklungseinheiten bis 1994 laufen.  

Auf der Liste der Meilensteine steht 1999 der Start des Produktionsbetriebs von Cryokühlern, und 2001 beendet ein nicht genannter Lizenznehmer einen Feldversuch mit Haushalts-BHKW, die auf dem Freikolben-Stirlingmotor basieren. Auf dem Foto ist ein ein entsprechender 1 kW Sunpower EG-1000 zu sehen.

Der lineare elektrische Generator besitzt starke Seltenerd-Magneten in dem Kolben, der einen Magnetkreis sowie Spulen in dem Zylinder durchschneidet. Das Ergebnis sind mehr als ein Kilowatt elektrischer Leistung sowie heißes Wasser mit einer Temperatur von 50°C, durch den Betrieb des Kühlwassers. Damit wird ein Gesamtwirkungsgrad von ca. 90 % erreicht. Als Arbeitsgas kommt Helium zum Einsatz.

Im Jahr 2002 startet der erste M77 Cryokühler an Bord der RHESSI-Mission ins All (der auch 10 Jahre später noch funktioniert, obwohl der Einsatz ursprünglich nur 6 Monate dauern sollte), und ab 2003 finanziert die NASA ein Programm über sieben Jahre, um die nächsten Generation fortgeschrittener Stirling-Konverter zu entwickeln (Advanced Stirling Convertor, ASC). Zeitleich wird die Freikolben-Linearkompressor-Technologie für Haushaltskühlgeräte verfügbar.

2005 erreicht der Prototyp einer tragbaren Stromversorgung für das US-Verteidigungsministerium einen Wirkungsgrad von 20 %. Dieses Projekt findet 2009 seinen Abschluß in der Integration und Demonstration eines FPSE-Generators, dem mit dem Kraftstoff JP-8 beheizt wird uns sich von einem einzelnen Soldaten tragen läßt.

Im Jahr 2010 sind die Stirling-basierten Haushalts-KWK-Geräte im Handel erhältlich, und Sunpower mausert sich vom Entwicker zum Hersteller von Stirling-Motoren für die Raumfahrt. Nachdem 2011 in erweiterte Räumlichkeiten umgezogen wird, und 2012 der erste erfolgreiche Betrieb des ASC-E3 Stirling-Konverters aufgenommen wird, entscheidet sich Beale Anfang 2013, sein Technologieunternehmen an die AMETEK Inc. in Berwyn, Pennsylvania, zu verkaufen.

Sunpower hat im Lauf seiner Geschichte mehr als 50 verschiedenen Technologieplattformen entwickelt und mehr als 350 Prototypen für eine Vielzahl von Anwendungen gebaut. Die Produktion von Stirling-Motoren, Kryokühlern und Linearkompressoren soll auch unter dem neuen Besitzer fortgeführt werden.

Interessant ist, daß aus der Sunpower mindestens zwei weitere Unternehmen hervorgegangen sind, die ebenfalls in Athens beheimatet sind: die Stirling Technology Inc. (STI), die 1983 gebildet wird um die Entwicklung des 5 kW ST-5 Luftmotors weiterzuführen, der Biomasse wie Sägemehl, Pellets oder Reishülsen verbrennt und als KWK-Anlage im ländlichen Raum eingesetzt werden soll – sowie die 1995 gegründete Firma Global Cooling Inc., die sich vor allem mit der Entwicklung des Freikolben-Stirling-Kühlers für Haushaltskühlschränke befaßt (s.u.).

Die STI beginnt 1984 mit der Gestaltung von Stirling-Motoren für den Feldeinsatz, und der ST-5 kommt auch tatsächlich in Indien zum Pumpen von Wasser zum Einsatz – wo er zeitweise und in kleinen Stückzahlen in der Fabrik von Stirling Dynamics in Madras hergestellt wird –, ebenso wie er versuchsweise in China und in Japan eingesetzt wird.

Die Patente der Firma datieren von 1985 (US-Nr. 4.553.392), 1989 (US-Nr. 4.856.280), 1991 (US-Nr. 5.069.272), 1992 (US-Nr. D330248), 1993 (US-Nr. 5.183.098 und 5.238.052), 1994 (US-Nr. 5.285.842), 2000 (US-Nr. 6039109) und 2010 (US-Nr.  7841381). Als Erfinder werden häufig Catherine bzw. Bruce  J. Chagnot genannt. Aus einer Auflistung der NASA ist zu entnehmen, daß das Unternehmen zwischen 1987 und 1996 nicht weniger als 17 Förderverträge erhalten hat, die zwischen 50.000 $ und 600.000 $ rangieren.

Im Jahr 1989 entwickelt STI einen patentierten Rotationskern-Wärmetauscher (Rotary Core Heat Exchanger) auf der Grundlage der Erfahrungen mir den hohen Anforderungen der Wärmeübertragung bei Stirling-Motoren, und stellt den ersten Energierückgewinnungs-Ventilator (Energy-recovery ventilator, ERV) vor. Hierfür wird irgendwann die Schwesterfirma UltimateAir Inc. gegründet.

Bei den Stirlings hat STI später allerdings Probleme mit Plagiaten, und muß seine Kunden auf seiner Homepage darüber informieren, daß einzig die Stirling Engine Company, Japan (SEC, Japan) eine gültige Lizenz zur Herstellung des ST-5 Motors in Asien besitzt – während explizit vor den Firmen Stirling Technology Korea und Stirling Engine Company aus Südkorea, sowie der Stirling Technology China aus Hong Kong gewarnt wird.

Es ist nicht viel über die nächsten Jahre herauszufinden, doch auch 2005 plant man noch immer, die ST-5 Stirling-Motoren in weniger entwickelten Teilen der Welt vorzustellen.

Und was die zweite Ausgründung aus dem Jahr 1995 anbelangt: Abgesehen davon, daß die von Sunpower lizenzierten Freikolben-Stirling-Kühlmaschinen der Global Cooling Inc. wesentlich effizienter als herkömmliche Dampfkompressions-Kühlgeräte sind, haben sie noch den zusätzlichen Vorteil, daß sie kompakte und tragbare Einheiten bilden, die Helium als Arbeitsfluid verwenden, und nicht die klimaschädlichen HFC-Kühlmittel.

Die Global Cooling hat bald darauf zwei Tochtergesellschaften, die Global Cooling B.V. mit Sitz in den Niederlanden, sowie die Global Cooling Manufacturing Co. mit Sitz in Athens, Ohio, die 1997 zum Zweck der Entwicklung und Produktion von Stirling-Kühlern für die Global Cooling B.V. gegründet wird.

2002 vereinigen die Firmen ihre Bemühungen mit der Sunpower Inc., die sich ab 1988 übrigens auch mit der Herstellung hochwertiger Silizium-Zellen für den Einsatz in Solar-Konzentratoren beschäftigt.

Die Mitarbeiter der holländischen Firma entwickeln in dieser Zeit einen sehr guten kleinen Stirling mit 50 W Spitzenleistung als Kühlaggregat für eine kleine Kühlbox, die einen 12 V Anschluß für Campingbusse besitzt, aber auch mit einem PV-Modul betrieben werden kann. Die Box mit 25 Liter Inhalt kann bis -18°C kühlen, wozu eine Dauerleistung unter 10 W genügt, in einigen Fällen sogar nur 4 - 5 W. Ein interessantes Detail dieses Aggregats ist, daß es nicht taktet, sondern die zur Konstanthaltung der Temperatur erforderliche Kühlleistung kontinuierlich liefert.

2002 stellt der japanische Lizenznehmer Twinbird Corp. dieses weltweit erste Consumer-Produkt, das mittels Freikolben-Stirling-Motor gekühlt wird, der Öffentlichkeit vor. Mit der kommerziellen Produktion wird allerdings erst 2007 begonnen, obwohl sich dies noch nicht verifizieren ließ. Inzwischen scheint der Kühler auch wieder aus dem Sortiment genommen worden zu sein.

Im Jahr 2008 beginnt Global Cooling mit der eigenen Herstellung, anstatt seine Entwicklungen nur zu lizenzieren, wie zuvor.

Dazu wird auch gleich ein neuer Name für die Firma kreiert: Stirling Ultracold. 2009 wird beschlossen, die weiteren Entwicklungsbemühungen auf jene Systeme zu konzentrieren, bei denen es praktisch keine Konkurrenz gibt – die Kühlung auf -40°C bis -80°C, wie sie in der medizinischen und Bio-Forschung sowie in der Pharma- und Krankenhaus-Industrie verwendet wird. Hierfür wird 2010 eine eigene Produktionsstätte etabliert.

Im April 2011 zieht das Unternehmen in größere Räumlichkeiten um, wo die Freikolben-Stirling-Motoren und spezialisierten Tiefkühltruhen hergestellt werden und das Service-Personal ausgebildet wird. Anfang 2013 erfolgt die erfolgreiche Markteinführung des Ultratief-Gefrierschranks SU780U, der die  herkömmlichen Kaskadengefriergeräte ersetzen soll.

Die Erzeugung von sehr tiefen Temperaturen ist eine ungebrochene Domaine von Stirlingmotoren. Mit Tieftemperatur-Stirling-Kältemaschinen lassen sich Temperaturen um 80 K (ca. -193°C) erreichen. Luft- oder Erdgasverflüssigung und die Kühlung von Infrarotsensoren sind typische Beispiele derartiger Tieftemperatur-Anwendungen. Das Militär nutzt diese Maschinen in großen Stückzahlen und seit vielen Jahren für automatische Lenkwaffen und Wärmesichtgeräte.

Im März 1967 wird in den USA von Dr. Martini und seiner Forschungsgruppe in den Donald W. Douglas Laboratories der Firma McDonnell-Douglas Astronautics Co. ein künstliches Herz vorgestellt, das von einem AISP-Stirling betrieben wird, wobei ebenfalls ein Alpha-Isotop als Wärmequelle zum Einsatz kommt, wobei diese 600°C erreicht.

Gefördert wird die Forschung, die später an der Washington University fortgeführt wird, von der Atomic Energy Commission und dem National Heart, Lung and Blood Institute der Vereinigten Staaten.

Etwa im Jahr 1985 ensteht die Firma Stirling Technology Company als Ausgründung der Washington University, die auch Mitbesitzerin an dem neuen Unternehmen ist, um die Technologie zu kommerzialisieren.

Ebenfalls 1967 wird von E. H. Cooke-Yarborough an den Hartwell Labs der britischen Atomenergiebehörde in Oxfordshire der Harwell TMG Stirling-Motor erfunden, wobei TGM eine Abkürzung für Thermomechanischer Generator ist. Sein Ziel ist eine netzferne Stromquelle mit niedrigen Kosten und sehr langer Lebensdauer, wenn auch unter Verzicht auf gewisse Effizienz.

Insbesondere die Einfachheit der Heizvorrichtung reduziert die Kosten erheblich - doch die wesentliche Innovation ist, daß statt eines Kolbens eine elastische Membran eingesetzt wird (articulated diaphragm), womit kein Schmiermittel mehr erforderlich sind und der Verschleiß der gesamten Maschine vernachlässigbar wird, die mit einem Lineargenerator ausgestattet ist. Ein ab 1974 mit Strontium-90 betriebenes Labormodell arbeitet mehr als 10 Jahre lang.

Die ersten zwei mit Propangas befeuerten Einheiten, die in zwei aufeinanderfolgenden Missionen eine Wetterdaten-Boje versorgen, produzieren zusammengenommen mehr als drei Jahre lang 25 W. Eine Version mit 60 W wird über ein Jahr als Hauptenergiequelle eines Leuchtturms an der irischen Küste genutzt.

Das bald daraus entstandene Modell TMG120 ist zu seiner Zeit der einzige Stirling-Motor, der von einem Hersteller verkauft wird, nämlich von der 1979 gegründeten Firma HoMach Systems Ltd. in Swindon, England.

Mit einer Wärmezufuhr von 1.500 W liefert das rund 80 kg schwere Gerät 80 – 150 W mechanische Energie, als Arbeitsgas nutzt es Helium, und die Lebensdauer soll über 90.000 Betriebsstunden betragen. Anderen Quellen zufolge sollen die HoMach-Stirlings für die zuverlässige Bereitstellung von 50 – 500 Watt ausgelegt gewesen sein. Auch dieses Unternehmen ist inzwischen erloschen.

Eine ähnliche Membran-Technologie wird im Jahr 1980 unter dem etwas nichtssagenden Titel ,Stirling engine control system’ von dem Ingenieurbüro Mechanical Technology Inc. (MTI) in Latham, New York, zum Patent angemeldet (US-Nr. 4.345.437, erteilt 1982). Als Erfinder wird ein John J. Dineen aus Durham, New Hampshire, genannt.

Dieses System hat allerdings eine Besonderheit: Der Behälter ist mit einer flexiblen Membran abgedichtet, die sich in Reaktion auf die Druckwelle verbiegt, die in dem Behälterdurch das abwechselnd erwärmte und gekühlte Arbeitsgas erzeugt wird.

Wenn sich die Membran biegt, drückt sie ein Hydraulikfluid in eine Hydraulikkammer und treibt einen Leistungskolben an, der wiederum einen linearen Wechselstromerzeuger und einen Gaskompressor antreibt.

Die (spätere MacDonnell-Douglas-Tochter) United Stirling of Sweden AB (USS, USAB) im schwedischen Malmö wird 1968 als gemeinsames Entwicklungs-Tochterunternehmen der staatseigenen Rüstungsfirma Forenade Fabriksverken und der Firma Kockums Mekaniska Verkstads Aktiebolaget gegründet, um auf Basis einer Philips-Lizenz Stirling-Motore für militärische Zwecke und den zivilen Kraftfahrzeugeinsatz zu entwickeln, diese aber nicht selbst zu fertigen.

Im Jahr 1971 kann der erste doppelwirkende 4-Zylinder-Stirling fertiggestellt werden, gefolgt von kompakteren Versionen ab 1973. Der im Folgejahr präsentierte P-40 Motor (40 kW) arbeitet mit zwei Kurbelwellen, die über ein Zwischengetriebe gekoppelt sind. Dies erlaubt eine enge und absolut parallele Anordnung der Zylinder, sowie der Einsatz eines kompakten gemeinsamen Erhitzerkopfes für alle vier Zylinder. Die P-40 Maschine, bei der Wasserstoff als Arbeitsgas eingesetzt wird, beeinflußt die gesamte spätere Entwicklung.

Ab 1972 kooperiert USS auch mit Ford (s.u.), und 1974 wird ein modifizierter V-4-Zylinder-Motor in einen Ford Pinto eingebaut und erprobt, anschließend erneut verändert und in einen Ford Taunus montiert, der über eine Fahrstrecke von etwa 800 km getestet wird. Es gelingt, die Vorheizzeit auf etwa 12 Sekunden zu reduzieren, und auch sonst läuft der Motor relativ zuverlässig.

Die USS, die zwischenzeitlich nach Ann Arbor in den USA umgesiedelt ist, beginnt sich im Jahr 1978 mit der Verbindung zwischen dieser Motorform und der Solarenergie zu beschäftigen, und schon 1979 wird in der Mojave-Wüste ein 11 m durchmessender und sonnennachgeführter Stirling-Dish mit einem Output von 23,5 kW getestet. Über diese Hochleistungs-Technologie berichte ich ausführlich in einem eigenen Kapitelteil unter Dish-Stirling-Systeme.

Ab 1970 baut Prof. Ivo Kolin von der Universität Zagreb, Kroatien, 16 Versuchsmotoren, bis im Jahr 1980 der erste Motor Flachplatten-Stirlingmotor ohne Sammelspiegel mit einer Temperaturdifferenz von 44°C läuft, der damit als der erste Niedertemperaturdifferenz-Motor betrachtet werden kann. 1983 erreichte ein weiterer Motor erstmals einen Betriebsbereich mit einer Temperaturdifferenz von 16°C, und 1988 kann Kolin in Zürich bereits ein Modell präsentieren, das schon mit einer Differenz von 4,5°C arbeitet. Die Modelle besitzen keinen Regenerator und ihr Verdränger wird durch eine Mechanik mit absichtlich großem Spiel diskontinuierlich bewegt.

Über seine Entwicklungen mit dem Prinzip der Flachwärmetauscherplatte referiert Kolin vermutlich schon auf der 1.  International Stirling Engine Conference (ISEC) 1982 statt, dokumentiert sind seine Vorträge auf der 3. Konferenz 1986 in Rom, auf der 19. Intersociety Energy Conversion Engineering Conference (IECEC) 1989 in San Francisco und auf der 5. ISEC 1991 in Dubrovnik. Die von Kolin entwickelte Technik wird später bei der Firma Sunmachine weiterentwickelt (s.u.).

Der Fluidyne Motor wird im Jahr 1971 von Colin D. West am Oak Ridge National Laboratory erfunden. Es ist eine Typ von Stirling-Motor, bei dem die regulären sich bewegenden Kolben durch bewegte Wassersäulen ersetzt sind. Er enthält ein Arbeitsgas (oft Luft), und entweder zwei Flüssigkeitskolben oder einen Flüssigkeitskolben und einen Verdränger.

Einige große Motoren sollen Wirkungsgrade bis zu 5 % erreichen, kleinere Motoren sind in der Regel noch sehr viel weniger effizient. Eine mögliche Verwendung für den Fluidyne Motor ist das Wasserpumpen Dritte-Welt-Ländern, w Solarkonzentratoren die Wärmeenergie für die heiße Kammer liefern. Solch ein Motor würde für eine sehr lange Zeit laufen, wenig kosten und keine Verschmutzung erzeugen.

Genauere  Untersuchung hierzu findet man in dem Buch ,Liquid Piston Stirling  Engines’ von West aus dem Jahre 1983, und im Netz kann ein ausführlicher Report vom August 1987 unter dem Titel ,Stirling Engines and Irrigation Pumping’ abgerufen werden. Daneben gibt es diverse Seiten, auf denen Bastler ihre Eigenkreationen vorstellen, die man häufig auch leicht nachbauen kann.

Der Fahrzeughersteller Ford läßt sich im Jahr 1972 die Stirling-Technologie von Philips lizenzieren und beauftragt das Philips-Entwicklungslabor damit, vier Maschinen mit je 175 PS herzustellen, von denen zwei in Fahrzeuge vom Modell Ford Torino installiert werden sollen.

Bereits ein Jahr später geht Ford mit einem ehrgeizigen Zeitplan an die Öffentlichkeit, dem zufolge bis 1980 der Ausbau einer Massenproduktion der neuen Motoren erfolgen soll.

Ein erster von Philips hergestellter 127 kW Motor wird 1975 in einen Torino eingebaut, und bis Ende der Kooperation der beiden Unternehmen liefert Philips noch sieben weitere Motoren. 1976 werden zwei Stirling-betriebenen Torinos sowie ein älterer Stirling-Bus von Philips (mit einem rhombischen 4-Zylinder-Stirling) erfolgreich für drei Tage in Dearborn, Michigan, vorgeführt.

Über die Ergebnisse der Erprobungen sind die Meinungen jedoch sehr unterschiedlich – Ford jedenfalls zieht das Fazit, daß die Motoren für die Serienfertigung noch gänzlich ungeeignet sind. Auch die Kooperation mit der Firma USS ist nicht viel erfolgreicher. Parallel wird bei Ford ab 1975 noch an einem kleineren Stirling-Motor gearbeitet, doch im Jahr 1978 entschließt sich das Unternehmen, seine Stirling-Aktivitiäten vollständig zu beenden, ebenso wie ein Jahr später auch Philips (s.o.).

Nach diesen Ereignissen wird in den USA die Firma Stirling Thermal Motors Inc. (STM) gegründet (s.u.), um die Arbeit von Philips fortzuführen, und um die (im Rahmen letzten Lizenzvereinbarung von 1968) insbesondere seit dem Jahr 1974 erzielten Durchbrüche nicht verloren gehen zu lassen, wobei der Hauptzweck von STM von Anfang an die kommerzielle Entwicklung von Stirling-Motoren ist.

Vielleicht sind die Entschlüsse zur Einstellung der Arbeiten bei Philips und Ford verfrüht gewesen, denn inzwischen zeigt die 1975 von Ford erstellte und von der ERDA finanzierte Stirling-Entwicklungsstudie ihre Resultate, die sich mit einer vom NASA Lewis Research Center (LeRC) im Auftrag des Department of Energy (DOE) verfaßten Untersuchung alternativer Pkw-Antriebe decken, in welcher neben Gasantrieben insbesondere das Potential von Stirling-Motoren hervorgehoben wird. Als Resultat legt das DOE in Zusammenarbeit mit der NASA im Jahr 1977 das Automotive Stirling Engine (ASE) Programm auf.

Hierzu werden Anfangs zwei Entwicklungsgruppen eingerichtet: die Stirling-Gruppe von Ford mit dem Lizenzgeber Philips – sowie das Ingenieurbüro Mechanical Technology Inc. (MTI) mit dem Technologieber USS sowie dem Pkw-Hersteller American Motors Corp. (AMC). Ich werde bei Gelegenheit noch ausführlicher auf diese Arbeiten eingehen.

In Japan wird im Rahmen von zwei nationalen F&E-Projekten versucht, Hochleistungs-Stirling-Motoren zu entwickeln. Zwischen 1976 und 1981 arbeitet eine Forschergruppe, die aus sechzehn Wissenschaftler von Universitäten und staatlichen Labors, sowie aus elf Unternehmen besteht, darunter die Firmen Mitsubishi Heavy Industries Ltd., Daihatsu Diesel Manufacturing Co. Ltd. und Nippon Piston Ring C. Ltd., an dem Prototyp eines zukünftigen Stirlingmotors für Anwendungen in der Schiffahrt. Zuschüsse dafür gibt es aus dem Verkehrsministerium und von der Japanese Shipbuilding Research Association. Dabei wird ein 2-Kolbenmotor als Teil eines künftigen doppelt wirkenden 590 kW Vierzylinder-Motor gebaut.

Aus dieser Periode stammt auch die Erfindung eines W-Typ Kolbenring durch den Aisin Seiki-Mitarbeiter Naotsugu Isshiki im Jahr 1979, der Jahre später auch das Patent für einen Stirling-Motor erhält, dessen Zylinderkopf ein transparentes, für Wärmestrahlung durchlässiges, Oberteil besitzt, damit der Motor solar betrieben werden kann (US-Nr. 4.821.516, erteilt 1989).

Von 1982 bis 1988 werden dann mit Finanzierung durch die New Energy Development Organization (NEDI), von vier Unternehmen und drei nationalen Laboratorien ein 3 – 30 kW Generatorsatz sowie mehrere Hochleistungs-Stirling-Motoren konstruiert, die an Wärmepumpen angeschlossen sind. An diesem Projekt sind u.a. Toshiba, Aisin Seiki, Sanyo Electric und Riken beteiligt.

Um das erarbeite Wissen aus diesen beiden Projekte zu sammeln und zu ordnen, setzt die japanische Society of Mechanical Engineers (JSME) ein von 1992 bis 1994 tätiges Komitee ein (RC110). Ein weiterer Ausschuß der JSME (RC127), der im Anschluß daran gegründet wird, um die Design-Methoden zu bestätigen und das Wissen über die Anwendung von Stirlingsystemen zu ordnen.

Über diese Entwicklungen berichtet auf seiner (leider nur bis 2003 gepflegten) Seite ausführlich Koichi Hirata vom National Maritime Research Institute (NMRI) in Tokio, wo man sich seit 1970 mit Stirling-Motoren beschäftigt und u.a.1978 eine experimentelle ,Inverted T Stirling engine’ vorstellt. Ab 1985 wird an einem 2 kW Motor gearbeitet, und im Jahr 1991 beginnen Studien zu einem Stirling-Motor für Unterwasser-Fahrzeuge.

Ab 1995 folgt die Entwicklung eines 100 W Stirling-Motors mit den Namen Ecoboy-SCM81, ebenfalls für Forschungszwecke. Den bisherigen Abschluß bildet ein 50 W Mini-Ecoboy, der seit 1998 in der Entwicklung ist und als Antrieb für einen Fisch-Roboter diskutiert wird.

Hirata selbst befaßt sich seit 1989 mit der Thematik, und experimentiert ab dem Jahr 2000 mit einem selbst gebauten Katamaran-Modell, das von einem kleinen Stirling angetrieben wird. Das 60 cm lange und 2 kg schwere Boot erreicht jedoch eine unbefriedigende Geschwindigkeit von nur 0,2 m/s, was Hirata durch weitere Versuche zu verbessern versucht (über die ich bislang aber keine Informationen gefunden habe).

Neben den nationalen Projekten versuchen auch viele andere Unternehmen und Universitäten in Japan Stirling-Motoren zu entwickeln, darunter die Nihon University, die Meiji University und die Saitama University, wo Prof. Iwamoto bis zu seiner Emeritierung im Jahr 1998 diverse Stirlings zwischen 10 W und 1 kW studiert und entwickelt, darunter auch ein Modell, das von heißen Motorabgasen angetrieben wird.

Der erste dieser Motoren ist der sogenannte Yamanokami-1 mit großem Hubraum, der in der Lage ist, mit Luft bei Normaldruck eine Leistung von mehr als 100 W zu liefern, und dies mittels einer thermischen Differenz unterhalb von 100°C. Das Modell Yamanokami 2 mit einer Leistung von etwa 1 kW wird für Forschungszwecke gemeinsam mit der japanischen Firma Suction Gas Engine Manufacturing Co. Ltd. entwickelt.

Ein in meinen Augen besonders ansprechendes Konzept wird 1992 innerhalb des japanischen Stirling Engine Club umgesetzt: Unter dem Namen Dream Island bauen die Mitglieder das Modell einer künstlichen Insel mit Stirling-Motor, der den Temperaturunterschied zwischen Sonneneinstrahlung und Meerwasser nutzt, um einen Propeller anzutreiben und die Insel zu bewegen. Diese kann bei schlechtem Wetter mittels Ballasttanks einfach im Meer untertauchen und ihren (potentiellen) Bewohnern Schutz vor Stürmen bieten.

Auch die US-Army erforscht die Nutzung von Stirling-Generatoren seit mindestens 1976. Im Netz war ein 218 Seiten langer Abschlußbericht darüber aus dem Jahr 1982 zu finden, der inzwischen leider entfernt worden ist (Evaluation of Requirements for Militarization of 3-kW Free-Piston Stirling Engine Generator Set, pdf).

Hier steht auch der Hinweis, daß das Mobility Equipment Research and Development Command (MERADCOM) schon im Jahr 1969 eine detaillierte Studie über den Einsatz von verläßlichen und leisen Generatoren für den Feldeinsatz erstellt hat, in dem als geeignete Kandidaten auch Stirling-Motoren genannt werden.

Auch die Firmen Siemens und Volvo arbeiten in dieser Zeit an Stirlings. Eine größere Verbreitung scheitert jedoch vornehmlich am komplizierten mechanischen Aufbau.

Im Zuge der zeitgenössischen Diskussion um erneuerbare Energie wird das Prinzip allerdings zunehmend auch allgemein bekannt. R. K. Gupta et al. berichten beispielsweise 1978 auf dem International Solar Energy Congress in New Delhi über ihre Entwicklung von solarbetriebenen 1 kW und 1,9 kW Stirling-Motoren für den ländlichen Raum, bei denen sie Motorwirkungsgrade um 5,6 % und eine Gesamteffizienz von gut 2 % erreichen.

Die schwedische Firma Kockums aus Malmö (inzwischen Teil der ThyssenKrupp Marine Systems) beteiligt sich bereits in den 1960er Jahren an der Entwicklung eines Stirling-Motors und übernimmt 1968 die Verantwortung für die gesamte Projektplanung. Ab 1979 liefert Kockums zur Unterstützung verschiedener Projekte im Bereich der Solarenergie sowie für Automobil-Demonstrationen mehr als 30 Stirling-Motoren aus.

Im Jahr 1979 wird ein umgebauter AMC Spirit vorgestellt, der von einem Stirling-Motor angetrieben wird. Der Wagen ist das Ergebnis einer Kooperation mit der Firma United Stirling (s.o.), an der Kockums Mitbesitzer ist, zusammen mit einer Reihe von anderen Unternehmen.

Das hierfür zuständige Automotive Stirling Engine (ASE) Programm läuft im Rahmen einer Zusammenarbeit des Department of Energy (DOE), der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und der der AM General LLC als umsetzenden Unternehmen (andere Quellen sprechen von einer Firma namens Mechanical Technology), und der gebaute Wagen wird ausgiebig und erfolgreich über mehr als 80.000 km Fahrstrecke getestet, wobei das Fahrzeug als Treibstoff Benzin, Diesel, Ethanol sowie verschiedene Kraftstoffmischungen verwendet.

Auch ein AMC Spirit von 1981 wird versuchsweise mit einem 53 kW Stirling-Motor betrieben, zeigt aber keine ausreichende Leistung. Ebenso werden ein 1980er AMC Concord und ein 1980er 4-türiger VAM Lerma mit P-40 Motoren von United Stirling ausgestattet und dazu verwendet, die Öffentlichkeit über den Stirling-Motor und das ASE-Programm zu informieren.

Weitere Umbauten und andere Fahrzeuge folgen in den nächsten Jahren, wie ein GM Cube Van, ein Dodge D-150 Pickup sowie ein Chevrolet Celibrity von 1985, doch in die Produktion übernommen wird kein einziges dieser Modelle.

In dem 2006 erschienenen Buch ,Gescheiterte Innovationen: Fehlschläge und technologischer Wandel’ von Reinhold Bauer wird ausführlich auf die vielen vergeblichen Versuche mit Stirling-Motoren für Kraftfahrzeuge eingegangen.

Mehr Erfolg hat die Technologie in größerer Dimension - und unter Wasser. Im Jahr 1988 baut Kockums einen luftunabhängigen Stirling-Antrieb (Air Independent Stirling Propulsion, AISP) in das U-Boot HMS Näcken der schwedischen Marine ein. Hierfür wird das U-Boot ins Trockendock gelegt und in zwei Teile zerschnitten. Anschließend wird eine 8 m lange und mit zwei 75 kW V4-275R Stirling-Aggregaten ausgestattete Sektion einfach dazwischen geschweißt.

Ein Stirling ist für den Einsatz unter Wasser besonders gut geeignet, da von außen nur die Zufuhr von Wärme erforderlich ist – und die umgebende See einen idealen Kältepol darstellt. Anstelle von wenigen Tagen kann ein U-Boot mit Stirling-AIP theoretisch mehrere Wochen untergetaucht bleiben, was sonst nur Atom-U-Booten gelingt, während herkömmliche U-Boote bei Tauchfahrten auf eine sich schnell entladende Batterie angewiesen sind, wollen sie sich nicht durch die Auspuffblasen des Motors verraten.

Da die darauf folgenden Jahre der praktischen Erprobung sehr zufriedenstellend verlaufen, werden in der neuen Gotland U-Boote-Klasse serienmäßig Stirling AIP-Systeme installiert. Bis zum Jahr 2000 sind dies die HMS Gotland, die HMS Uppland und die HMS Halland. Darüber hinaus werden bis zum Jahr 2004 zwei U-Boote der Södermanland-Klasse, die HMS Södermanland und die HMS Östergötland, auf den AIP-Standard umgerüstet.

Die Technologie von Kockums scheint auf diesem Sektor weltweit einmalig zu sein, allerdings besteht zwischen Kockumsund der Kawasaki Heavy Industry eine Vereinbarung zur Lizenzproduktion von Stirling-Motoren für die Oyashio U-Boot-Klasse der Japan Maritime Self Defense Forse (JMSDF). Zur Prüfung wird im Jahr 2001 das U-Boot Asashio der Harushio-Klasse modifiziert – durch Hinzufügen eines 9 m langen Segments mit einen Stirling-Motor.

Nach Abschluß der Tests im Jahr 2003 wird die Entscheidung getroffen, mit der verbesserten Oyashio-Klasse fortzufahren, und 2004 finanziert die JMSDF eine erste Einheit der neuen Folgeklasse. Später bietet Kockums auch Indien eine ähnliche Lizenzproduktion für die weitere Expansion der indische Marine an. Für den zivilen Sektor wird eine Exklusivvereinbarung mit der ebenfalls schwedischen Firma Ripasso Energi AB getroffen (s.u.).

Um 1980 beschäftigen sich weltweit etwa 80 Firmen mit dieser Technologie. Die Bosch Thermotechnik GmbH bietet beispielsweise eine gasbetriebene KWK-Maschine als Stand- oder Wandgerät an, die mit einem Freikolben-Stirlingmotor mit einfacher Mechanik ausgestattet ist. Der Strom-Wirkungsgrad beträgt zwar nur zwischen 12 und 15 %, doch die notwendige Motorkühlung wird zum Heizen genutzt, wobei der Wirkungsgrad hier rund 85 % beträgt, sodaß eine hohe Gesamtausnutzung erreicht wird.

Danach hört man sehr lange nichts, und erst im März 2005 zeigt die BBT Bosch Buderus Thermotechnik GmbH,die im Vorjahr aus der Zusammenführung der Heiztechnikaktivitäten von Bosch und Buderus entstanden ist, die Vorentwicklungsstudie eines stromerzeugenden Heizgeräts auf Basis der Stirling-Technologie. Das Gerät, das nun einem Langzeit-Labortest untersogen werden soll, ist bereits in der Prototypen-Version so kompakt, daß es nicht größer als ein heutiger bodenstehender Brennwertkessel ist.

Im September 2007 berichtet die Fachpresse, daß Bosch Thermotechnik, EnAtEc micro-cogen B.V. (Niederlande), Merloni Termosanitari (Italien, ab 2009: Ariston Thermo) und Rinnai (Japan) eine Entwicklungskooperation vereinbart haben, um gemeinsam ein stromerzeugendes Heizgerät auf Basis der Stirling-Technologie zur Marktreife zu führen. Enatec micro-cogen, Rinnai und Infinia bringen in die Kooperation ein speziell für die Verwendung in kleinen KWK-Anlagen angepaßtes Stirling-Modul ein, das sie auf Basis der Freikolbentechnologie von Infinia bereits entwickelt haben.

Die Kooperationsvereinbarung sieht vor, daß die Produktion dieses Moduls der ersten Generation nun durch Rinnai erfolgt, und daß Bosch Thermotechnik und MTS von 2008 bis 2010 insgesamt mehr als 1.000 gasbetriebene Geräte im Rahmen eines europaweiten Feldversuchs installieren und testen. Aufbauend auf den Ergebnissen soll dann gemeinsam ein Gerät der zweiten Generation entwickelt werden. Auch die Serienproduktion des Stirling-Heizgerätes der zweiten Generation soll durch Rinnai erfolgen und ab 2011 anlaufen. Die Vermarktung wollen Bosch Thermotechnik, MTS und Rinnai jeweils getrennt vornehmen.

Im März 2009 wird gemeldet, daß die Firmen Buderus und Junkers, beide Töchter der Bosch Thermotechnik GmbH, ab diesem Jahr in Deutschland bis zu 100 Stirling-Heizgeräte in Feldtests einsetzen wollen. Die Kompaktheizzentralen, in etwa auch die Hälfte des Strombedarfs in Ein- und Zweifamilienhäusern abdecken sollen, verfügen über einen Stirling-Motor, einen Gas-Brennwertkessel und einen Schichtladespeicher. Dabei wird ein Gesamtwirkungsgrad von bis zu 95 % erreicht. Der Serienstart des Stirling-Heizgeräts ist dann für das Jahr 2011 geplant.

Im Mai 2010 ist allerdings erst von „bis zu 30“ Stirling-Heizgeräten die Rede, die von Junkers in Deutschland im Feldtest eingesetzt werden. Und als dann im März 2013 auf der Weltleitmesse ISH in Frankfurt gleichzeitig von Buderus und Junkers ein baugleiches Brennstoffzellen-BHKW der Nano-Klasse präsentiert wird (Logapower FC10 bzw. CeraPower FC), bedeutet dies gleichzeitig das endgültige Aus für das Stirlingprojekt der Bosch Thermotechnik. Das dort entwickelte Logavolt Mini-BHKW leistete mit seinem Stirling-Motor 1,0 kWel und brachte es auf eine Heizleistung von 7,0 kW. Dieser im Vergleich zur Brennstoffzelle eher niedrige elektrische Wirkungsgrad war nach Unternehmensangaben der Hauptgrund dafür, sich nun endgültig auf die Brennstoffzellen-Technologie zu konzentrieren

Zu einem der oben genannten Akteuren gehören noch einige Hintergrundinformationen:

Das Konsortium EnAtEc micro-cogen B.V. wird 1997 in den Niederlanden gegründet, um ein Mikro-Wärmekraftkopplungsgerät auf der Energieträgerbasis Erdgas zu entwickeln. Gesellschafter sind der niederländische Strom- und Gasversorger ENECO N.V., der Gas-Brennwertgeräte-Hersteller ATAG und das Forschungsinstitut ECN.

Das im Laufe von drei Jahren konstruierte Mikro-KWK von EnAtEc besteht aus einem Freikolben-Stirlingmotor mit stromerzeugendem Linear-Generator, einem Gas-Brennwertkessel von ATAG mit einer modulierenden thermischen Leistung von 6 – 24 kW, sowie einem externen Warmwasserspeicher von 110 Litern. Der vollverkapselte  Stirlingmotor ist eine Spezialentwicklung der Stirling Technology Company (STC).

Das EnAtEc-Gerät wird während der UNO-Umweltkonferenz 2000 in Den Haag und anläßlich der ISH 2001 in Frankfurt der Öffentlichkeit vorgestellt. In diesem Jahr wird auch das erste Patent angemeldet (US-Nr. 6.938.828, erteilt 2005), und es finden bereits Feldversuche statt. Die Markteinführung ist für das Jahr 2004 geplant, tatsächlich ist später jedoch nichts mehr darüber zu hören, und es gibt nur noch eine weitere Patentanmeldung aus dem Jahr 2006 (US-Nr. 20100011759, noch nicht erteilt).

Im Jahr 1980 gründet der deutsche Physiker Götz Heidelberg die Firma Magnet-Motor GmbH in Starnberg, über die ich ausführlich im Kapitelteil Schwungradspeicher im Verkehrswesen berichte, da der Fokus der Unternehmenstätigkeit auf der Entwicklung neuartiger und leistungsfähiger elektrischer Maschinen für den Antrieb von Fahrzeugen liegt und 1984 der Produktbereich Magnetdynamischer Speicher (MDS) gestartet wird.

Heidelberg entwickelt in den 1980er Jahren aber auch neuartige Stirling-Motoren mit Generatoren im abgeschlossenen Helium-Druckraum für regenerative Energien. Diese Konstruktion führt dazu, daß die Stirling-Motoren dieser Leistungsklasse in den Ausmaßen reduziert und dadurch billiger und leichter werden konnten. Unter der Bezeichnung Thermoelektrische Konverter 30 (TEK 30) werden sie mit 10 und 40 kW Leistung und einem elektrischen Wirkungsgrad von 28,6 % bei der Magnet Motor in Serie hergestellt. Erste Modelle gehen zur Stromgewinnung durch Bio- und Entsorgungsverwertung in Anwendung.

Als beispielsweise im Rahmen einer neuen Industrieansiedlung von 54 Betrieben in Krailing, am südlichen Stadtrand von München, ein hochmodernes Holzhackschnitzel-Heizkraftwerk errichtet wird, wird dort gemeinsam mit der Firma Köb & Schäfer und weltweit erstmalig eine Stirling-Pilotanlage der Magnet-Motor für die Nutzung der heißen Abluft aus der Biomasse-Feuerung zur Stromgewinnung installiert.

Es läßt sich nicht herausfinden, wie es mit den Projekten der Firma weitergegangen ist, doch möglicherweise wird Heidelberg von anderen Aktivitäten abgelenkt: 1983 erhält er, mit Beteiligung der AEG, den Auftrag für den Bau der Magnetbahn-Versuchsstrecke in Berlin, 1985 gründet er die Heidelberg-Motor GmbH, die neuartige Windkraftanlagen mit Vertikalachsensystem und getriebelosen Generatoren entwickelt und herstellt, und ab 1995 entwickelt er Brennstoffzellen, die den Strom direkt aus Wasserstoff liefern, für deren Herstellung er 1998 die Proton Motor GmbH (PM) gründet.

Die Magnet-Motor wird jedenfalls im Jahr 2006 von der internationalen L-3 Communications übernommen – Stirling-Aktivitäten sind nicht mehr zu verzeichnen.

Die Firma Stirling Thermal Motors Inc. (STM) in Ann Arbor, Michigan, wird 1980 von ehemaligen Mitarbeitern des o.e. Philips-Stirling-Labors um Roelf J. Meijer gegründet, um einen kommerziellen 40 kW Allzweck-Stirling-Motor zu entwickeln und zu erproben, der eine variable Taumelscheibe verwendet um den Hub zu verändern, und somit bei konstantem Arbeitsgasdruck auch die Leistung. Die Motorkonfiguration des doppelt wirkenden Vierzylinder STM4-120 bietet einen Wärmerohr-Heizungskopf, der der Kondensationswärme von Natrium-Metalldampf aufnimmt – unter Verwendung einer beliebigen Wärmequelle.

Die bislang erreichte Maximalleistung beträgt bei einer Heiztemperatur von 775°C allerdings erst 23 kW, wobei der Motor eine Umwandlungseffizienz auf der Basis der Wärmezufuhr zum Heizungskopf von etwa 40 % zeigt. Die Arbeiten erfolgen ab 1983 gemeinsam mit der Stirling Motors Europe B.V. (s.u.) und werden zum Teil durch das Department of Energy (DOE) finanziert.

Das erste Patent unter dem Namen der neuen Firma, mit Meijer als Erfinder, wird bereits 1982  beantragt (Pressure containment device, US-Nr. 4.439.169, erteilt 1984), während das letzte davor noch unter dem Namen der U.S. Philips Corp. lief (Wobble plate control for a variable piston displacement machine, US-Nr. 4.258.590, beantragt 1979, erteilt 1981).

In Laufe der Folgejahre kann man getrost von einem ,Patent-Hagel’ sprechen, der von Meijer und der STM ausgeht, sodaß ich hier nur die Nummern der wichtigsten US-Patente aufführen werde, die man sich dann leicht selbst anschauen kann: 4.523.636, 4.615.261, 4.669.736, 4.703.796, 4.707.990, 4.785.875, 4.901.790, 4.911.144, 4.977.742, 4.994.004, 4.996.841.

Als die Energieumwandlungs-Abteilung des Aero Propulsion Laboratory der US Air Force (Wright Aeronautical Laboratories) 1984 den Einsatz moderner Energieerzeugungs-Einrichtungen für zukünftige mobile Strom-Anwendungen (Mobile Electric Power, MEP) untersucht, ist eine Schlußfolgerung dieser Studie, daß kinematische Stirling-Motoren ein hohes Potential haben, die Anforderungen für mittelgroße Systeme (30 – 100 kW) erfüllen zu können. Dabei wird explizit auf den STM4-120 Stirling der Firma Stirling Thermal Motors Inc. (STM) hingewiesen, dessen Entwicklung vom DOE gefördert wird. Eine Analyse des Argonne National Laboratory vom Oktober 1983, die insbesondere den STM4-120 auf seine Anwendbarkeit für Air Force-MEPs untersucht hat, stellt ebenfalls fest, daß er für eine solche Verwendung geeignet ist.

Die beiden Studien führen dazu, daß an den Wright Aeronautical Laboratories ein zusätzliches Projekt gefördert wird, um ein externes Heizsystem für den STM4-120 zu entwerfen, das den militärischen Spezifikationen für ein mobiles 30 kW Stromgenerator-Set entspricht, wie z.B. den Maximalmaßen von rund 330 x 250 x 100 mm.

Der Abschlußbericht des vom April 1984 bis zum Dezember 1985 laufenden Projekts wird im Juli 1986 vorgelegt und umfaßt die Konzeption einer mit flüssigen Brennstoffen befeuerte externe Heizung und den vorläufigen Entwurf einer Natrium-Wärmerohr-Heizung für den STM4-120, die für eine Betriebstemperatur von 800°C ausgelegt ist.

Stirling Thermal Motors wird nun fünf Prototypen des modifizierten STM4-120 ECU herstellen, um die vorhergesagte Leistung und Zuverlässigkeit dieser Stirlingmotor-Konfiguration zu belegen. Im Laufe des Jahres 1990 arbeitet STM auch mit der Detroit Diesel Corp. (DDC) zusammen, um diesen Motor für kommerzielle Anwendungen zu optimieren.

In Kooperation mit der Science Applications International Corporation (SAIC), und vom DOE und der Industrie mit 35 Mio. $ gefördert, startet Mitte der 1990er ein über 5 Jahre laufendes Forschungsprogramm, um ein Solardish/Stirling-System mit 25 kW zu entwickeln. Das Projekt wird durch einen Untervertrag finanziert, den die SAIC mit den Sandia National Laboratories hat, und wird von deren SunLab verwaltet, einer Forschungsorganisation des DOE, das die Expertise von NREL und Sandia kombiniert.

Das erste STM 4-120 Solar Power Conversion System wird im Februar 1993 bei Sandia errichtet, das zweite 25 kW Modell geht im Juni 1995 in den erfolgreich verlaufenden Versuchsbetrieb.

Ein weiteres System, dessen konkave Schüssel einen Durchmesser von 15 m hat und aus 16 einzelnen, runden Spiegeln von jeweils 3,25 m Durchmesser besteht, wird im April 1998 auf dem Gelände des National Renewable Energy Laboratory (NREL) installiert und in Betrieb genommen. Der von Seiten der SAIC entwickelte Prototyp-Konzentrator integriert neue und kostensparende Funktionen, wie etwa eine erhöhte reflektierende Fläche, eine verbesserte Steuerung und einen autonomen Betrieb.

Der von Stirling Thermal Motors hergestellte Motor bietet eine thermische Effizienz von 42 % und kann während der Nacht oder bei Bewölkung mit Erdgas oder anderen Brennstoffen betrieben werden. Das neu System ist das erste von mindestens fünf, die während des nächsten Jahres im ganzen Land installiert werden sollen. Eines davon wird zeitweilig sogar auf dem Gelände des Pentagon errichtet, um auch dort seine Effizienz und seinen Nutzen für die Umwelt zu demonstrieren.

Ein weiteres Produkt ist eine 10 kW PowerUnit – wie die Firma ihr Produkt inzwischen nennt –, die ihre Grundlage in dem Typ STM 4-70 hat, und eine Anpassung des STM Auxillary Power Unit Motors darstellt, der in Zusammenarbeit mit der General Motors Corp. für den Einsatz in einem Hybrid-Elektroauto von GM gebaut wurde.

Es ist interessant, daß uns GM hier wieder begegnet - da die Firma ihre Stirling-Forschung ja eine oder zwei Dekaden zuvor offiziell beendet hatte. Nun ist jedoch zu erfahren, daß dem GM Research and Development Center in Warren, Michigan, plötzlich rund 150 Mio. $ zur Verfügung stehen, um einen Stirlingmotor zu entwickeln und in Fahrzeugplattformen zu integrieren – wobei GM dem US-Energieministerium, das die Entwicklungskosten zur Hälfte trägt, Ende 1998 einen fahrbereiten Prototyp vorstellen muß.

Bei ihren Arbeiten setzten die GM-Ingenieure ein 40 kW starkes Aggregat von STM ein, um das selbstgesteckte Verbrauchsziel von 4,7 Liter auf 100 Kilometer erreichen - nicht bei einem Kleinwagen, sondern einem 1,7 t schweren Chevrolet Lumina Sedan. Bislang habe ich noch nichts näheres über dieses Projekt gefunden.

Es ist ebenso nicht ganz klar, wann die Stirling Thermal Motors dann in STM Power Inc. umbenannt wird, doch auch unter diesem Namen werden etliche Patente angemeldet, und im Dezember 1999 kann eine 25 kW PowerUnit in den Testbetrieb gehen. Diese PowerUnit basiert auf der STM 4-120 Vorlage.

Bis 2005 hat die STM, in die bis dato rund 40 Mio. $ investiert worden sind, bereits fünf Testanlagen seines SunDish-Solarenergiesystems installiert.

Aus nicht genannten Gründen wird das Unternehmen Anfang 2007 stillgelegt, doch schon Mitte des Jahres unter einem neuen Eigentümer als Stirling Biopower Inc. wiederbelebt. Nun erhält das Hauptprodukt den Namen FleXgen. Anschließend dauert es nur vier Jahre, bis Stirling Biopower im August 2011 an die chinesische Firma Xiangtan Electric Manufacturing Company (XEMC) in der Provinz Hunan verkauft wird, ihre Arbeit am gleichen Standort in Ann Arbor aber weitergeführt.

Im November 2012 übernimmt Stirling Biopower den in Konkurs gegangenen Konkurrenten Stirling Energy Systems (SES) – und damit auch den von SES entwickelten kinematischen Stirling (s.u.). Im August 2013 folgt die Meldung, der zufolge die Stirling Biopower nun in Stirling Power Inc. umbenannt wird. Dabei wird betont, daß der FleXgen der zu diesem Zeitpunkt der weltweit am weitesten fortgeschrittene Stirling-Motor ist. Über tatsächliche Geschäfte ist jedoch nichts zu finden.

Im Jahr 1982 startet in Japan ein staaltliches, 43 Mio. $ schweres sechs-Jahres-Programm, um die Stirling-Technologie voranzubringen.

Weil im dunklen Weltraum nicht immer Solarpaneele eingesetzt werden können, finden auch hier Freikolben-Stirlingmotoren Verwendung, insbesondere aufgrund der geforderten Zuverlässigkeit. Als Wärmequelle wird ein Isotop genutzt.

Über den Stirling-Radioisotopgenerator (Advanced Stirling Radioisotope Generator, ASRG) der NASA, der die Zerfallswärme von Plutonium-238 in Strom wandelt, berichte ich unter Nuklearbatterie (s.d.).

Ab dem Jahr 1983 veröffentlicht die NASA eine ganze Reihe von Studien und Berichten zur Stirling-Entwicklung, die sich zumindest bis 2004 fortsetzen. Der zweiteilige Abschlußbericht über das Stirling Space Engine Project beispielsweise erscheint 1999 und ist auch Jahre später noch im Netz abrufbar (NASA/CR-1999-209164/VOL1 und NASA/CR-1999-209164/VOL2).

Anfang der 1980er Jahre entdeckt Prof. James ,Jim’ R. Senft am Argonne National Laboratory (ANL) das alte Prinzip der pneumatischen Verdrängersteuerung (nach O. Ringbom) wieder und kann damit Stirling-Motoren realisieren, die sich schon bei Temperaturdifferenzen von ca. 1°C in Bewegung setzen.

Der genannte Ossian Albert Ringbom aus dem finnischen Helsinki hatte 1907 ein US-Patent auf einen Heissluftmotor erteilt bekommen (das ich aber noch nicht auffinden konnte), bei dem die Bewegung des Verdrängerkobens ohne jede Verbindung durch Pleuelstangen, Exzenter oder sonstige mechanische Verbindungen abläuft.

Der erste Motor dieser Art, der aus der Zusammenarbeit von  Senft mit dem ANL entsteht, wird zwischen 1983 und 1984 getestet. Er fuktioniert erfolgreich mit Luft und Helium als Arbeitsgas, immer bei Atmosphärendruck.

Der Zylinder besteht aus Pyrex, und der Kolben aus Graphit, was eine hervorragende Abdichtung bei geringer Reibung ergibt. Der Schalthebel ist aus expandiertem Polystyrol, einem sehr leichten Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit.

Ermutigt durch den Erfolg, entwickelt Senft mit Unterstützung der Charles A. Lindbergh Foundation einen Prototyp, der kleiner als sein ANL-Vorgänger und in der Lage ist, mit Sonnenenergie zu laufen.

Der daraus entstehende Motor L-27 (auch Ringbom-Motor genannt) wird in einer ersten Phase so konstruiert und gebaut, daß er mit heißem Wasser betrieben werden kann, und anschließend für die Solarenergie-Nutzung modifiziert.

In den 1990er Jahren veröffentlicht der spätere Mathematiker an der University of Wisconsin mehrere Bücher über Stirling-Maschinen, die es heute sogar gebraucht nur zu horrenden Preisen gibt. Der von ihm entwickelte Kleinst-Stirling wird dafür von den verschiedensten Anbietern nachgebaut und in großen Stückzahlen auf den Markt gebracht.

Ende 1983 gründen einige Industrielle in den Niederlanden, darunter auch Frits Philips und R. Meijer, nebst ihren Söhnen, die Firma Stirling Motors Europe B.V. mit der Absicht, basierend auf den Kenntnissen von Meijer ab dem Jahr 1986 mit der Produktion von mindestens 10.000 Stirling-Motoren pro Jahr zu beginnen.

Zum genannten Zeitpunkt erweist sich jedoch, daß man viel zu optimistisch war. Nun hofft das Entwicklungsteam, wenigstens bis Ende dieses Jahrzehnts in der Lage zu sein, ein paar Motoren zu fertigen und diese zu Beginn der 1990er Jahre zu testen, um dann mit einigen größeren Serien starten zu können.

Das Unternehmen kooperiert mit der Stirling Thermal Motors Inc. (s.o.), und im Mai 1992 meldet die lokale Presse, daß nun 25 Mio. Gulden auf den Tisch liegen, von denen 10 Mio. Gulden vom niederländischen Wirtschaftsministerium stammen, um innerhalb von drei Jahren einen marktreifen 25 kW Motor zu entwickeln. Von diesem Geld sollen 100 Generatoren in Form von zehn verschiedenen Typen gebaut und in unterschiedlichen Rad-Fahrzeugen und Sportbooten getestet werden. Anscheinend wird aber nichts aus diesen Plänen – denn von der Stirling Motors Europe B.V. ist danach nichts mehr zu hören.

Über die in Kennewick, Washington State, beheimatete Infinia Corp., die sich seit ihrer Gründung im Jahr 1984 (o. 1985) unter ihren früheren Namen Stirling Technology Co. (STC) mit der Entwicklung und Vermarktung von Stirling-Generatoren und Cryo-Kühlern beschäftigt und ebenfalls eng mit der NASA zusammenwirkt, habe ich bereits ausführlich im Kapitelteil Optimierungs- und Verstärkungstechniken berichtet. Der Grund dafür ist, weil sich das Unternehmen – nach seiner im Juni 2005 erfolgten Umbenennung – gemeinsam mit der Firma Open Energy Corp. ab 2006 mit der Integration der Freikolben-Stirlingmotoren von Infinia in eine SunCone CSP (Concentrating Solar Power) genannten Technologie beschäftigt, die ich dort zugeordnet habe.

Der Infinia-LFPSE wird für den Einbau in Mikro-KWK-Produkte entwickelt, die von Ariston Thermo S.p.A. (früher MTS) und Bosch in Europa, sowie von Rinnai in Japan, hergestellt werden. Rinnai wird auch LFPSE-Module zur Integration in Mikro-KWK-Pakete anderer Partner für den europäischen Markt produzieren, wobei für den Zeitraum 2008 - 2010 eine Feldstudie mit 1.000 Einheiten geplant ist. Der Infinia-Motor bildete zuvor auch die Grundlage des Mikro-BHKW von EnAtEc (s.u.).

Im Juni 2007 erhält das Unternehmen von den Investoren Idealab, Khosla Ventures u.a. eine Finanzspritze von 9,5 Mio. $, mit der Infinia auch die Stirling Cycles kauft, ein bisheriges Tochterunternehmen von Idealab. Die mit Helium arbeitenden Dish-Stirling-Systeme von Infinia sollen nun 2008 auf den Markt kommen. 

Über die an jener Stelle genannten Informationen hinausgehend ist noch zu sagen, daß Infinia auch Entwickler und Hersteller eines Stirling-Motor-Systems ist, das neben seiner Verwendung zur solarthermischen Stromerzeugung mittels Parabolspiegel ebenso für Diesel -, Biomasse- und Gas-KWK-Anlagen sowie als Radioisotop-Generator geeignet ist.

Seit ihrer Gründung hat Infinia mehr als 70 Mio. $ an Investitionsmitteln erhalten – von denen 50 $ erst im Februar 2008 im Rahmen einer zweiten Finanzierungsrunde in die Kassen geflossen waren, von Investoren wie Atlas Global Holdings, GLG, Khosla Ventures, Wexford Capital, Vulcan Capital, EQUUS Total Return, Idealab und Power Play Energy.

Obwohl die Infinia im Laufe der Jahre – insbesondere im Bereich der Stirling-Solar-Dishs – einige beachtliche Erfolge vorweisen kann, und obwohl das Unternehmen eigenen Angaben zufolge in der Mittelmeerregion Projekte im Umfang von fast 200 MW in der Entwicklung hat, muß es aufgrund „der Unfähigkeit, zusätzliche Finanzierungen zu erhalten“ im September 2013 Konkurs anmelden, und wird umgehend von der Firma Qnergy aufgekauft. Ab November fungiert Infinia als Tochter der Qnergy und der in diesem Jahr neu gegründeten Ricor Generation Inc. mit Stammsitz in Ogden, Utah.

Beide Unternehmen sind wiederum Töchter der seit 1967 bestehenden israelischen Firma Ricor Cryogenic & Vacuum Systems im Kibbutz Ein Harod Ihud, die die sich als weltweit führender Anbieter einer innovativen Kühler-Technologie für die (primär militärische) Infrarot- und Halbleiterindustrie bezeichnet.

Die im Jahr 1967 gegründete Ricor ein privat geführtes Unternehmen, das langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung einer Vielzahl von Stirling-Geräten hat. Basierend auf kryogenen Stirling-Kühlern bieten Ricors Technologien Kühlenergiebedarf vom Bruchteil eines Watt bis zu 15 W, Temperaturen von 150 K bis 7 K, und – bei tragbaren Geräten – einen Stromverbrauch von 2,5 W. Der Gesamtwirkungsgrad liegt bei 90 %.

Als Beleg für die hohe Qualität der Kryokühler gilt ihr Einsatz im Mars-Rover der NASA bei der Curiosity-Raummission, dessen Landung im August 2012 glückt. Mit 180 Mitarbeitern besitzt Ricor zu diesem Zeitpunkt eine jährliche Kapazität von mehr als 10.000 Stirling-Geräten.

Die 2009 gegründete Tochtergesellschaft Qnergy (q•ner•gy) kann damit auf einen Erfahrungsschatz an Stirling-Know-how von mehr als 40 Jahren zurückgreifen. Neben der Muttergesellschaft wird als Hauptinvestor der israelische Tene Investment Fund genannt.

Das Firmengeflecht (es gibt noch eine Ricor Systems ACS Ltd. sowie eine Ricor USA) plant nun, die Kern-Technologien der beiden Unternehmen zusammenzuführen, um mit der Massenproduktion von Stirling-Motoren für verschiedene Anwendungen zu beginnen. Nach der Akquisition von Infinia im Jahr 2013 ist man nun in der Lage, jährlich 18.000 Motoren zu produzieren.

Dem Stand von 2014 nach bietet Qnergy (ebenso wie Ricor) neben Miniatur-Stirling-Kühlern, die hauptsächlich für militärische Einsatzbereiche, die Raumfahrt u.ä. gedacht sind, auch einen mit JP8 befeuerten, 7 kg schweren 400 W Free Piston Stirling Generator (FPSG-400) an, und zwei weitere Motormodelle mit 3,5 kW und 7,5 kW sollen für den sofortigen Einsatz zur Verfügung stehen, wie sich das Unternehmen ausdrückt.

Im April wird ein großer Durchbruch bei der solar-thermoakustischen Stromerzeugung bekanntgegeben. Qnergy stellt einen neuen Weltrekord auf, indem Schallwellen, die durch Sonnenwärme erzeugt werden, 1 kW elektrische Leistung produzieren.

Dieses Ergebnis wird durch dritte Generation des thermoakustischen Wanderwellen-Stirling-Motors erzielt, dem TASE-3, der an der Testanlage des Unternehmens in Ogden in den Brennpunkt eines Solar-Konzentrators gepackt wird.

Den bisherigen Rekord mit 200 W hatten im Jahr 2013 Forscher an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erreicht. Nun sollen in Kürze auch größere, kommerzielle Produkte bis 5 kW auf Basis dieser Technologie verfügbar sein.

Über die Technologie des Thermo-Akustischen Stirlingmotors (Thermoacoustic Stirling Engine, TASE), der 1999 von Scott Backhaus und Gregory Swift am Los Alamos National Laboratory in New Mexico entwickelt wird, findet sich mehr unter Wärme im Kapitel Micro Energy Harvesting. Ich werde die Technologie aber aufgrund ihrer Wichtigkeit hier noch einmal kurz darstellen:

Wie bei einem üblichen Stirlingmotor wird auch hier Wärme in Bewegung umgewandelt. Ein thermisches Austauschelement, der Regenerator, erhitzt und kühlt ein Gas im Wechsel, und zwingt es dadurch zu zyklischer Expansion und Kompression. Im Gegensatz zu herkömmlichen Maschinen treibt die Gasbewegung jedoch keinen schwingenden Kolben an, sondern generiert eine Schallwelle.

Diese breitet sich innerhalb einer ringförmigen Röhre aus, wobei eine kleine Blende einen zirkulierenden Fluß verhindert. Mit 100 Hz wird die Welle von dort aus in den Resonator eingespeist und an dessen offenem Ende aufgefangen. Dadurch lassen sich zum Beispiel hochleistungsfähige Lautsprecher anregen oder zur Stromerzeugung Magnete in Spulen bewegen.

Wird umgekehrt die Schallwelle von außen zugeführt, kann deren kinetische Energie dazu genutzt werden, einem Medium Wärme zu entziehen. Somit eignen sich akustische Wellen auch dazu, Klimaanlagen und Kühlschränke zu betreiben, die keine umweltschädlichen Treibgase benötigen, sondern auf der Basis von Helium funktionieren.

Im September 2004 arbeiten auch die University of California und das Unternehmen Northrop Grumman Space Technology an der Fortentwicklung eines speziell für den Einsatz in der Raumfahrt gedachten Stirlingmotor, und auch ihr sogenannte ‚traveling-wave engine’ nutzt zur Stromerzeugung keine Hitze, sondern Schallwellen.

Dieser thermoakustische Generator funktioniert, indem Helium durch einen Regenerator geleitet wird, der aus einem Stapel von 322 feinmaschigen Siebscheiben aus rostfreiem Stahl besteht. Er ist mit einer Wärmequelle und einem Kühlkörper verbunden, die bewirken, daß das Helium expandiert und kontrahiert - was kräftige Schallwellen erzeugt – sehr ähnlich der Art und Weise wie der Blitzschlag Ursache einer Wärmeausdehnung ist, die ihrerseites den Donner produziert. Diese oszillierenden Schallwellen bewegen den Kolben einer Linear-Lichtmaschine, welche Elektrizität erzeugt.

Da die einzige bewegliche Komponente in dem Gerät neben dem Helium selbst ein Umgebungstemperatur-Kolben ist, verfügt das Gerät über eine hohe Zuverlässigkeit, wie sie bei Tiefenraum-Sonden verlangt wird. Und mit einem Wirkungsgrad von rund 18 % wird bereits die doppelte Effizienz herkömmlicher thermoelektrischer Generatoren erreicht, die mit Nuklearbatterien betrieben werden.

Und da wir gerade beim Thema sind, nenne ich gleich noch eine weitere Firma, die sich mit dieser Methode zur Stromerzeugung befaßt: Das von den beiden Stanford-Professoren James Gibbons und Lambertus Hesselink gegründete Startup Nirvana Energy Systems Inc. will im Jahr 2013 eine thermoakustische Stirling-Technologie zur kombinierten Wärme- und Stromerzeugung für Häuser (Home Energy System) kommerzialisieren. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Portola Valley, Kalifornien, und mit einer F&E-Einrichtung in Cleveland, Ohio, nennt Floodgate als Lead-Investor.

Grundlage bildet der sogenannte Thermo Acoustic Power Stick (TAPS), der teilweise auf die Technologie der thermoelektrischen Stirling-Wärmekraftmaschine zurückgeht (Thermoelectric Stirling Heat Engine, TASHE), die von Xerox PARC entwickelt und seit 1983 am NASA Glenn Research Center weiter verfeinert wurde – die beide auch weiterhin als Partner der Nirvana agieren und als Lizenzgeber genannt werden. Bei der TASHE-Technologie wird ein Radioisotop als Wärmequelle genutzt, um eine akustische Druckwelle zu produzieren, die den Kolben eines stromerzeugenden Lineargenerators antreibt.

Das Produkt der Nirvana ist ein Mikro-Kraft-Wärme-System für den Heimgebrauch, das Gas in Strom umwandelt und gleichzeitig als Raumheizung und zur Brauchwassererwärmung dient. Dabei produziert ein TAPS mit einem System-Wirkungsgrad von mehr als 90 % zwischen 2 und 4 kW elektrische Leistung sowie 15 bis 35 kW thermische Leistung.

Die thermoakustischen Power-Sticks wiegen rund 27 kg, sind weniger als 80 cm lang und haben einen Durchmesser von 25 cm. Sie sind so leise, daß sie sogar in der Küche installiert werden können. Besonders wichtig ist dabei, daß sie ohne bewegliche mechanische Teile auskommen und auf einer neuen, patentierten Systemarchitektur basieren. Nirvana befindet sich in einer erweiterten Testphase, um für seine Kunden ein störungsfreies Produkt mit langer Lebensdauer zu schaffen, das im Laufe des Jahres 2014 auf den Markt kommen soll.

1985 beantragen Jack E. Nilsson Sr. aus Easley, und Charles D. Cochran aus Greenville, beide in South Carolina, das Patent für ein ,Solar energy power generation system’ (US-Nr. 4.586.334), das sie 1986 auch erteilt bekommen.

Ihre Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie durch einen Solar-Stirlingmotor sieht ein Phasenänderungsmittel vor, das die Solarwärme speichert und über ein Wärmeaustauschmedium auf Anforderung als Energiezufuhr an den Stirlingmotor liefert.

Der Stirling-Motor treibt dann einen elektrischen Generator zur Stromerzeugung an, dessen Strom wiederum zum Betreiben eines Wasserstoffgenerators eingesetzt werden soll, um Wasserstoff zur späteren Verwendung als Energiequelle zu speichern.

Bei der Stirling-Koferenz 1986 kommt die zahlenmäßig stärkste Delegation aus Japan. Vertreter der Firma Sanyo Electric Co. Ltd. lassen verlauten, daß ihr Unternehmen bald ausgereifte und billige Stirlingmotoren anzubieten gedenkt, an denen man schon länger arbeiten würde.

Tatsächlich läßt sich ein Patent des Unternehmens aus dem Jahr 1997 finden (US-Nr. 5.987.886, erteilt 1999), gefolgt von diversen weiteren in den nächsten Jahren, bei denen es u.a. auch um Stirling-Kühlschränke geht (z.B. US-Nr. 6.546.738, beantragt 2002, erteilt 2003), ohne daß sich bislang jedoch irgendwelche technischen Umsetzungen nachweisen lassen.

Die Katastrophe des Reaktorunglücks von Tschernobyl im April 1986 ist der Auslöser zur Gründung des Arbeitskreises Stirlingmotor München, der bis heute aktiv ist. Ansprechpartner ist Diplomingenieur Kuno Kübler, Lehrbeauftragter an der Hochschule München für angewandte Wissenschaften.

Prof. John Raine und Don Clucas beginnen 1988 an der University of Canterbury in Christchurch, Neuseeland, sich mit grundlegenden Arbeiten zu Stirling-Motoren zu beschäftigen, gründen bald darauf in Ashburton die Stirling Research Ltd. (die sich später mit der Entwicklung von Zugrachen befaßt), und präsentierten 1993 ihr Konzept eines kleinen Aggregats für die Strom- und Wärmeversorgung von Yachten.

Im Jahr 1995 startet das neu gegründete Unternehmen Whisper Tech Ltd. die ersten Feldtests mit 20 Gleichstrommotoren, die mit einem gasbeheizten 4-Kolben-Stirlingmotor arbeiten. Die ersten Generationen tragen die internen Bezeichnungen MK I bis MK III. Die MK IV-Generation wird bereits in größeren Feldtests eingesetzt. Mit einem Gewicht von 148 kg erreichen die Geräte eine elektrische Leistung von 1 kW sowie eine thermische Leistung von 7 kW, wobei der Wirkungsgrad elektrisch ca. 11 % beträgt, und der Gesamtwirkungsgrad bis 94 % erreicht.

1998 werden die ersten Gleichstrom-Stirlings in Europa vertrieben, wobei auch diese vorrangig auf Booten eingesetzt werden.

Im Jahr 2001 wird in Großbritannien der erste Feldtest mit sechs Wechselstrom-Aggregaten für die Nutzung als Hausenergiezentralen abgeschlossen, und ab 2002 wird ein WhisperGen DC Stirlingmotor sogar auf einer Südpol-Forschungsstation der australischen University of New South Wales getestet.

2003 werden unter dem Produktnamen WhisperGen 400 Mikro-BHKWs an die britische E.ON-Tochter Powergen geliefert, und 2004 unterzeichnet die E.ON UK einen Vertrag über den Kauf von sage und schreibe 80.000 WhisperGen-Einheiten im Zeitraum von fünf Jahren – von dem man danach aber nie wieder etwas hört. Was sehr schade ist, denn dieser Auftrag hätte es Whisper Tech ermöglicht, den Einzelpreis ihrer Geräte von rund 25.000 $ auf etwa 4.000 $ zu senken.

Zwar stattet E.ON Ende 2004 insgesamt 550 Haushalte in East Manchester mit diesen Anlagen aus, doch schon zwölf Monate später scheint die Begeisterung verflogen. Powergen mag sich über den Fortgang des Projekts nicht äußern, Marktbeobachter berichten jedoch von technischen Schwierigkeiten.

Ab 2004 stehen auch mehrere Testmaschinen an der Hochschule München, wo die interdisziplinäre Projektgruppe IPG Stirling Blockheizkraftwerke auf der Basis von Stirlingmotoren untersucht und 2008 zwei Anlagen in Häusern installiert, um die Integration und Handhabung für den deutschen Markt zu untersuchen. Die bevorstehende Markteinführung des Erdgas-Stirlingmotors wird von dem Freiburger Energieversorgungsunternehmen badenova AG & Co. KG im Rahmen eines Feldtests unterstützt.

Im Jahr 2006 wird die Whisper Tech von der Meridian Energy übernommen, dem größten Stromversorger Neuseelands. Außerdem erhält der niederländische Stromkonzern Nuon die Gelegenheit, 48 Stück der WhisperGen Mikro-BHKWs zu testen. Ein Jahr später wirbt die Firma damit, daß sie gemeinsam mit führenden europäischen Unternehmen an der Implementierung einer Serienherstellung ihres AC WhisperGen microCHP Systems für den europäischen Markt arbeitet (Combined Heat and Power, CHP), das sich mit den unterschiedlichsten flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betreiben läßt.

Um den wichtigen europäischen Markt besser zu erschließen, geht Whisper Tech im Jahr 2008 (?) ein Joint Venture mit der weltgrößten genossenschaftlich organisierten Unternehmensgruppe ein, der spanischen Mondragón Corporatión Cooperativa (MCC). Das Gemeinschaftsunternehmen Efficient Home Energy S.L. (EHE) aus Tolosa, Spanien, soll die WhisperGen Mikro-BHKWs für den europäischen Markt (Großbritannien ausgeschlossen) entwickeln, produzieren und vertreiben.

Whisper Tech, selbst Tochterfirma der neuseeländischen Firma Meridian Energy Ltd., hält 40 % des Kapitals an der EHE, die Mondragón Gruppe die übrigen 60 %. Dabei ist EHE alleiniger Lizenznehmer und Hersteller des WhisperGen mCHP Systems. Die Produktionskapazität der spanischen Anlage ist auf 30.000 WhisperGen-Einheiten jährlich ausgelegt. Mit einer ersten Vorserie soll im Frühjahr 2008 begonnen werden.

Tatsächlich geht Anfang des Jahres 2008 im Heizungskeller eines Hotel-Restaurants eine Anlage in Betrieb, die gemeinsam mit dem Projektpartner E.ON Ruhrgas realisiert wurde und nach zwei Jahren Laufzeit mit einem Gesamtnutzungsgrad von 83 % ein sehr gutes Ergebnis erzielt.

Im Rahmen einer persönlichen Korrespondenz mit Herrn Hermann Merk im Februar 2008 berichtete mir dieser: „Auf der Baumesse in Gießen letzte Woche sprach ich mit der Fa. Sanevo aus Offenbach [sanevo Vertriebs-GmbH & Co. KG], die die Stirlingmaschinen WhisperGen und Sunmachine (s.u.) vertreibt. Man erzählte mir, daß die Serienfertigung der Sunmachine nun definitiv beginnt, ebenso soll der WhisperGen in Spanien als Lizenzfertigung in Serie gehen, um die Nachfrage zu befriedigen. In Neuseeland sei man nicht in der Lage, die nachgefragten Stückzahlen zu befriedigen.“

Das erste serienmäßig gefertigte WhisperGen-Aggregat aus spanischer Produktion kann Ende 2009 endlich vorgestellt werden, es ist gegenüber den bis dato im Einsatz befindlichen Prototypen noch einmal verbessert worden, läuft deutlich leiser und hat einen besseren elektrischen Wirkungsgrad. Europäische Vertretung ist die Victron Energy B.V. in Almere-Haven, und als Vertriebsfirma war bereits 2006 die Magic Boiler in Groningen, im holländischen Westfriesland, ausgewählt worden, die nun innerhalb kurzer Zeit 200 der Geräte an Installateure und Energieversorgungsunternehmen verkauft.

In Deutschland ist der offizielle Marktstart im April 2010, wobei geplant ist, daß die spanische Fabrik in Startjahr rund 2.000 Mikro-BHKW für den deutschen Markt ausliefert. Hier war zuvor mehrere Feldversuche durchgeführt worden. Die Mannheimer MVV Energie hatte seinen Haushaltskunden 20 WhisperGen-Aggregate angeboten, bei der GASAG Berliner Gaswerke AG beginnt die Felderprobung im Sommer 2006 mit zwei WhisperGen-Aggregaten, gefolgt von 33 Geräten ab März 2007, und 12 WhisperGen-Anlagen werden zwei Jahre lang von der badenova AG getestet, begleitet von der Fachhochschule Offenburg. Die Erfahrungen sind durchweg positiv.

Als die Stadt Christchurch im Februar 2011 durch ein Erdbeben getroffen wird, werden die Fabrikationsräume der Whisper Tech so schwer beschädigt, daß sie abgerissen werden müssen - weshalb die Geschäftstätigkeit nach Spanien verlegt wird.

m Frühjahr 2012 meldet der deutsche Vertriebspartner sanevo Vertriebs-GmbH & Co. KG in Offenbach rund 400 installierte WhisperGen, und kündigt für das 4. Quartal die Einführung eines Flüssiggas-WhisperGen an, was das potentielle Vertriebsgebiet für das kleine Stirling-BHKW schlagartig vergrößern würde. Zu diesem Zeitpunkt verkauft sanevo das Whispergen Einzelgerät für 9.050 €, während die 5. Geräte-Generation (MK V) immer noch in diversen Feldtests im Einsatz ist.

Doch statt weitere Erfolge zu feiern, muß die Effizient Home Energy S.L. im spanischen Baskenland im November 2012 einen Insolvenzantrag stellen und sucht nun nach einem neuen strategischen Investor. Dies gelingt aber nicht, und der Geschäftsbetrieb der EHE wird mit Jahresende gänzlich eingestellt. Doch damit nicht genug, muß im März 2013 auch die sanevo (mitsamt ihrer Töchter home energy GmbH & Co. KG, sanevo blue energy GmbH & Co. KG sowie sanevo energy service GmbH) einen Insolvenzantrag wegen Zahlungsunfähigkeit stellen. 50 fabrikneue WhisperGen, die sanevo noch im Lager hat, werden pro Stück für 2.500,- € verkauft.

Ab Oktober 1988 arbeiten Isoroku Kubo und John R. Bean bei der Cummins Power Generation Inc. (CPG) aus Columbus, Indiana (Tochter der Cummins Engine Co. Inc., des damals weltgrößten unabhängigen Herstellers von Dieselmotoren und -generatoren) an der Entwicklung eines kommerziellen 5 kW Dish/Stirling-Systems. Bei dem Solarkonzentrator wird mit der Firma LaJet Energy Co. kooperiert, der Wärmerohr-Receiver kommt von der Thermacore Inc., und der Stirling selbst von der Sunpower Inc. Während die Schwesterfirma Cummins Electronics Co. für das Steuerungs- und Kontrollsystem verantwortlich ist, übernimmt die McCord Heat Transfer Corp. die Konstruktion des Kühlsystems.

Im ersten Schritt wird als Machbarkeitsnachweis das weltweit erste (?) 4 kW Dish/Stirling-System entwickelt, das im Laufe der Jahre 1989 und 1990 insgesamt 3 Monate lang erprobt wird. Gleichzeitig wird an einem 5 kW System gearbeitet, das Mitte 1991 für Feldtests zur Verfügung stehen soll. Die Kommerzialisierung der 5 kW Anlage ist dann innerhalb von 3 Jahren geplant.

Im Jahr 1992 werden 3 Stück dieses Modells getestet und erreichen bei einer Erhitzerkopf-Temperatur von  675°C sogar 6 kW elektrische Leistung. Ihr Sonne-zu Strom Wirkungsgrad wird mit 30 % angegeben. Das offiziell CPG-460 (o. LEC-460) genannte Modell besitzt 24 Streck-Membran-Spiegel von jeweils 1,52 m Durchmesser, deren 0,18 mm dünne mit Aluminium bedampfte Polymermembran durch leichten Unterdruck in die perfekte sphärische Form gebracht wird.

In einem Solarenergieprojekt von R. K. Shaltens et al., das vom US Department of Energy gefördert und vom NASA Lewis Research Center organisiert wird, werden zwei verschiedene Freikolben-Stirlingmaschinen an einer Versuchsanlage getestet, die einen Natrium-Wärmerohr Empfänger besitzt. Der von Cummins hergestellte Stirling erreicht dabei einen Licht-zu-Strom-Wirkungsgrad von 32 %, während das Vergleichsmodell der Stirling Technology Co. 30,7 % erzielt.

Als nächstes will Cummins nun 14 Stück 7,5 kW Systeme herstellen und an verschiedenen Standorten in den Testbetrieb nehmen. Über die weitere Entwicklung berichte ich unter SolarPlant 1 im Kapitelteil Dish-Stirling-Systeme.

Interessant ist an dieser Stelle jedoch, daß sich die Cummins Engine Co. bereits Ende der 1970er Jahre auch selbst mit der Entwicklung eines Stirlings beschäftigt hat, wie ein Patent aus dem Jahr 1980 belegt (US-Nr. 4.364.233, erteilt 1982). Wie der Fachliteratur zu entnehmen ist, scheiterte das damalige Projekt jedoch an Managementfehlern.

Im Jahr 1988 vermeldet die Firma Bomin-Solar GmbH in Lörrach, Deutschland, einen technischen Durchbruch, als es ihr gelingt, statt Luft auch Helium oder Wasserstoff als Betriebsmittel zu nutzen.

Bisher gab es bei diesen Gasen immer wieder Probleme mit der Dichtigkeit, doch nun wird ein System vorgestellt, bei dem die Energieübertragung vom bewegten Kolben zur ‚Außenwelt’ mittels Magnetkraft erfolgt – statt einer mechanischen Kopplung, wie bislang üblich. Dafür wird Jürgen Kleinwächter im selben Jahr der HTC Forschungspreis verliehen.

Die magnetische Auskopplung überträgt die Kolbenbewegung nach außen, und der Zylinder selbst, den keine Kolbenstange mehr durchdringen muß, kann jetzt als hermetisch abgedichteter Raum mit einem geschlossenen Gaskreislauf gestaltet werden.

Das Unternehmen stellt einen Sechszylinder-Stirling vor, der 3 kW elektrische Leistung abgibt. Er startet, sobald die Temperatur im Brennpunkt der Solarreflektoren 250°C erreicht, ist fast geräuschlos und völlig abgasfrei. Der Wirkungsgrad wird mit 30 % angegeben. Kombiniert werden die Stirlingmotoren mit den im Haus entwickelten Unterdruck-Folienspiegeln – ein Einsatz, über den ich bereits unter den Dish-Stirling-Systemen berichtet habe (s.d.).

Im Jahre 1990 wird Bomin Solar von der zum ,Industriellen Bundesvermögen’ gehörenden Saarbergwerke AG in Saarbrücken übernommen, welche die Firma Ecker Maschinenbau GmbH & Co. KG in Neunkirchen damit beauftragt, für Bomin 20 Stirling-Maschinen mit einer elektrischen Leistung von 3 kW zu optimieren. Der sogenannte ST 20/1 Motor erreicht 20 kW bei einem Wirkungsgrad von 36 %.

Nach der Auslieferung dieser Maschinen Anfang 1992 wird eine Projektgruppe Stirling Saar gegründet, die aus den Stadtwerken Saarbrücken, der Vereinigten Saar-Elektrizitäts-AG, der Saarberg Fernwärme und der Ecker Maschinenbau besteht. Man untersucht die Grenzbedingungen für den Stirling-Einsatz und findet schnell heraus, daß die Stirling-Maschine in verschiedenen Nischenanwendungen durchaus sinnvoll betrieben werden kann. Ziel ist es, den ST  mit dem Primärenergieträger Grubengas zu betreiben.

Man entschließt sich bald darauf zur Übernahme einer eigenen Lizenz für Großmaschinen bis 400 kW und meldet diese seitens der Saarberg Hydraulik GmbH zum Europapatent (EP-Nr. 607154, erteilt 1996, erloschen 2003), und seitens der Ecker Maschinenbau zum US-Patent an (US-Nr. 5.983.636, erteilt 1999, ebenfalls verfallen), während die Saarbergwerke vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) einen Forschungsauftrag zur Anpassung einer Stirling-Maschine mittlerer Leistung erhalten.

Nach dem Konkurs der Firma Ecker übernehmen die Saarbergwerke das Forschungsvorhaben und das Ecker-Europapatent. Es dauert jedoch bis Mitte 1998, als gemeldet wird, daß der Motor den Betrieb aufgenommen hat und nun weitere Motoren gleichen Typs an anderen Standorten von Ruhrkohle-Tochterunternehmen eingesetzt werden sollen. Doch obwohl der Motor die Erprobungsphase Ende des Jahres erfolgreich beendet, stellt die Saarbergwerke AG im August 1999 die weiteren Entwicklungen ein.

An einer anderen Stelle beschreibe ich den Einsatz von Dish-Stirlings im Spanischen Almería, wo 1992 im Rahmen der DISTAL-Versuchsanlage des Stuttgarter Bauingenieurbüros Schlaich, Bergermann und Partner (SBP) drei 9 kW Solar-Stirling-Motoren der Firma SOLO in Betrieb gehen (andere Quellen: 1991 und 40 kW). Über die Firma selbst und ihre Produkte soll dafür hier berichtet werden.

Die bereits im Februar 1948 gegründete Firma SOLO Kleinmotoren GmbH in Sindelfingen, Deutschland, die zu Beginn kleine Zweitakt-Motoren entwickelt, später für ihre rückentragbaren Motorsprühgeräte, Rasenmäher, Motorhacken und Motorsägen bekannt wird und ab 1963 auch Flugmotoren für Motorsegler produziert, stellt schon 1972 das erste serienreife Elektromofa Europas vor, das unter dem Namen SOLO-Electra ein Jahr später in Serie geht.

Im Jahr 1992 beginnt sich das Unternehmen auch mit dem Zukunftsprojekt Stirling-Motor zu beschäftigen und übernimmt die Lizenz für eine von der schwedischen United Stirling AB (s.u.) als 90° V-Zweizylinder konzipierte Anlage (V 160), die in den Folgejahren bei SOLO weiterentwickelt wird.

Der Erhitzer des Moduls, das als Arbeitsgas Helium verwendet, muß die Röhrchen, in denen das Arbeitsgas aufgeheizt wird, auf ca. 700°C aufheizen, um ca. 24 kW th. und 9 kW el. zu liefern, wobei sich die elektrische Leistung durch Anpassung des Arbeitsgasdruckes zwischen 30 und 150 bar modulieren läßt.

Erste Prototypen des 161 werden im Winter 1995 erprobt - und ab 1997 laufen in Almería schon sechs Stirling-Systeme der Firma.

Nach erfolgreichen Feldtests darf 2002 die CE-Zertifizierung des SOLO Stirling 161 microKWK-Moduls gefeiert werden, welches das weltweit erste Modul zur dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung auf Stirlingbasis ist, das ab diesem Zeitpunkt in Kleinserie produziert wird. Mit seiner stufenlos modulierbaren Leistung von 2 – 9,5 kW (elektrisch) bzw. 8 – 26 kW (thermisch) ist das Modul besonders für mittlere bis große Immobilien aus dem Wohn-, Gewerbe-, Kommunal- und Industriebereich geeignet. Vermutlich im Zuge dieser Entwicklung wird daraufhin die SOLO Stirling GmbH gegründet, die das Modul ab 2003 zu einem Preis von 24.500 € verkauft.

Als das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit anläßlich der 55. Internationalen Handwerksmesse IHM im März 2003 in München den Bundespreis für hervorragende innovatorische Leistungen verleiht, geht dieser in der Kategorie Technologie und Umwelt an die Firma SOLO Stirling und ihr Blockheizkraftwerk-Modul.

Im Laufe der nächsten Jahre werden etwa 150 Stück des SOLO Stirling-Moduls verkauft, und das Unternehmen wird 2005 vom Umweltbundesamt Berlin mit dem ,Blauen Engel’ ausgezeichnet.

Der Fußballverein SC Freiburg nutzt ab Anfang 2005 zwei mit Erdgas betriebene SOLO-Stirlings, um das Haupt- und Nebenspielfeld seines Freiburger badenova-Stadions an der Dreisam zu beheizen und das Grün vor unangenehmen Wintereinbrüchen zu bewahren. Gleichzeitig beheizen die Anlagen, die jeweils 24.000 € kosten, das Restaurant, die Geschäftsstelle, das Pressezentrum, den Therapiebereich sowie das Fangebäude, und versorgt das Stadion, das bereits Solarzellen auf den Tribünendächern besitzt, mit zusätzlichem Strom. Um die Öffentlichkeit zu erreichen, werden die beiden Stirling-Motoren in einem ,gläsernen’ Heizraum mit elektronischer Anzeigetafel unter der Haupttribüne installiert.

In der Vorbereitungsphase war auch in der Wachtfelsschule in Kolbingen ein Stirling-Motor eingebaut worden, ebenso wie in der Richard-Fehrenbach-Gewerbeschule in Freiburg sowie in einer weiteren Schule in Villingendorf.

Der von der badenova veröffentlichte Abschlußbericht ist Online abrufbar, er führt aus, daß die geplanten Leistungsdaten wegen reduziertem Maschinendruck nicht erreicht werden konnten. Immerhin ließ sich ein elektrischer Wirkungsgrad von etwa 20 %, und ein thermischer vor rund 62 % belegen. Die Insolvenz des Anlagenherstellers macht den weiteren Betrieb dann allerdings unmöglich, da keine Ersatzteile mehr zu beschaffen sind.

Ende 2006 will SOLO eigentlich ein Stirling-Kleinkraftwerk auf den Markt bringen, das sich über eine Holzvergasung auch mit Holz-Pellets befeuern läßt, und ein Jahr später soll eine Variante folgen, die Pflanzenöl als Brennstoff nutzen kann. Doch bevor dies alles geschehen kann, muß SOLO Stirling im April 2007 die Insolvenz anmelden. Anscheinend hat auch die Muttergesellschaft keine Lust mehr, die Tochter zu finanzieren.

Im Juni 2007 erwirbt daraufhin der seit 2004 bestehende Hersteller Stirling Systems AG mit Sitz in Schaffhausen, Schweiz, sämtliche Rechte und Patente an der Technologie sowie das noch vorhandene Umlaufvermögen des insolventen Unternehmens. Durch die Ergänzung der patentierten Technologie des 9 kW Moduls der ehemaligen SOLO Stirling kann die Schweizer Firma ihr Angebot, das bisher lediglich ein 1 kW Modul umfasste, beträchtlich erweitern und beabsichtigt Mitte 2008, das weiterentwickelte KWK-Modul unter eigenem Namen zu vertreiben.

Dies ist augenscheinlich nicht der Fall, denn 2008 sicherte sich die in diesem Jahr neu gegründete Firma Cleanergy AB mit Sitz im schwedischen Göteborg die Rechte an dem V 161 Stirlingmotor von SOLO (während das Schweizer Unternehmen 2013 aus dem Handelsregister gelöscht wird). Auch einige der Know-How-Träger der SOLO GmbH werden durch die Schweden übernommen, die neben einer Großserien-Produktionsstätte in Uddevalla, Westschweden, bald auch auch Partner und Büros in China, Russland, Kanada, den USA und vielen europäischen Ländern haben.

Cleanergy treibt die Entwicklung unter dem Namen Cleanergy V161 und später CleanGen C9G  weiter voran und kann diverse technische Probleme beheben, wie die ehemals mangelhafte Kolbenabdichtung. Zudem wird die Geräuschdämmung für den Einsatz in heimischen Kellern aud 76 db(A) verbessert. Ein besonderes Element des SOLO-Stirling wird allerdings auch beim 470 kg schweren Cleanergy-Stirling beibehalten: die flammenlose Oxidation (FLOX), bei der das Brenngas (Erd-, Flüssig-, oder Biogas) und die Verbrennungsluft unvermischt und mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die heiße Brennkammer strömen, wo das Gas bei einer Temperatur von jenseits 800 °C ohne die sonst typische Flammenfront oxidiert. Als Gesamtwirkungsgrad werden 95 % angegeben. Der elektrische Wirkungsgrad der Maschine liegt durch die integrierte Luftvorwärmung bei 24,5 %, bezogen auf eine Vorlauftemperatur von 50°C.

Im Jahr 2009 wird die Herstellung der Stirlings von Deutschland nach Schweden verlegt, und Anfang 2010 kommt das überarbeitete Stirling-BHKW mit 25 kW Heizleistung bei 9 kW elektrischer Leistung wieder auf den Markt, wird allerdings ausschließlich an Großkunden wie Pipelinebetreiber vertrieben. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich auch eine Variante für den Betrieb mit einem Solarparabolspiegel wieder in Planung, die ab 2011 in Spanien, Korea und China erfolgreich erprobt wird.

Bereits ein Jahr später baut das Unternehmen seinen ersten kommerziellen Demonstrations-Park aus 10 Einheiten in der Ordos-Wüste in der Inneren Mongolei, China, wo eine elektrische Spitzenstromproduktion von 850 W/m² erreicht wird. Als Lebensdauer werden rund 200.000 Betriebsstunden kalkuliert, was etwa dem Vierfachen der traditionellen Lösungen entspricht.

In Deutschland soll das C9G Modul im Jahr 2012 über den BHKW-Distributor Sanevo Home Energy GmbH & Co. KG in Offenbach am Main angeboten werden, doch der Geräuschpegel der Anlage entspricht leider noch immer nicht den hohen Anforderungen an ein BHKW für den Betrieb in Wohngebäuden, weshalb es überarbeitet und Anfang 2013 erneut in den deutschen Markt eingeführt werden soll – was durch die zwischenzeitliche Insolvenz der Sanevo allerdings nicht verwirklicht werden kann.

Dies verhindert jedoch nicht den internationalen Erfolg des schwedischen Unternehmens, das Ende 2013 stolz melden kann, daß seine Stirling-Energielösungen bereits an mehr als 100 Standorten auf der ganzen Welt installiert sind, von Mülldeponien bis Solarparks, die zusammengenommen schon etwa 2 Mio. Betriebsstunden hinter sich gebracht haben – was Cleanergy zum unbestrittenen Marktführer für Solar- und Gas-Stirlings macht.

Dem aktuellen Stand zufolge werden zwei Modelle angeboten: Die Cleanergy GasBox - sowie die Cleanergy SunBox, die zur Installation im Brennpunkt eines 40 bis 55 m² großen Solar-Parabolspiegels gedacht ist und einen Spitzenwirkungsgrad von 25 – 39 % aufweist.

Bei einer Konzentration von 500 – 1.000 kW/m²  soll das Stirling-Modul für konzentrierenden Solarbetrieb bis zu 13 kWel leisten. Wie es heißt, sind die ersten Tests mit einem chinesischen Solar-Konzentrator-Anbieter bereits erfolgreich verlaufen.

Im Januar 2014 gibt Cleanergy die Unterzeichnung einer  Absichtserklärung mit der Dubai Electricity and Water Authority (DEWA), dem VAE-basierten Gebäude- und Energiedienstleistungsunternehmen Al-Futtaim Group und der Carillion PLC, einem britischen Bauunternehmen, bei dem es um die Errichtung des ersten Stirling-CSP-Kraftwerks in der MENA-Region geht. Das Pilotprojekt besteht aus 10 Einheiten mit einer Gesamtleistung von 110 kW.

Außerdem unterzeichnet die Firma eine erste Rahmenvereinbarung für einen 50 MW Solarpark, dessen Investitionsvolumen rund 1,5 Mrd. SEK beträgt. Weitere Details sind noch nicht bekanntgegeben worden.

Im Mai wird die Unterzeichnung einer Absichtserklärung mit der kanadischen SHEC Energy Corp. aus Saskatoon gemeldet, um gemeinsam einen hocheffizienten Solar-Stirling-Motor zu entwickeln, der eine Kombination zwischen der bewährten Stirling-Motor-Technologie von Cleanergy und der effektiven Solarreceiver-Technologie von SHEC Energy bilden soll. Angedacht sind 10 kW Systeme, die sich zu größeren Farmen zusammenschalten lassen. Leider läßt sich noch nicht bestätigen, daß die Kooperation tatsächlich begonnen hat.

Ab 1992 wirbt der deutsche Hersteller Herrmann Wärmesysteme GmbH aus Köln mit dem Einbau eines in der Schweiz entwickelten Stirlings in serienmäßige Gasbrenner für Heizungs- und Warmwasseranlagen.

Quasi nebenbei werden damit 1 – 3 kW elektrischer Strom erzeugt, also mehr als ein Einfamilienhaus im Durchschnitt benötigt. Im Sommer kann der Stirling mit einem simplen Sonnen-Spiegelsystem kombiniert werden, um auch bei abgeschalteter Gasheizung weiter Strom zu produzieren.

Später stellt sich allerdings heraus, daß die Werbekampagne nur ein ‚Testballon’ gewesen ist. Wobei die Geschichte noch einen zweiten Hintergrund hat, wie wir weiter unten sehen werden.

In Wirklichkeit unternimmt das Unternehmen keinerlei Bemühungen, um die Technologie in sein Angebot zu übernehmen. Außerdem ist es etwas peinlich, daß sich die Werbetreibenden nicht einmal die Mühe gemacht haben zu eruieren, ob ihr - vermutlich von Karl May inspirierter - Phantasiename überhaupt so bestehen kann... denn das tut er nicht. Nach dem ,Abdul’ (Diener des...) hat nämlich immer einer der 99 Namen Gottes zu stehen - und kein profanes Halef (= Schwörer).

Leider ist Firma Herrmann Ende 1997 in Konkurs gegangen, sonst hätte ich ihr gerne als Berater zur Verfügung gestanden, falls sie sich - mit ernsten Absichten - für eine Neuauflage entschieden hätte.

Der ST 05 G ist ein einfacher Experimental-Stirlingmotor mit 500 W Leistung, der im Jahr 1992 von Dieter Viebach als Demonstrationsmaschine für die Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung mit Biomasse entwickelt wird.

Das 20 kg schwere Gerät aus Alu-Gußteilen ist 60 cm hoch und besitzt ein Schwungrad miteiner Masse von 7,5 kg. Als Arbeitsgas kann Stickstoff, trockene Luft oder Helium mit 10 bar genutzt werden, die Erhitzertemperatur beträgt 650°C, wobei die Wärmequelle beliebig ist, idealerweise aber aus fester Biomasse besteht. Der Wirkungsgrad des Stirlings (ohne Generator) wird mit 22% angegeben. Beim Betrieb als Kältemaschine wird als tiefste Temperatur -100°C erreicht.

Der Öffentlichkeit wird der ST05G erstmals 1993 auf der ISEC Stirling-Konferenz in Eindhofen vorgestellt. Gleichzeitig wird mit dem Verkauf der Fertigungszeichnungen sowie einen Aluguß-Rohteilesatz begonnen, um den Nachbau und die Weiterentwicklung der Maschine zu ermöglichen. Im Lauf der folgenden 12 Jahre finden ca. 120 Teilesätze und mehrere hundert Zeichnungssätze ihre Abnehmer, woraus sich eine rege ST05G-Gemeinde entwickelt (ST05G-Stiring-Forum). Auf diese Weise erfährt der Motor zahlreiche Verbesserungen bis hin zu einer Version mit einem ins Druckgehäuse integrierten Generator. Heute steht der Motor unter einer Creative Commons-Lizenz und kann damit problemlos für private Zwecke nachgebaut und weiter optimiert werden.

Daneben entwickelt Viebach auch einen relativ einfachen Gammatyp ST 05 G mit integriertem Synchrongenerator und einer Leistung von 350 – 500 W, den er aus käuflichen Normteilen baut. In seinem bereits mehrfach aufgelegten Buch ,Der Stirlingmotor – einfach erklärt und leicht gebaut’ beschreibt es ferner den Bau eines Flachplatten-Solarstirling-Motormodells, das aus käuflichen Teilen und Material aus dem Baumarkt besteht.

Im Jahr 2007 wird in Kolbermoor, Deutschland, die Firma ve//ingenieure GmbH als Ingenieurbüro für Stirlingmaschinen-Technik und Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien gegründet, das sich neben der Konzeption und Entwicklung von Stirlingmaschinen im Bereich der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung und der Kryokältetechnik auch mit Leistungs-Stirlingmotoren beschäftigt.

Da die Beschaffung der vergleichsweise komplexen Gußteile auf Grund der geringen Stückzahl immer schwieriger wird – während sich in dieser Zeit die CNC-Maschinentechnik deutlich weiterentwickelt, überarbeitet das Entwicklungsbüro von Dieter Viebach das Konzept und bietet es weiterhin in der Version ST05G-CNC an, die aus Halbzeugen in jeder modernen Werkstatt mit 3- oder 5-Achs- Bearbeitungszentren gefertigt werden kann. Ein fertiger Motor kann auf Anfrage geliefert werden, kostet aber auch 13.715 € (Stand 2014).

Doch wie es die technologische Entwicklung so manchmal mit sich bringt: Durch das Engagement einer Spezialfirma für Rapid Prototyping-Metallguß sind ab 2010 auch wieder die Gußteile lieferbar.

Als das Team Schluckspecht der Hochschule Offenburg beim Shell Eco Marathon 2012 die „erste Demonstrationsfahrt eines Fahrzeugs mit Stirlingantrieb“ absolviert, wird ihr Schluckspecht City von einem selbst gebauten ST05G-CNC Stirlingmotor angetrieben, der etwa 4 kW leistet.

Wie man auf dem (seltenen) Foto des fertigen Fahrzeugs sehen kann, das Marianne Lavalle aufgenommen hat, stört der extrem große Stirling aber die ausgeklügelte Aerodynamik des Renners, weshalb die Antriebsart bald wieder aufgegeben wird.

Bereits 2013 fährt das Experimentalfahrzeug mit einem ebenfalls selbst entwickelten und gebauten 1-Zylinder Diesel, während das Schwesterfahrzeug Schluckspecht III von seinem bisherigen Wasserstoff/Brennstoffzellen-Betrieb auf ein Elektromotor/Batterien-System umsteigt.

Die jüngste Meldung des Ingenieurbüros stammt vom August 2013 und besagt, daß man Dank einer ZIM-Projektförderung durch das BMWi nun in der Lage sei, einen Hochdruck-Tribometers für Tests an Stirlingmotor-Gleitlagerwerkstoffen in Betrieb zu nehmen, um das Verschleißverhalten von Kolbenringen und Gleitlagern unter realen Bedingungen zu ermitteln, womit eine umfangreiche Meßreihe anläuft.

Das vermutlich im Jahr 1992 gegründete norwegische Unternehmen Sigma Elektroteknisk AS aus Hølen erwirbt  1996 die Herstellungsrechte für den an der Lund Universität in Schweden entwickelten TEM-Motor (s.o.). In Zusammenarbeit mit der Universität und der Firma EA Technology war die Sigma-Einheit bereits ab 1993 intensiv getestet worden, was auch bis 1998 fortgeführt wird. Dabei wird eine elektrische Effizient von 20 % festgestellt, wobei davon ausgegangen wird, daß im Zuge entsprechender Fortschritte bis zu 30 % möglich sind.

Unternehmensziel ist die Produktion eines 3 kWe Stirling-Mikro-KWK (Personal Combustion Powerplant, PCP), wobei die Weiterentwicklung in Zusammenarbeit mit der norwegischen Ölfirma Statoil durchgeführt wird. Außerdem wird im Rahmen des EU-Thermie-Programms ein Projekt finanziert, um die Zuverlässigkeit, Leistung und Betriebskosten zu demonstrieren, die zum Beweis der Marktreife notwendig sind. Neben der Statoil zählt auch die gemeinnützige Stiftung Oslo Energy Forum zu den Hauptsponsoren in der Anfangsphase.

Im Jahr 1995 gibt es Mittel vom norwegischen Forschungsrat und dem Industrie- und Regionalentwicklungsfonds, später investiert auch Lockheed Martin stark in das Projekt. In Zusammenarbeit mit dem Ricardo Technical Center in Detroit entsteht eine industriell herstellbare Maschine (Ricardo ist ein globales Engineering- und Beratungsunternehmen).

Das System PCP 1-130 ist mit einem Einzylinder-Stirlingmotor ausgestattet, der als Arbeitsfluid Helium verwendet und im Inneren des verschlossenen Druckbehälters zwei 1,5 kW Generatoren enthält. Als verfügbare Wärme werden 9 kW bereitgestellt, während die potentielle Gesamtkonversionseffizienz mit 95 % beziffert wird.

Sigma wird im Jahr 1997 von einem britischen Konsortium darauf angesprochen, mittels Stirlingmotoren Elektrobusse in Oxford mit Strom zu versorgen. Das Unternehmen war schon zuvor in die Erstellung einer Studie über das Potential von Stirlingmotoren als Range Extender involviert, die für den norwegischen Automobil-Hersteller Pivco Industries (Personal Independent Vehicle Company) durchgeführt wurde. Das neue Projekt, dessen EU-Finanzierung bereits genehmigt ist, soll eigentlich in den Zeitraum von 1998 bis 2000 laufen, doch Haushaltskürzungen in Oxfordshire führen letztlich zu seiner Absage.

Im Laufe dieser Zeit verbrauchte die Firma 55 Mio. NKR.

Im August 2000 wird Sigma für 5,5 Mio. $ von der Firma Ocean Power Corp. aus El Dorado Hills, Kalifornien, übernommen, bleibt aber weiterhin aktiv. Schon im November unterzeichnet die inzwischen als hundertprozentige Tochtergesellschaft agierende Sigma einen Ingenieurvertrag mit der Ricardo Inc., um den Stirling-Motor für die Serienfertigung vorzubereiten. Im selben Monat wird auch die Zusammenarbeit mit Kockums erweitert und eine Kooperationsvereinbarung zur Optimierung des Sigma-Motors beschlossen.

Trotz dieser Bemühungen muß Sigma im August 2002 Konkurs anmelden. Die Rechte aus dem Nachlaß werden daraufhin von einer Schweizer Firma namens Synergy International gekauft (über die sich aber nichts mehr finden läßt). Ehemalige Führungskräfte der Sigma bilden bald darauf die neue Firma Disenco (s.u.).

Die ReGen Power Systems LLC in New Salem, Massachusetts, wird im Jahr 1995 von dem Erfinder Ricardo Conde gegründet, der seinen Fokus ab 1997 auf Stirling-Motoren richtet und schon bald darauf Entwürfe für zwei modifizierte Niedertemperatur-Stirling-Motoren vorlegt. Das erste ist eine 250°C-Maschine, die Wärme von Hochtemperatur-Abwärme-Strömen nutzt und einen elektrischen Wirkungsgrad von 25 %, während der zweite Motor Niederdruckdampf mit 100°C als Wärmequelle nutzt und 13 % der Wärmeenergie in Strom umwandelt.

Allzu schnell weiter kommt Conde aber nicht – obwohl er 2003 immerhin ein Patent erteilt bekommt (US-Nr. 6.568.169, beantragt 2001). Nach der vorletzten Meldung vom Oktober 2008, der zufolge an einem 10 kW Prototyp gearbeitet wird, und der letzten vom November, die von dem Erhalt einer Eigenkapitalfinanzierung in Höhe von 5 Mio. $ durch 21Ventures LLC und den Quercus Trust spricht, hört man nie wieder etwas von der Firma, die schon von einer 500 kW Einheit sprach und Mitte 2010 ein Handelsprodukt vorstellen wollte. Statt dessen wird zu diesum Zeitpunkt nur ein weiterer Patentantrag gestellt (US-Nr. 20100186405).

Auch die holländische Firma Microgen Engine Corp. Holding B.V. (MEC) in Doetinchem, Provinz Gelderland, arbeitet seit ihrer Gründung 1995 an der Entwicklung eines serienreifen Freikolben-Stirlingmotors. Die Firma, die zu dem aus British Gas entstandenen BG-Konzern gehört (später Teil von Centrica), kooperiert u.a. mit SBT, der Gebäudetechnik-Sparte von Siemens.

Im Jahr 1996 wird die Sunpower-Partnerschaft gebildet und im Folgejahr das Konzept für einen 1,1 kW LFPSE-Stirling (Linear Free Piston Stirling Engine) entwickelt sowie ein 300 W Motor als Demonstrator gebaut. 1998 wird der 1,1 kW Motor in Auftrag gegeben und geliefert, gefolgt 1999 von einer P1 Demo-Einheit für Feldversuche. Grundlage der Technik ist ein ursprünglich von Sunpower stammender Freikolben-Stirlingmotor, den sich Microgen lizensieren läßt.

Das von Microgen weiterentwickelte Mikro-KWK-Gerät besteht aus einem Stirlingmotor mit Zusatzbrenner zur gekoppelten Erzeugung von Heizungswärme, Warmwasser und Strom. Als Arbeitsgas wird in dem Ein-Zylinder-Motor Helium eingesetzt, das bis 24 bar verdichtet wird. Der magnetische Arbeitskolben ist umgeben von der feststehenden Magnetspule mit Kupferwicklungen.

Anderen Information zufolge bestehen die inneren Statoren aus einem weichmagnetischen Verbundpulver (Soft Magnetic Composites, SMC). Die gepreßten und wärmebehandelten Metallpulverkomponenten mit dreidimensionalen magnetischen Eigenschaften werden unter dem Namen Somaloy von der schwedischen Firma Höganäs AB produziert.

Durch den Zyklus von Expansion und Kontraktion, der sich 50 mal pro Sekunde wiederholt, entsteht Wechselstrom mit 50 Hz. Die Anlage kann ihre elektrische Leistung von 0,3 – 1 kW modulieren, und die thermische Leistung reicht je nach dem eingesetzten Zusatzbrenner von 15 – 36 kW, wobei der Brennstoffnutzungsgrad mit 96 % angegeben wird.

Im Jahr 2001 beginnt ein Feldtest mit zehn Mini-BHKW des P2-Modells, zeitgleich wird die BG Group zum alleinigen Besitzer der Microgen, die als ihr Gründungsdatum nun das Jahr 2002 angibt. Zu diesem Zeitpunkt startet in Eirklichkeit schon das Entwicklungsprojekt des P3-Modells, und außerdem wird ein Herstellungs-Joint-Venture mit der Firma Twinbird Corp. beschlossen, während gemeinsam mit Sunpower Inc. die ersten L2-Motoren gebaut werden. Ab 2003 baut Microgen seine ersten eigenen Cooler selbst, und 2004 werden die ersten Patente beantragt (US-Nr. 7.650.750 und 7.716.927, erteilt 2010; Nr. 7.886.985, erteilt 2011).

Im Jahr 2005 können schon 20 TBX und 30 FM1 Motoren hergestellt werden (was immer die Kürzel auch besagen mögen), wodurch der niederländische Stromkonzern Nuon Ende des Jahres die Gelegenheit erhält, 18 von Microgen gebaute Einheiten in einem Feldversuch zu testen. Diesem schließt im Folgejahr ein ähnlicher Versuch mit mehr als 50 Geräten in Großbritannien an. Im Laufe des Jahres 2006 gehen mehrere EM1 in den Testbetrieb, während das Unternehmen schon 93 Stück seiner EM 1.3 Motoren bauen kann.

Mit der Großserienfertigung will man nun 2007 beginnen, wobei als Zielpreis ca. 3.000 € angestrebt werden. Außerdem  unterzeichnet Microgen eine Vereinbarung mit der Heizungs-Gruppe Baxi, um ab 2008 ein Wandgerät auf den britischen Markt zu bringen, das einen Stirling-Motor mit einem Brennwertkessel kombiert (rund 1 kWe und 15 - 36 kWt).

Als BG im Jahr 2007 die Schließung von Microgen verkündet, wird das Unternehmen von einem Konsortium aus europäischen Heizgeräteherstellern (Viessmann, Baxi Group und De Dietrich Remeha), der Dutch Investment Group B.V. (DIG) sowie dem Stirling-Entwickler Sunpower gekauft. Dabei wird die Entscheidung getroffen, künftig nur noch Stirling-Motoren zu fabrizieren.

Im Folgenden entwickelt jedes der genannten Unternehmen eine eigene Variante der Mikro-KWK-Einheit mit MEC Motor, der nun in China hergestellt wird. Die britische Variante wird von Baxi gefertigt, einem Teil der BDR Thermea Gruppe, zu der auch Remeha, De Dietrich und Brötje gehören (s.u.). Damit beginnt eine neue Phase der Umsetzung im Bereich von Haushalten und kleinen Unternehmen, wie es sie bislang noch nicht gegeben hat.

Die geschlossene Microgen wird am 23.03.2007 im britischen Peterborough, Cambridgeshire, als Microgen Engine Corp. Ltd. wiedereröffnet – während bei Twinbird gleichzeitig die Serienherstellung beginnt. Ich betone diesen Tag, weil genau an ihm das Buch der Synergie erstmals im Internet freigeschaltet wurde – anläßlich meines 55. Geburtstags. Ein netter Zufall...:-)

Im Laufe des Jahres 2008 werden dann tatsächlich schon 180 Stück EM2- und 86 Stück EM3-Motoren gebaut, wozu die Herstellung aber nach China verlagert wird. Bereits im Februar wird bekannt, daß nun auch die Vaillant Group ihre Aktivitäten im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung verstärken, und daher dem o.g. Konsortium beitreten wird. Vaillant hatte ursprünglich mit Honda zusammengearbeitet, um einen 1 kWe Mikro-KWK-System mit Verbrennungsmotor für den deutschen Markt zu entwickeln, dessen Vermarktung im Jahr 2011 beginnen sollte.

2009 kann Microgen die ersten PM-Motoren an Partner ausliefern, es werden ein Solar-Demogerät sowie ein PM Motor 1000 gebaut – und bereits 2010 erreichen die sich im Einsatz befindlichen Stirlings die kulminierte Zahl von 1 Million Betriebsstunden. Außerdem wird im März diesen Jahres mit dem 1989 gegründeten Familienunternehmen ÖkoFEN Pelletsheizung aus Niederkappel, Österreich, eine Kooperationsvereinbarung geschlossen, und schon im Sommer beginnt man hier mit der Entwicklung eines Prototypen, der bereits im Herbst seine ersten Betriebsstunden auf dem Prüfstand absolviert und anschließend fortlaufend optimiert wird.

Der ÖkoFEN Pellematic Smart_e stellt eine Weiterentwicklung des Pellematic Smart dar, einem Schichtspeicher mit Pelletsbrennwertmodul und Heizungshydraulik, der nun auch einen Stirling-Motor von Microgen und einen 600 l Schichtspeicher in einem einzigen Gerät integriert. Zusätzlich wird von ÖkoFEN eine spezielle Anströmeinheit entwickelt, um einen verbesserten Wärmeübergang am Erhitzerkopf des Stirlings zu erzielen, ebenso wie eine vollautomatische Reinigungseinrichtung für den Erhitzerkopf konstruiert wird, um den brennstoffbedingten Verunreinigungen am Erhitzerkopf Herr zu werden.

Nachdem der Prototyp im März 2011 erstmals dauerhaft 1kW elektrische Leistung liefert, und Ende des Jahres auch alle rechtlichen Voraussetzungen für den Einbau des Gerätes erfüllt sind, startet ÖkoFEN Ende 2012 mit den ersten Feldtests bei ausgewählten Kunden in Österreich, wobei sich die Kosten für ein Komplettsystem dieser ersten Feldtestanlagen (inkl. Wärmespeicher, hydraulischer Komponenten, Pelletslager und Regelung) auf 23.000 – 25.000 € belaufen. Zum Verkaufspreis bei Serienstart werden noch keine Aussagen getroffen.

Im März 2013 erhält ÖkoFEN für den Pellematic Smart_e den Innovationspreis ,EnergieGenie 2013’ des österreichischen Umweltministeriums, bald darauf gefolgt vom Umwelttechnologiepreis ,Daphne’ in Gold. 2014 erfolgt die Installation der ersten Pellematic Smart_e 0.6, der für Einfamilienhäuser zur eigenbedarfsoptimierten Stromerzeugung entwickelt wurde, sowie die Realisierung weiterer Pilotprojekte und Ausweitung der Pilotphase.

Doch nun zurück zur Microgen, die eigenen Angaben zufolge im Laufe der Jahre rund 200 Mio. € in die Entwicklung ihrer Produkte investiert hat, und ab 2010 über die weltweit einzige erfolgreiche Massenproduktion von Stirling-Motoren verfügt.

Im Mai 2011 erhöhen die BDR Thermea Group (mit Ihren Marken SenerTec, Brötje und Remeha) sowie der Heiztechnik Hersteller Viessmann Holding International B.V. ihre Beteiligungen an der Microgen Engine Corp. drastisch, so daß sie nun jeweils 42,19 % des Unternehmens halten. Die Anteile werden von der niederländischen DIG sowie der US-amerikanischen Sunpower übernommen. Damit verzehnfacht Viessmann seine Beteiligung nahezu von vormals 4,33 %, während der BDR Thermea Konzern vor der Übernahme eine Beteiligung von 8,67 % hielt – resultierend aus den beiden zur BDR Thermea zusammengewachsenen ursprünglichen Anteilseignern, der Baxi Group und De Dietrich Remeha. Den Rest von insgesamt weniger als 16 % halten Vaillant (1,50 %), Navien (6,36 %), Innova (6,29 %) sowie die Mitarbeiter der Microgen (1,50 %).

Dabei ist wichtig zu wissen, daß alle genannten Unternehmen in ihren Mikro-KWK-Geräten den gleichen Stirling-Motor von Microgen benutzen. So stellt beispielsweise die SenerTec GmbH aus Schweinfurt (die zur Baxi-Group gehört) einen neuen Dachs Stirling SE mit dem Microgen-Motor vor, der noch in diesem Herbst auf den Markt kommen soll.

Hier hatte man im September 2009 einen ersten Feldtest mit etwa einem Dutzend Prototypen sowohl im Erd- als auch im Flüssiggasbetrieb gestartet, gefolgt von einer zweiter Testphase im Oktober 2010 mit etwa 50 Vorseriengeräten. Der Preis für den Dachs Stirling SE mit Pufferspeicher beträgt 14.450 €, wobei ein optionales Warmwassermodul mit zusätzlich 1.500 € zu Buche schlägt. Außerdem ist das Gerät für den Einsatz einer Solaranlage vorbereitet. Auf den Markt dringt das Unternehmen nur langsam, 2012 werden erst 200 Anlagen vertrieben.

(1) Spitzenlastkessel (2) Inox-Radial-Wärmetauscher aus Edelstahl (3) Luftverteilerventil (4) Ringbrenner (5) Stirling-Motor (6) Regelung

Die Microgen-Variante von Viessmann wiederum heißt Vitotwin 300-W bzw. 350-F (Standgerät mit integriertem Vitocell Heizwasser-Pufferspeicher), und wird seit 2009 in einem Feldtest mit 30 Geräten erprobt. Die ersten Modelle sollen voraussichtlich ab September 2011 erhältlich sein.

Tatsächlich läuft im Frühjahr 2012 das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) initiierte Projekt E-DeMa zum Aufbau intelligenter Stromnetze an, an dem sich Viessmann mit 14 Mikro-BHKWs vom Typ Vitotwin 300-W beteiligt, sowie mit der neuen Software ,Viessmann Energiemanagement’, die den Datenaustausch mit dem Netzbetreiber ermöglicht.

Die einzelnen Positionen auf dem Foto sind: (1) Spitzenlastkessel, (2) Inox-Radial-Wärmetauscher aus Edelstahl, (3) Luftverteilerventil, (4) Ringbrenner, (5) Stirling-Motor und (6) Regelung.

Auch die August Brötje GmbH aus Rastede bei Oldenburg präsentiert Mitte 2011 ihre seit Februar in einem bundesweiten Feldtest erprobte und nun marktreife Mikro-KWK-Anlage EcoGen WGS, deren Herzstück der gasbetriebene Microgen-Stirling ist. Brötje gehört seit 1999 zur Baxi Group Ltd., einer der größten Unternehmensgruppen für Heizungstechnik in Europa, und damit auch zur BDR Thermea Gruppe. Das erste serienreife EcoGen WGS wird ab Februar 2011 in einem Musterhaus der Magdeburger Aktuell Bau GmbH im Praxistest erprobt.

Das wandhängende Gerät, dessen Markteinführung für das zweite Quartal des Jahres 2012 geplant ist, ist nicht größer als ein herkömmlicher Gas-Brennwertkessel, und soll inklusive Pufferspeicher und Warmwassermodul zwischen 12.000 € und 14.200 € kosten.

Baxi, die im Dezember 2008 mit der British Gas einen Exklusivvertrag für die FPSE-Technologie von Microgen in England unterzeichnet hat, tritt inzwischen auch selbst als Entwickler eines EcoGen micro-CHP genannten Systems auf, das ab dem zweiten Quartal 2009 in die kommerzielle Produktion gehen soll.

Tatsächlich gehört Baxis EcoGen zur ersten Generation von Stirling-Motor KWK-Kesseln, die im Jahr 2010 auf de Markt kommen. Über die Quantität der Verkäufe habe ich noch nichts herausfinden können – doch immerhin gibt es für das Gerät im April 2012 den renommierten Queen’s Award for Enterprise in Innovation.

Das 1978 in Seoul gegründete Unternehmen Navien, Vorreiter der Brennwerttechnik in Südkorea, erhält im Jahr 2010 die nötigen Zulassungen, um Microgen KWK-Wandthermen in die Niederlande einführen und dort zu vertreiben, weshalb auch die ersten Feldtests der NCM-1130HH Nano-BHKWs und die Vorbereitung des Marktstarts in diesem Land durchgeführt werden.

Die De Dietrich Remeha GmbH wiederum, eine Marke der BDR Thermea Gruppe mit Firmensitz in Emsdetten, hatte die Planung und Entwicklung des Nano-BHKW der eVita Serie (5 kWth/1 kWel) bereits im Jahr 2005 begonnen. Zwischen Dezember 2006 und Ende 2010 folgten zahlreiche Feldtests und Erprobungen.

Die Markteinführung 2011 wird von dem Energieversorger E.ON forciert, der die Anschaffung ab dem 1. Juni mit einer Förderung in Höhe von 1.000 € pro Gerät unterstützen wird. Darüber hinaus fördert die De Dietrich Remeha ab dem 01. Mai die ersten 200 eVita Mikro-KWK-Pakete mit einem Zuschuß von 600,- € für den Endverbraucher. Im November nimmt die E.ON Thüringer Energie bei einem Privatkunden eine Mikro-KWK-Anlage mit Stirling-Motor in Betrieb, die in Kooperation mit der E.ON Ruhrgas betrieben wird und im Zeitraum von zwei Jahren als Demonstrationsobjekt genutzt werden soll.

Bis Mitte 2012 werden rund 550 Geräte ausgeliefert, zu einem Preis ab 10.650 €. Für das Gesamtjahr 2012 ist die Produktion von 1.000 Geräten angestrebt. Mitsamt 400 l Pufferspeicher wird ein Listenpreis von 11.950 € genannt, die aktuellen Handwerkerangebote liegen bei 17.000 – 19.000 €. Anstatt jedoch weitere Erfolge anzustreben, entscheidet sich E.ON Ende des Jahres, das im Grunde voll bewährte Produkt aufzugeben, da es nicht mehr der Kernstrategie des Konzerns entspricht. Stattdessen wird auf eine Brennstoffzellen-basierte Technologie gesetzt.

Mitte 2012 präsentiert der Heiztechnikspezialist Paradigma Deutschland aus dem baden-württembergischen Karlsbad eine KWK-Wandtherme ModuWatt, die ebenfalls mit dem Stirling-Motor von Microgen ausgestattet ist. Die für Herbst erwarteten Einführung wird zuerst verschoben, und im Februar 2013 folgt die Meldung, daß die Firma entschieden hat, das Gerät nicht auf den Markt zu bringen, ohne sich offiziell zu den Gründen zu äußern.

Mitarbeiter lassen jedoch durchblicken, daß die Erprobung der ModuWatt-Testanlagen nicht so verlaufen sei, wie es die Qualitätsstandards des Unternehmens erfordert hätten. Besonders das Herzstück der Anlage, der Stirlingmotor von Microgen, mit dem dazugehörigen Siemens Micro-CHP Control System, habe die in das Gerät gesetzten Erwartungen nicht erfüllt.

Die Microgen selbst gibt im Juli 2011 bekannt, daß sie durch das National Physical Laboratory (NPL) in Teddington, Middlesex, und mit Mitteln aus dem britischen Technology Innovation Fund (TIF) eine erfolgreiche Beratung erhalten habe, welche die Messung der Gaszusammensetzung in der Arbeitsflüssigkeit verschiedener Stirlingmotoren in Microgens Produktionsstätte in China zu Inhalt hatte, um das erwartete Qualitätsniveau zu gewährleisten.

Im türkischen Alanya gründet die (später in Verruf geratene) Kombassan Holding, ein großer türkischer Industrie- und Handelskonzern, im Jahr 1996 ein Zentrum für Solarenergieforschung, an dem unter der Leitung von Prof. Isoroku Kubo (s.o.) und Adnan Sahin auch an der Umstellung eines Stirling-Systems für den netzunabhängigen Betrieb gearbeitet wird.

1997 wird in Alanya ein SOLO Stirling 161 zusammen mit einem 25 m² großen Parabolspiegel aus runden Kunststoff-Membranelementen in Betrieb genommen, und später wird ein sogar noch größerer Spiegel fertiggestellt, der auf den sehr schlechten Abbildungen eine gewisse Ähnlichkeit mit einem SunCatcher hat (s.u.).

Leider ist sonst nichts näheres über das Projekt zu finden, ebenso wie ich bislang noch nichts über das genannte Zentrum gefunden habe ... das immerhin solvent genug scheint, sich einen Fachmann wie Kubo leisten zu können. Sachdienliche Hinweise werden daher gerne entgegengenommen.

Auch am Ökozentrum Langenbruck und in den Werkstätten der Schweizerischen Industriegesellschaft (SIG) in Neuhausen am Rheinfall in der Schweiz wird 1996 eine optimierte Variante des Stirling-Motors entwickelt. Die  Ingenieure Christian Gaegauf und Hans-Peter Zumsteg übernehmen die weiter oben beschriebene Beale-Idee und sind auch dabei erfolgreich, Geldgeber und Industriepartner zu finden: Der Forschungs-, Entwicklungs- und Förderungsfonds der Schweizerischen Gasindustrie (Foga) unterstützt das Projekt mit namhaften Beiträgen. Dazu gibt es im Rahmen des Pilot- und Demonstrationsprogrammes von ,Energie 2000’ eine Förderung durch das Bundesamt für Energiewirtschaft (BEW) sowie den Nationalen Energie-Forschungs-Fonds (NEFF) in Basel.

Sowohl der Motor als auch der angeflanschte Lineargenerator arbeiten innerhalb einer vollständig dichten, gasgefüllten Kapsel; lediglich die elektrischen Anschlüsse durchstoßen die Kapselwand. Damit löst diese Freikolbenvariante das klassische Stirling-Problem der notorischen Undichtigkeit auf elegante Weise. Sowohl die Idee als auch die konstruktive Lösung dieser Kolbenführung stammt vom ehemaligen Sulzer-Ingenieur Anton Steiger aus Illnau bei Zürich.

Die ersten Testläufe an der Versuchsmaschine erfolgen Anfang 1997 in der SIG, wobei die Messungen eine positive Bilanz ergeben: Der Stirling liefert eine elektrische Dauerleistung von 1,2 kW bei 230 V und 50 Hz, hat eine thermische Leistung von 3 kW, der Strom-Wirkungsgrad des Generators beträgt 20 %, und der Gesamtwirkungsgrad beispielhafte 90 %.

Nach dem erfolgreich durchgeführten technischen Funktionsnachweis sollte eigentlich eine Phase der industriellen Umsetzung des Stirling-Energie-Moduls folgen, inklusive Marktbearbeitung, technische Weiterentwicklung des Energie-Moduls zur Produktionsreife und Ausweitung der Treibstoffe von Erdgas auf Heizöl, Biogase und Biomasse. Leider läßt sich darüber nichts mehr finden, sodaß davon ausgegangen werden muß, daß das Projekt nicht weiter verfolgt wurde.

Das 1996 gegründete US-Unternehmen Stirling Energy Systems Inc. (SES) mit Sitz in Scottsdale, Arizona, das als Tochtergesellschaft der irischen NTR plc agiert, erwirbt umgehend die Patentrechte am dem SunCatcher genannten Solar-Stirling, der bereits 1984 von McDonnell Douglas und der schwedischen Kockums entwickelt worden war. Bei dem System wird das Wärmeäquivalent von 10.000 Sonnen mittels 82 Spiegeln auf ein nur 15 cm weites Labyrinth aus dünnen Metall-Röhrchen konzentriert, in dem als Arbeitsgas Wasserstoff erhitzt wird.

Die Erfindung des SunCatcher geht auf Chuck Andraka und Bruce Osborn zurück, wobei letzterer, der schon in den 1970er Jahren als frisch gebackener Ingenieur bei Ford leidenschaftlich an der Technologie herumgebastelt hat, nun Präsident und Direktor der SES ist. Mit Andraka, der ebenfalls schon seit Jahrzehnten Solar-Stirling-Systemen arbeitet, trifft er zusammen, als er Ingenieure der Sandia National Laboratories anspricht, um das System zu verbessern.

Gemeinsam wird der SunCatcher in den Folgejahren weiterentwickelt – in Zusammenarbeit mit Boeing, die McDonnell Douglas zwischenzeitlich übernommen hatten, sowie dem US-Energieministerium.

Das bei Boeing Dish Engine Critical Component (DECC) genannte Projekt startet im April 1998 – als Fortsetzung des Mitte der 1980er Jahre von McDonnel Douglas und der United Stirling of Sweden AB (USAB) begonnen Solarenergie-Programms.

Die USAB hatte in den späten 1970er und frühen 1980er Jahre mit der Entwicklung des kinematischen 4-95 Stirlingmotors begonnen, und im Rahmen von Verträgen mit dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) und dem DOE eine solare Version konstruiert, hergestellt und an der Georgia Tech Advanced Component Test Facility (ACTF) sowie an der JPL Solar Test Facility auf der Edwards Air Force Base getestet.

Die Ergebnise sind so gut, daß gemeinsam mit der Advanco Corp. ein DOE-Programm aufgelegt wird, bei dem eine 4-95 Maschine in den Vanguard-Konzentrator integriert wird. Siehe dazu mehr unter Dish-Stirling-Systeme.

In den frühen 1980er Jahren formen McDonnel Douglas (das inzwischen zu Boeing gehörte) und USAB ein Joint Venture, um das gemeinsame Produkt zu kommerzialisieren. Im Zuge dessen werden bis 1988 auf dem McDonnel-Testgelände in Huntington Beach, Kalifornien, und den Teststandorten verschiedener Stromversorger diverse Anlagen errichtet und Langzeit-Versuchen unterzogen.

Um die SES nun bei der Vermarktung der Dish/Stirling-Technologie von Boeing/Kockums zu unterstützen, kooperiert das virtuelle SunLab des DOE mit den drei Hauptakteuren Boeing, SES und Kockums im Rahmen des o.g. DECC-Projekts. Die praktischen Versuche mit den Power Conversion Units (PCU) beginnen Ende Juni 1998, und bis November werden bereits 900 Betriebsstunden gezählt.

SES errichtet mit ihren Prototypen mehrere Testfeldanlagen, unter anderem im Glenn Research Center der NASA und in den Sandia National Laboratories, wo im Januar 2005 auf einem Testgelände in der Wüste nahe von Albuquerque in New Mexico sechs Solar-Stirlings mit Dish-Reflektoren der Serie 3 in Betrieb gehen, die eine Maximaleffizienz von 29,4 % erreichen – ein neuer Rekord.

Im Oktober berichtet die Presse, daß die SCE plant, rund 110 km nordöstlich von Los Angeles eine 500 MW Stirling/Solardish-Farm zu errichten, die später sogar auf 850 MW erweitert werden soll. Die benötigten 20.000 Dish-Stirling-Systeme sollen im Laufe von 4 Jahren in einem eigens dafür gebauten Werk hergestellt werden, dessen Errichtung in Victorville, Kalifornien, geplant ist. Als erster Schritt wird der Bau einer 1 MW Testanlage mit 40 Stück der 11,3 m durchmessenden Dishs von SES erfolgen.

Im Januar 2008 übertreffen die SunCatcher-Systeme in New Mexico ihren eigenen früheren Wirkungsgrad-Weltrekord von 29,4 %, als sie an einem besonders hellen Wintertag 31,25 % erreichen. Im November wird Andraka und Osborn daraufhin ein Breakthrough Award des Magazins Popular Mechanics verliehen.

SES arbeitet intensiv an der Vermarktung seines Systems und hat bereits mit zwei großen Versorgungsunternehmen, der Southern California Edison und der San Diego Gas & Electric, langfristige Strombezugsverträge über 1.750 MW abgeschlossen, was genug Strom ist, um mehr als 1 Mio. Haushalte zu versorgen. Zu diesem Zeitpunkt gelten diese beiden Solarstrom-Verträge als die weltweit größten. Für ihre Erfüllung sind allerdings bis zu 70.000 Solar-Dish-Generatoren erforderlich, der erst einmal hergestellt und installiert werden müssen, wofür die Tochterfirma Tessera Solar zuständig sein wird.

Das 3 Mrd. $ teure Calico Solar Projekt in der Mojavewüste wird im Herbst 2010 genehmigt. Nach der zweiten Ausbauphase sollen auf einer Fläche von rund 19 km² insgesamt 26.450 Dish-Stirlingmotoren 664 MW erzeugen. Ende Dezember kündigt Edison überraschend den Abnahmevertrag, nennt unter Hinweis auf eine Vertraulichkeitsvereinbarung aber keine Gründe für die plötzliche Kehrtwende.

Kurz vor Jahreswende kauft die Firma K Road Power aus San Diego der in Finanznöten steckenden Tessera die Anlage ab, und es wird bekanntgegeben, daß nun nur noch die letzten 100 MW des Solarparks mit SunCatcher-Anlagen erzeugt werden sollen, während K Road den Rest der Fläche im  Laufe des Jahres 2011 mit traditionellen PV-Modulen eines noch ungenannten Herstellers bestücken wird.

Nachdem die Stirling Energy Systems im September 2011 in Konkurs geht, obwohl der Suncatcher zwischenzeitlich einen Wirkungsgrad von 34 % erreicht, wird sie im November 2012 von der Firma Stirling Biopower übernommen, während die Linzenz des Stirling-Motor an die United Sun Systems International verkauft wird (s.u.). Ansonsten habe ich über die Aktivitäten der SES auch im Kapitelteil zu den Dish-Stirling-Systemen geschrieben – und entschuldige mich an dieser Stelle für die noch etwas wirre Aufteilung, die bei dem kommenden Update jenes Teils aber überarbeitet werden soll.

Im Oktober 1998 wird direkt an den Sandia National Laboratories in Albuquerque, New Mexico, mit einem Projekt begonnen, bei dem gemeinsam mit einem oder mehreren Indianerstämmen ein weiteres neues Solarstrom-Erzeugungssystem getestet werden soll.

Das Gerät, das Anfang des Folgejahres als Energiequelle für eine Wasserpumpe auf Indianerland im Südwesten des Bundesstaates aufgestellt werden soll, wird dort Wasser für landwirtschaftliche Zwecke pumpen.

Nachdem das Sandia-Team bis Juli 1999 ein funktionierendes System zusammengebaut hatte, wird dieses weiter optimiert und der Aufbau eines neuen Kollektors mitsamt Generator und Wasserpumpe vorbereitet. Der erste Prototyp des 10 kW Solar-Dish/Stirling-Systems für netzferne Anwendungen, das auf den fortschrittlichsten Solartechnologien beruht, die in den letzten Jahren am Sandia Lab entwickelt worden sind, besteht aus einen 46,5 m² großen Konzentratorspiegel aus Glas/Metall-Sandwich-Elementen, der sein Licht auf den Receiver des Motors bündelt.

Die Energiewandlereinheit ist wiederum aus dem Solarreceiver, dem elektrischen Generator und einem – uns schon gut bekannten – SOLO 161 Stirling-Motor zusammengesetzt. Das System, das mehr als 500 Stunden lang an Sandias National Solar Thermal Test Facility betrieben wird, erfüllt alle seine Ziele hinsichtlich Leistung, Effizienz und automatisiertem Betrieb.

Die für den Herbst geplante zweite Prototyp-Generation wird auch eine angeschlossene Wasserpumpe besitzen, und das erste Solarpumpsystem soll Anfang 2001 in einem Reservat errichtet werden. Dabei betonen die Sandia-Wissenschaftler, daß die neue Solaranlage klein genug, und zu einem Preis von 30.000 – 40.000 $ auch erschwinglich genug sein wird, um praktisch eingesetzt zu werden.

Der amerikanische Unternehmer und Erfinder Dean L. Kamen, der in der Öffentlichkeit hauptsächlich für seinen revolutionären Elektroroller Segway (Segway Personal Transporter) bekannt ist, beantragt im Jahr 1998 das erste Patent für eine ,Cantilevered crankshaft stirling cycle machine’ (US-Nr. 6.062.023, erteilt 2000). Antragsteller ist die New Power Concepts LLC in Manchester, New Hampshire, die Kamen extra für die kommerzielle Entwicklung seines Stirling-Motors gegründet hat, und im selben Gebäude wie sein Forschungsunternehmen DEKA Research & Development Corp. untergebracht ist.

Zu diesem Zeitpunkt soll Kamen bereits mehrere Millionen in die Entwicklung des Stirling-Motors gesteckt haben – außerdem sitzen 20 Leute seiner Firma daran. Das Ziel sind kleine, dezentrale Stirling-Anlagen, die sowohl mit Sonnenenergie als auch mit organischem Brennstoff betrieben werden können und sich sowohl in Entwicklungsländern, als auch von westlichen Privathaushalten installieren lassen. Im Jahr 2003 soll der Öffentlichkeit ein kommerzielles Gerät vorgestellt werden – was sich dann allerdings als nicht einhaltbar erweist.

Kamen tut sich daraufhin mit Iqbal Quadir zusammen, dem Gründer der größten Handy-Firma in Bangladesch, Grameen Phone, den ein im September 2005 abgeschlossener 6-monatiger Feldversuch in zwei Dörfern von der Innovation überzeugt. Dort erzeugen mit Kuhdung befeuerte Prototypen des Motors jeweils 1 kW Leistung.  Quadirs Startup, die in Cambridge, Massachusetts, beheimate Emergence Energy, tritt jedenfalls in Verhandlungen mir der DEKA, um die Technologie zu lizenzieren. Quadir hofft dann auf 30 Mio $ Risikokapital, um damit beginnen zu können, die Kraftmaschinen zu produzieren. Bislang ist noch nichts von einer Umsetzung zu sehen.

Kamen plant, die Landbevölkerung in der Dritten Welt langfristig mit Sirling-Generatoren und einem Wasserfilter auszurüsten, der er ebenfalls entwickelt hat und Slingshot nennt (s.u.).

Während die beiden ersten handgefertigten Modelle noch jeweils 100.000 $ gekostet haben, glaubt der Erfinder, daß sich sein Generator bei einer Massenproduktion für etwa 1.000 – 2.000 $ herstellen läßt. Ihm zufolge kann ein einziges Gerät, das nur einige hundert Watt Strom braucht, in Verbindung mit dem Filtersystem genügend Trinkwasser für ein Dorf mit 100 Personen liefern.

Im Laufe des Tests in Bangladesch schufen Kamens Stirling-Maschinen in jedem Dorf drei neue Unternehmen: eines, um die Maschine zu betreiben und die Elektrizität zu verkaufen, eines, um von örtlichen Landwirten den Dung einzusammeln und an das erste Unternehmen als Brennmaterial zu vertreiben, und ein drittes, das den Dorfbewohnern Glühbirnen (und in Zukunft vermutlich auch weitere elektrische Geräte) vermietet.

Doch auch die Mobilität liegt Kamen am Herzen, weshalb es sich auch schon die ganze Zeit über mit dem Einsatz von Stirling-Motoren in Fahrzeugen beschäftigt. Öffentlich vorgestellt wird der DEKA Revolt genannte Prototyp erstmals 2008 – eingebaut in den Kofferraum eines Th!nk City (ein 2-Personen Elektroauto, dessen Produktion 2000 eingestellt wurde), um die Lithiumbatterie des Fahrzeugs ebenso wie die Heizung und andere Energiefresser zu versorgen.

Bis zu diesem Zeitpunkt hat Kamen geschätzte 40 Mio. $ in die Entwicklung gesteckt, doch in die serienmäßige Fertigung kann der Motor noch immer nicht gehen, was ihn gewaltig ärgert – schließlich hatte er schon 2002 verkündet, daß sein Segway „erst komplett ist, wenn er mit einem Stirling-Motor läuft“. Mit Hilfe von norwegischen Investoren soll es nun in zwei Jahren so weit sein.

Mitte 2009 kursiert dann eine neue Umsetzungsvariante, für die Kamen Ende des Vorjahres das Patent erhalten hatte (US-Nr. 7.469.760, beantragt 2003). Dabei handelt es sich um einen Elektro-Hybrid-Roller, den neben seinem Akku auch einen Stirling-Motor besitzt, der es ermöglicht nahezu jeden Kraftstoff zu verbrennen. Während der Stirling nebst Kraftstofftank unter der Sitzbank versteckt wird, ist der Kühler in der Frontverkleidung integriert. Das wiederaufladbare Batterie-Pack befindet sich im Boden des Rollers. Anmelder ist die DEKA Products Limited Partnership.

Inzwischen sollen bereits 50 Mio. $ in den Stirling geflossen sein – doch auch im Jahr 2010 ist nur zu erfahren, daß man bereits dabei sie, die fünfte Generation fertigzustellen. In Branchenkreisen wird der Preis eines DEKA-Stirlings mit 250.000 $ beziffert. Von einem marktreifen Produkt ist aber immer noch nichts zu sehen, obwohl Kamen, schon realistischer, inzwischen von einen Preis unter 10.000 $ spricht, den er erreichen will.

Im Oktober 2012 wird eine neue Zusammenarbeit mit der Telekommunikationsbranche beschlossen. Diesmal ist es die Society of Cable Telecommunications Engineers in den Vereinigten Staaten.

Auch an einer weiteren Variante arbeitet Kamen schon länger. Unter dem Namen Slingshot (Schleuder, Zwille) entwickelt er einen Stirling-betriebenen Wasserfilter, den er erstmals 2003 zeigt, obwohl es dann noch bis 2008 dauert, bis das erste Gerät trinkbares Wasser produziert. Der Name bezieht sich auf die Waffe Davids, mit welcher dieser Goliath besiegte – der sich für Kamen in Gestalt der Krankheiten verkörpert, die durch unsauberes Wasser verbreitet werden. Und dem soll die Slingshot-Dampfkompressionsdestille den Garaus machen.

Im Herbst 2012 ist zu erfahren, daß es Kamen gelungen ist, die Weltmarke Coca-Cola davon zu überzeugen, Tausende dieser Wasser-Reinigungsmaschinen in ländlichen Gebieten Lateinamerikas und in afrikanischen Dörfern zu verteilen. Der Konzern, der in den Entwicklungsländern wachsen will, ist bereit, auf dem Weg zu einem tragfähigen Geschäft zunächst in den Zugang zu frischem, sauberem Trinkwasser zu investieren.

Das Unternehmen testetet die rund 150 kg schweren Maschinen, die pro Stunde etwa 30 Liter Wasser produzieren können, zuerst in Ghana, macht einige Korrekturen daran und verpflichtet sich jetzt, in Mexiko, Paraguay und Südafrika mit der Umsetzung zu beginnen, was eher nach einem bescheidenen Anfang klingt. Coca-Cola und Kamen hoffen allerdings, das Projekt in Zusammenarbeiten mit der Inter-American Development Bank (IDB) und Africare, einer führenden Gesundheits-NGO, bald vergrößern zu können, Details dazu gibt es bislang aber noch nicht.

Sicher ist nur, daß die beiden Partner gemeinsam mit der IDB und dem Multilateralen Investitionsfonds (MIF), einem Mitglied der IDB Group, die Slingshot-Technologie im Jahr 2013 zunächst in Gesundheitszentren und Schulen in abgelegenen Gemeinden in Lateinamerika testen werden.

Im September 2013 verkündet Coca-Cola, daß man bis zum Jahr 2015 gemeinsam mit verschiedenen strategischen Partnern in 20 Ländern insgesamt 1.500 - 2.000 sogenannte EKOCENTER installieren will, die zu wichtigen Zentren in ländlichen Gemeinden in Entwicklungsländern werden sollen. Zu den Projektpartnern zählen inzwischen auch die Unternehmen IBM, McCann Health, TechnoServe, NRG Energy Inc. sowie der Logistikdienstleister UPS. Die aus Schiffscontainern konstruierten EKOCENTER sollen wie hochtechnisierte Kioske funktionieren: Sie enthalten eine Wasseraufbereitungsanlage, Produkte des täglichen Bedarfs, eine Apotheke, eine Ladestation für Mobiltelefone und Internetzugang, außerdem sollen sie als Anlaufstelle für Hygiene-Schulungen dienen.

Mit der Slingshot-Technik sollen inzwischen pro Tag 850 Liter sauberes Wasser gewonnen werden können – aus fast jeder Quelle –, wobei die Wasseraufbereitungsanlage weniger Strom als ein gewöhnlicher Haartrockner verbraucht. Das erste EKOCENTER-Pilotprojekt geht im südafrikanischen Heidelberg an den Start. Mit seinen Partnern will Coca-Cola bereits in den nächsten zwei Jahren 45.000 Menschen mit sauberem Trinkwasser versorgen.

Auf der Fortune Brainstorm Green conference Anfang 2013 stellt die schon erwähnte NRG Energy Inc., ein US-amerikanischer Energieversorger mit Sitz in Houston, ein neues ,Vor-Ort-Energiegerät’ vor, das etwas größer als eine Waschmaschine ist und rund 675 kg wiegt. Der dezentrale Energieerzeuger, genannt Beacon 10, produziert eine maximale elektrische Leistung von 15 kW, von denen max. 10 kW aus einem Stirling-Motor der DEKA stammen, die mit NRG an der Entwicklung des Geräts zusammenwirkt.

Das einzelne netzverbunde Gerät kann Erdgas, Solaranlagen, Windturbinen und Batterien für die Speicherung integrieren, wobei den vorläufigen technischen Spezifikationen zufolge der maximale Eingang für Solarstrom 15 kW beträgt, für die Akkus ebenfalls 15 kW, und für Erdgas umgerechnet 50 kW. Abgesehen von der elektrischen Ausgangsleistung von 15 kW liefert die Anlage noch 35 kW thermisch für die Raumheizung und  heißes Wasser.

Gemeinsam mit der DEKA werden bereits diverse Maschinen in Haushalten und Unternehmen getestet, 200 weitere sollen folgen.

Auf der 34. Intersociety Energy Conversion Engineering Conference (IECEC) 1999 legen Takeshi Hoshino et al. eine experimentelle Studie vor, die von der japanischen National Space Development Agency (NASDA) gefördert und am National Aerospace Laboratory (NAL) durchgeführt wurde, wo man ab seit den 1980er Jahren mit Freikolben-Stirlings beschäftigt.

Bei ihrer seit April 1994 laufenden Grundlagenforschung zur Solar-Stirling-Technologie für künftige Weltraumanwendungen testen die Wissenschaftler einen Halbfreikolben-Stirlingmotor des Typs NALSEM 500 (NAL Stirling Engine Model) mit Linear-Generator und beweglichen Magneten, mit dem sie eine Sonne-zu-Strom Effizient von als 22 % erreichen, während der thermische Wirkungsgrad der Versuchsanlage 35 % beträgt. Allerdings erst, nachdem einige konstruktive Änderungen an der Magnetanordnung und dem Statorkern erfolgt sind.

Der 500 W Stirling-Generator soll nun in ein Hohlraum-Receiver-Subsystem integriert werden, das sowohl einen Receiver mit Natrium-Heatpipes, als auch eine thermische Energiespeicherung besitzt. Später folgt ein 700 W Modell – und als Ergebnis der Forschungen wird schließlich ein NALSEM 200 konstruiert, über dessen Ergebnisse Hoshino auf der 1. International Energy Conversion Engineering Conference im August 2003 in Portsmouth, Virginia, berichtet.

Irgendwo in diesem Umfeld ist auch die Entwicklung des sogenannten Kaffeetassen-Stirlings zu verorten, der später von diversen Modell-Herstellern angeboten wird, zumeist ergänzt durch ein augenfällig rotierendes Rad. Die ursprüngliche Lizenz dafür wird jedenfalls im Jahr 2004 durch die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) vegeben.

Entwickelt wurde der ,Stirling Engine Kit for Educational Use’ explizit für Studenten, um den Mechanismus eines Stirling-Motors kennenzulernen – mit Blick die Stromerzeugung in der Raumfahrt.

Im Jahr 2008 referiert Hoshino, der zwischenzeitlich selbst bei der JAXA gelandet ist (siehe US-Nr. 7.640.740, angemeldet 2004, erteilt 2008), über den Prototyp eines 200 W Freikolben-Stirling-Konverters für den Hausgebrauch, an dem er gemeinsam mit der 2005 gegründeten Firma eStir Co. Ltd. aus Osaka arbeitet, einem Venture-Team der Panasonic Corp., das im Juni 2009 in einer konzerneigenen Fabrik mit der Prüfung des Stirling-Motors zur Abwärme-Rückgewinnung beginnt.

In Zusammenarbeit mit dem National Maritime Research Institute beschäftigt sich das Unternehmen seit 2005 mit der Entwicklung eines Stirling-Motors, der mit industrieller Abwärme zwischen 300°C und 650°C bereits einen Stromerzeugungs-Wirkungsgrad von 15 % erreicht. Nun soll der 500 W Motor an den Schornstein des Hochdruck-Luftverteilungssystems der Nara-Anlage befestigt werden, wo Temperaturen von etwa 300°C bis 500°C herrschen. Sollte der Test die Zuverlässigkeit des Stirlings belegen, will eStir noch im laufenden Jahr 2009 einen Motor mit einer Leistung von etwa 5 – 10 kW entwickeln, der dann bis 2011 auf den Markt kommen soll.

Davon ist bislang nichts zu sehen, aber immerhin meldet die Firma im Jahr 2010 ihre ersten Patente an (US-Nr. 20120159944 und 20120159945), denen später noch etliche weitere folgen.

Die im Januar 1999 von Darryl H. Phillips und anderen gegründete Firma Quiet Revolution Motor Company LLC (QRMC) in Sallisaw, Oklahoma, arbeitet eigenen Aussagen zufolge an der Weiterentwicklung der Stirling-Motortechnologie für Leichtflugzeuge und andere kommerzielle Anwendungen. Darryl hatte schon ab 1993 eine Reihe von Artikeln darüber veröffentlicht und wird 1994 für seine Förderung des Stirling-Motors in der Luftfahrt mit der jährlich vergebenen Auszeichnung des Wolf Aviation Fund geehrt.

Anzeichen von realen technischen oder gar kommerziellen Fortschritten sind allerdings keine zu sehen, obwohl Insider davon sprechen, daß das QRMC-System mit das Genialste sei, was sie bisher gesehen haben. Das Patent unter dem Titel ,Fluid displacement apparatus and method’ meldet Phillips 1998 an (US-Nr. 6.065.289, erteilt 2000).

Das Design, das die Kraft- und Verdrängerkolben in einer verschachtelten Konfiguration innerhalb des gleichen Zylinders plaziert und Hydraulikflüssigkeit verwendet, sowohl um den Zylinder abzudichten, als auch um eine Flüssigkeitsübertragung zu betreiben, ist extrem ausgeklügelt und scheint wenigstens eines der Hauptprobleme von Stirling-Motoren zu verbessern, nämlich ihre hohe Masse und damit geringe Leistungsdichte.

Im Jahr 2006 befindet sich QRMC noch immer in den F&E-Phase und versucht gleichzeitig, über Spendensammlungen an Mittel für die Fortführung der Arbeiten zu bekommen. Später gibt die Firma auf, ihre Flugzeug-Einheit vermarkten zu wollen, und konzentriert sich statt dessen auf den stationären Strommarkt. Anscheinend ebenfalls ohne Erfolg, denn die Gesellschaft ist inzwischen aufgelöst, und es ist noch nicht einmal mehr – nomen est omen – ein fernes Echo ihrer Tätigkeit zu vernehmen.

Die Disenco Energy Plc mit Hauptsitz in Sheffield, Großbritannien, wird im Jahr 2003 gegründet und engagiert sich über ihre Tochtergesellschaft Disenco Ltd. in der Entwicklung und Vermarktung von Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, vor allem in Nordamerika und Europa. Ursprünglich als Silbury 311 Ltd. eingetragen, war der Name im März 2006 in Disenco verwandelt worden (Distributed Energy Company). Die Disenco-Einheit, die aus dem schwedischen TEM SCP Stirling-Motor entstand und anschließend von der Firma Sigma Elektroteknisk AS in Norwegen weiterentwickelt wurde, bevor sie von Disenco in Großbritannien übernommen wird, hat mit einer elektrischen Leistung von rund 3 kWe einen deutlich höheren Output als ähnliche Produkte.

Auch hier gibt es einen interessanten Hintergrund, demzufolge das TEM (Technology, Economy and Environment), ein Technologietransfer-Institut an der Lund Universität in Schweden, bereits 1986 mit Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in kleinem Maßstab an Stirling-Motoren begonnen hatte, die auf einer Erfindung von Prof. Stig Carlqvist basierten, einem damals weltweit führenden Wissenschaftler im Bereich der Stirling-Motoren.

In Zusammenarbeit mit der schwedischen Firma Kockums, und gemeinsam mit anderen führenden Forschern und Designern, beginnen am TEM Entwicklungsarbeiten an einem kleinen, luftdicht verschlossenen Stirling-Motor mit dauergeschmierten, ölfreien und reibungsarmen Wälzlagern, der als Ladegerät für Elektroautos dienen soll (Range-Extender). Dieses geschlossene System löst eines der grundlegenden Probleme der früherer Konstruktionen, nämlich das Austreten von Helium und Schmiermitteln. In den TEM-Labors in Malmö wird eine Reihe von Versuchsmotoren auf der Basis dieser Innovationen gebaut, die für eine elektrische Leistung von 3 kW ausgelegt sind.

Später wird von der Idee wieder abgerückt, den Motor in Automobilen zu verwenden, und man verlegt sich auf ortsfeste Anwendungen, wo Dinge wie Wartungsintervalle, Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und ein niedriger Geräuschpegel wichtiger sind. Es wird beschlossen, den Entwurf zu einem mit geringerer Drehzahl laufenden System abzuändern, was einen größeren Zylinder und merkliche Gewichtszunahmen impliziert. Andere Modifikationen führen zu Verbesserungen in der Leistung, so daß mit der Zufuhr von 12,5 kW Erdgas (Brennwert) insgesamt 9 kWt und 3kWe erzielt werden können.

1993 produziert die britische EA Technology eine Designstudie für ein Mikro-BHKW auf Basis des TEM-SCP-75 Stirling-Motors, die daraufhin vom TEM umgesetzt wird. Im Jahr 1996 erwirbt das norwegische Unternehmen Sigma Elektroteknisk AS aus Hølen die Rechte an der Herstellung des TEM-Motor und plant, das als persönliches Verbrennungskaftwerk (Personal Combustion Powerplant, PCP) bezeichnete Gerät als Komponente an Zulieferfirmen zu verkaufen (s.u.).

Die EA Technology koordiniert anschließend ein dreijähriges, im Rahmen des EU-Thermie-Programms finanziertes Projekt, an dem – neben den bislang genannten Seiten – auch die Firmen Scottish Hydro Electric (GB) und NESA A/S (Dänemark) teilnehmen, um den Sigma/TEM PCP zu bewerten und zu demonstrieren. Dabei erfolgen im ersten Jahr die Motormodifikationen, im zweiten umfassende Labortests, und im dritten Feldversuche.

Wie es danach genau weitergeht, habe ich noch nicht eruieren können, doch im Januar 2008 kündigt Disenco eine Herstellungs-Partnerschaft mit Autocraft an, um die Kernmaschine zu produzieren, während Malvern boilers die Hülle liefern, und Endesa und Centrica das Marketing übernehmen sollen.

Im Frühjahr 2010 wird Disenco jedoch unter Zwangsverwaltung gestellt, und das Design von der Firma Inspirit Energy Ltd. übernommen, die nun plant, im Jahr 2011 mit Versuchen an den Einheiten zu beginnen. Diese Ltd. ist im vollständigen Besitz der erst 2010 gegründeten und ebenfalls in Sheffield beheimateten Inspirit Energy Holdings plc.

Doch auch diese Firma scheint kein Glück zu haben. Im Jahr 2013 sieht sie sich immer noch mit Finanzierungsschwierigkeiten konfrontiert und kann kein Datum für eine Produktverfügbarkeit nennen. Statt dessen wird sie im Juli für 3,5 Mio. Pfund von der Firma KleenAir Systems International plc aufgekauft, die bereits ca. 17 % Anteile an der Inspirit Energy besaß – und die nun den Namen in Inspirit Energy Holdings plc übernimmt.

Im Oktober 2013 unterzeichnet Inspirit eine Vereinbarung mit dem internationalen Technologie- und Produkt-Entwickler Sentec Ltd., der die elektrische Steuerung und das Energiemanagementsystem für die Mikro-KWKs liefern soll, und im Februar 2014 wird eine strategische Vereinbarung mit einem der größten Wohndienstleister in Großbritannien unterzeichnet, der Caring Homes Group, um die ersten Mikro-KWKs zu installieren, sobald die Versuchseinheiten im dritten Quartal das Jahres für Tests und Verifizierungen verfügbar werden.

Die Firma BSR Solar Technologies GmbH in Lörrach, das Nachfolgeunternehmen von Jürgen Kleinwächter, enzwickelt ab 2004 einen Niedertemperatur-Stirlingmotor, der bereits zu arbeiten beginnt, sobald sich die schwarze Oberfläche der Kollektorschüssel auf etwa 150°C aufgeheizt hat. Ziel dieser Entwicklung ist es, eine umweltfreundliche und wartungsarme Solartechnologie zum Antreiben von Pumpen zu entwickeln, die in den Entwicklungsländern selbst produziert werden kann.

Das Gerät sieht aus wie eine abgedeckte, große Parabolantenne mit gut 2 m Durchmesser. Direkt unter der tiefschwarzen Oberfläche wandert ein großer Verdränger-Kolben auf und ab, wobei Rhythmus und Bewegung der Maschine von einem kanaldeckelgroßen Schwungrad gesteuert werden, das gleichzeitig die kinetische Energie zwischenspeichert. Die Drücke in dem Gerät betragen plus/minus 100 Millibar. Auf einen Kolben von einem Quadratmeter Größe gerechnet sind das immerhin 10.000 Newton.

Die Leistung wirkt mit 100 W zwar gering, aber es sind 100 Watt hydraulische Leistung. Am Firmensitz in Lörrach gibt es einen Tiefbrunnen, aus dem aus 20 m Tiefe pro Stunde 1,5 Kubikmeter Wasser hochgepumpt werden. Die erste Solarpumpe dieser Art wird in Indien erprobt. Wenn man anstelle der Pumpe einen Generator anschließt, kann das System auch Elektrizität erzeugen. Das Unternehmen arbeitet inzwischen an einer Verdoppelung der Leistung.

Das später als Sunvention International GmbH firmierende Unternehmen von Jürgen Kleinwächter entwickelt im Laufe der nächsten Jahren außerdem zwei sogenannte SunPulse-Maschinen.

Der SunPulse Electric bildet das Kernstück eines dezentralen, autarken Energiesystems. Auch hier handelt es sich um einen innovativen Niedertemperatur-Stirling, der Wärme in mechanische und elektrische Energie wandelt und in Verbindung mit einem solaren Heißölsystem oder einem Heißwasserdruckgefäß Tag und Nacht Energie liefert der.

Im Preisvergleich soll diese solar-thermische Anlage etwa bei der Hälfte einer entsprechenden Photovoltaik-Batterie-Anlage liegen. Beide Maschinen werden viele Betriebsstunden lang getestet, unter anderem im solaren Testfeld in Tamera, Portugal.

Der SunPulse Water wiederum ist eine solare Wasserpumpe mit einem Niedertemperatur-Stirlingmotor für die dezentrale Wasserversorgung, kann Wasser aus Tiefen von bis über 100 m pumpen und ist besonders einfach zu bauen – auch vor Ort in Schwellen- und Entwicklungsländern.

Das System kann darüber hinaus auch als Antriebsaggregat in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B. dem Antrieb von Kornmühlen, Sägen, Pressen usw., Luftkompressoren für Druckluftspeicher zum Betrieb von Luftdruckwerkzeugen oder zur Sauerstoffanreicherung im Wasser.

Für die Zukunft wird an einer Weiterentwicklung der SunPulse-Maschinen gearbeitet. Bis Anfang 2012 will Sunvention einen neuartigen Stirlingmotor namens Y-Maschine entwickeln und als 5 kW Pilotmodell vorführbereit haben.

Eckhart Weber schaltet in den frühen 1990ern zusammen mit der Heizungsfirma Herrmann eine Werbekampagne in Spiegel und Stern, um die ‚grundsätzliche Reaktion des Marktes’ zu testen. In den ganzseitigen Anzeigen offeriert die Firma den Stirling-Motor bereits als Ergänzung zum eigenen Brennwertkessel.

Ich habe oben bereits eine dieser Anzeigen gezeigt (und aus kultur-linguistischen Gründen kritisiert, ansonsten finde ich sie nämlich toll). Obwohl das Produkt weder zu kaufen noch ausgereift war, stößt die Kampagne auf eine große Resonanz: Auf jedes der zwölf Motive gehen bei Herrmann rund 1.500 interessierte Zuschriften ein.

Anschließend dauert es aber noch einige Jahre, bis Weber und seine 2005 gegründete Firma Sunmachine Gesellschaft für Stirling-Technologien mbH in Nürnberg einen Parabolspiegel von 4 m Durchmesser entwickelt, der einen Stirling-Motor mit 2,5 kW elektrischer Leistung antreibt. Es werden drei Prototypen gebaut, und eigentlich sollen auch bald drei verschiedene Modulgrößen zwischen 1 und 4 kW elektrisch, und 2,5 und 10 kW thermisch zur Verfügung stehen, wobei die mittlere Größe mit 2,5 kW etwa 13.000 € kosten soll.

Die Firma entwickelt außerdem ein Mikro-BHKW mit Stirlingmotor, welches mit Holzpellets befeuert wird, nicht größer als ein Kühlschrank ist, und private Hausheizungen ersetzen oder ergänzen soll. In den Geräten werden die Holzpellets auf einem Keramikgitter bei 850°C verbrannt, und die kräftige Flamme auf den Erhitzerkopf des robusten Stirling-Motors gelenkt. Durch die Verwendung einer speziellen Brennertechnik (Upside-Down) soll dabei eine fast rückstandslose Verbrennung erreicht werden.

Verkauft werden soll das Gerät über die Sunmachine Vertriebsgesellschaft mbH in Kempten, die verspricht, daß die Anlage mindestens 80.000 Stunden störungsfrei läuft – was mehr als neun Jahren Dauerbetrieb entspricht. Später fusionieren die beiden Unternehmen zur Sunmachine GmbH. Von dem namengebenden Solarmodell ist jedoch nie wieder die Rede.

Etwas anders gelagert ist der Fall bei der solarbetriebenen Niedertemperatur-Stirling-Wasserpumpe, die 1994 unter dem Namen Sunwell bekannt wird und eigentlich  für Entwicklungsländer gedacht ist. Ihre Umsetzung geht auf Eckhart Weber und Karl Obermoser aus Monheim zurück, denen es gelingt, durch Anwendung eines erweiterten Freizylinderprinzips die ganze aufwendige Mechanik und die Notwendigkeit der ebenso aufwendigen und teuren Zug-Druckanker zu eliminieren.

Die Idee der flächigen Auslegung der Hauptbauteile führt die sinusförmige Verdrängerbewegung und den Regenerator als flächiges Bauteil ein, sowie gleichmäßig verteilte und den Regenerator durchdringende Zug-Druckanker, um die auf Deckel und Boden wirkenden Druckkräfte zu beherrschen. Dadurch sollen größere Maschineneinheiten ermöglicht und vertretbare Wirkungsgrade erreicht werden.

Ihr erster Prototyp ist ein 0,2 m² großer Solarmotor mit der Resonanz als Funktionsprinzip, der allerdings noch keine effiziente Kühlung besitzt und arbeitet deshalb nur mit einer Temperaturdifferenz von ungefähr 15°. Er startet bei einer Temperaturdifferenz von wenigen Grad selbständig und betreibt eine kleine Wasserpumpe. Die beiden Steine, die auf der abgebildeten Maschine liegen, dienten zur provisorischen Feinabstimmung der Resonanzfrequenz.

Das Besondere an diesem Flachplatten-Stirlingmotor ist die spezielle Auslegung der einzelnen Komponenten, durch die sich alle im Betrieb auf die Glasscheibe wirkenden Kräfte zu Null addieren, so daß die Glasscheibe im Betrieb völlig frei von Biegekräften bleibt. Diese enormen Kräfte von bis zu einer Tonne je Quadratmeter hatten die technische Anwendung des Flachplattenprinzips bisher weitgehend verhindert.

Das kommerzielle System Sunwell 50 mit einer Kollektorfläche von ca. 1 m² erzielt bei einer Mindesttemperaturdifferenz von rund 40° zwischen der sonnenbeschienenen Kollektorseite und dem kühleren Wasser eine mechanische Leistung von etwa 50 W, was ausreicht, um pro Tag 6.000 l Wasser aus ca. 7 m Tiefe zu fördern.

Über die Antriebswelle, die von dem flächigen Arbeitskolben in Rotation versetzt wird, lassen sich aber auch noch andere Aggregate verschiedenster Art betreiben, so daß der Sunwell-Stirling auch zur Trinkwassererzeugung aus Meer- und Brackwasser eingesetzt werden kann, zum Korn mahlen und vieles mehr.

Die etwa ab 2008 präsente Firma SUPERENGINE Gesellschaft für Resonanz- und Wirbelmaschinen mbH in Nürnberg, hinter der als Gründer ebenfalls Weber und Obermoser stehen, setzt sich die Aufgabe, zusammen mit Partnern Maschinen für verschiedene Anwendungsgebiete zu entwickeln, zu produzieren und zu vertreiben.

Neben Resonanzmaschinen, d.h. akustischen Stirlingmaschinen oder Kompressionswellenmotoren, bei denen Expansion und Kompression durch Schallwellen stattfinden, und die sehr hohe Leistungsdichten bis zu 1.000 kW pro Liter Hubraum versprechen, beschäftigt man sich auch mit Cryocoolern, Hybridantriebsaggregaten und Wirbelmaschinen.

Der von SUPERENGINE präsentierte Sonnenbrunnen sieht allerdings ziemlich anders aus als die bisherigen Prototypen, da die beide Elemente der heißen und der kalten Seite nun auch räumlich auf Distanz gehen. Ein flacher Verdrängerkolben schwingt im Kollektor 50 Mal pro Sekunde zwischen heißer und kalter Seite hin und her, und erzeugt so einen pulsierenden Druck, der über eine Membran die Wasserpumpe antreibt. Dabei sollen sich Verdrängerkolben, Membran und Wasserpumpe im Gleichtakt in perfekter Resonanz bewegen.

Leider scheint das SUNWELL-Projekt, bis auf einige Labor-Prototypen, bislang aber noch nicht weitergekommen zu sein.

Doch zurück zurück Sunmachine GmbH, die drei Finanzierungsrunden durchläuft. Das Startkapital 2005 bringt Ulrich Seitz auf, und ab Juni 2007 ist Dagobert Kotzur Hauptinvestor, der auch die Position des technischen Geschäftsführers übernimmt. Im Rahmen der dritten Investitionsrunde Ende 2007 engagiert sich die BayBG Bayerische Beteiligungsgesellschaft in Form einer stillen Beteiligung. Das Beteiligungskapital beträgt insgesamt 11,8 Mio. € und dient zum Erreichen der Serienreife für die Mini-BHKWs sowie zum Ausbau der Produktionskapazitäten.

Mit einem Beteiligungskapital in Höhe von 600.000 € im Dezember 2007 sowie einem weiteren nachrangigen Darlehen in Höhe von 1,4 Mio. € Anfang 2008 beteiligt sich auch die ABO Wind AG an der Sunmachine GmbH. Letzter Mehrheitseigner ist ein Schweizer Investor, der im Juli 2009 in das Unternehmen einsteigt.

Trotz dieser nicht unbeträchtlichen Mittel müssen die Interessenten lange Geduld haben – denn die Lieferung der Mikro-BHKWs mit Stirlingmotor beginnt erst im Juli 2008. Bei einer Leistung von 3 kW elektrisch und 10 kW thermisch wird nun ein Betrag 23.500 € für die mit Holzpellets betriebene Version fällig (ohne Puffer, Anbindung etc.). Zusammen mit einem 1.000 l Pufferspeicher, einem Pellets-Austragungssystem und einem Frischwassermodul erreicht der Preis rund 30.000 €. Auch ein mit Gas befeuertes Sytem für etwa 18.800 € ist geplant, kann aber nicht mehr umgesetzt werden.

Die Erfahrungen mit rund 400 ausgelieferten Pellet- Mikro-BHKWs zeigen in der Praxis recht schnell den nicht unbeträchtlichen Optimierungsbedarf der Anlage. Die notwendigen Service- und Wartungsintervalle sind wesentlich kürzer als erwartet. Im Oktober 2009 fährt Sunmachine daraufhin die Produktion stark zurück und richtet den Fokus auf der Zuverlässigkeit des Geräts. Da Sunmachine bislang auf drei Standorte verteilt ist (Hauptsitz in Wildpoldsried, Entwicklungszentrum in Nürnberg, Produktion in Kaufbeuren), wird Anfang 2010 die Zusammenlegung in Kempten beschlossen.

Im April 2010 teilt der Hauptgesellschafter, der die Finanzierung des Unternehmens mit über 22 Mio. € bestritten hat, daß er den Bedarf von weiteren 25 Mio. € bis zur eventuellen Marktreife des Produktes nicht mehr weiter finanzieren wird. Da es im Laufe eines halben Jahres nicht gelingt, einen Co-Investor zu finden, der die finanziellen Lasten mitträgt, wird die Gesellschaft zahlungsunfähig und muß einen Insolvenzantrag stellen.

Damit geraten aber auch die Besitzer der rund 400 ausgelieferten Sunmachine-BHKWs unter Druck, die beim Kauf eine Förderung des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) erhalten hatten. Da die Geräte inzwischen ausnahmslos still stehen, weil nahezu alle Erhitzerköpfe defekt sind, neben weiteren Problemen, die von der nicht richtig ausgelegten Kurbelwelle verursacht werden, sind die Voraussetzungen für eine Förderung im Nachhinein nicht mehr gegeben – worauf diese vom BAFA zurückgefordert wird.

Schlußendlich wird die Sunmachine GmbH inkl. aller Rechte und Patente für 900.000 € an die Firma Sachsen Stirling GmbH in Eppendorf verkauft . Eine Firma Homas Anlagentechnik GmbH, die demselben Eigentümer Göran Dähnert gehört, tritt als Fachhändler und Service- Partner auf.

Interessant ist, daß am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg im März 2011 ein Forschungsprojekt ,Zuverlässiger alpha-Stirlingmotor’ (ZuMo) startet, bei dem das Sunmachine-BHKW bis Ende 2013 zu einem lauffähigen und wesentlich zuverlässigeren Stirling-Motor weiterentwickelt werden soll. Die Forschungspartner des IWM sind die Sachsen Stirling GmbH, das Fraunhofer ICT mit seiner Projektgruppe Neue Antriebssysteme (NAS), die BK Bioenergie GmbH und der Verein zur Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung auf regenerativer Basis e.V., als Berater werden die die ehemaligen Motorenentwickler der Sunmachine GmbH eingeladen.

Der im März 2013 veröffentlichte 1. Zwischenbericht beklagt sich darüber, daß die Inbetriebnahme der Prüfstände am IWM und NAS durch Formalien immer wieder verzögert wurde, weshalb sich der aufgestellte Zeitplan als zu optimistisch erwies (die Genehmigung des Baurechtsamts wird erst im Februar 2013 erteilt!).

Um das Lauf- und Schwingungsverhalten des letzten Serienmotors (Motor 3) auszuwerten und später mit dem überarbeiteten Prototypen vergleichen zu können, liefert die Sachsen Stirling einen Prüfstand an die NAS, bei dem es sich um ein Sunmachine-BHKW handelt, welches auf das Wesentlichste reduziert wurde und eine elektrische Heizung des Erhitzerkopfs besitzt. Dieses Gerät soll nun im Sommer mit den Testläufen beginnen.

Im Zuge der Entwicklung werden verschiedene Bauteile des Stirling-Motors mit speziellen Beschichtungen versehen, außerdem wird ein einteiliger Erhitzerkopf entwickelt, der sich seit Oktober 2012 auf einer Maschine des Vereins erfolgreich im Test befindet. Als nächstes ist der Aufbau eines pelletbefeuerten Versuchskraftwerks vorgesehen.

In dem Bericht wird betont, daß man Interesse an externen Erfahrungs- und Entwicklungsberichten sowie Ideen und Vorschlägen hat, die dabei helfen können, die Entwicklung der gesamten Sunmachine abzuschließen und deren erneute Markteinführung als Sunmachine II vorzubereiten. 

Im November 2005 wird darüber berichtet, daß am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Kalifornien unter Verschluß an einem neuen Konzept gearbeitet wird, bei dem ein Flugkörper von einem Stirling-Motor angetrieben werden soll, da die Forscher denken, daß sich diese Technologie ideal für den Einsatz in einem Solarflugzeug eignet, das in der Nacht mit gespeicherter Energie fliegen muß.

Statt der Verwendung von Solarzellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln und diesen in Akkus speichern, soll das neue Flugzeug eine thermische Batterie an Bord haben, welche die Wärme zum Antrieb seines Stirling-Motors speichert.

Dabei soll das Sonnenlicht im Laufe des Tages verwendet werden, um eine Mischung aus Lithium und Lithiumhydrid zu erwärmen, indem ein beweglicher Tracker-Parabolspiegel die Sonnenstrahlen stets auf den Wärmespeicher konzentriert. Und während die Strahlen der Sonne die Wärme für das Arbeitsgas des Motors liefern, bietet die umgebende kalte Luft außerhalb des Flugzeugs den idealen Kältepol. Das bereits 2004 von der University of California in Oakland angemeldete Patent ,Solar thermal aircraft’ wird im September 2007 erteilt (US-Nr. 7.270.295), als Erfinder wird ein Charles L. Bennett aus Livermore genannt.

Die Lawrence Livermore National Security LLC wiederum meldet 2009 das inhaltlich parallele Patent über ein solarthermisches Flugzeug an, das von einem hybriden Rankline-Brayton-Motor angetrieben wird, einer weiteren Stirling-Motor-Variante (US-Nr. 8.132.412, erteilt 2012). Von Versuchen oder Umsetzungen ist bisher nichts zu sehen.

Im Januar 2006 wird in Berlin im Rahmen des Clean Energy Power Kongresses auch der 1. Deutsche Stirlingkongreß abgehalten.

Das Familienunternehmen Cool Energy Inc. wird im März 2006 aus Boulder, Colorado, gegründet – nachdem während einer weihnachtlichen Brainstorming-Sitzung der Familie Weaver die Vision aufgetaucht war, wirtschaftlich saubere Energie aus reichlich vorhandenen Quellen erzeugen zu müssen. Bereits im Jahr zuvor hatten Mitglieder der Familie die Firma Proton Power Inc. ins Leben gerufen, die sich mit der Nutzung von Biomasse zur preiswerten Herstellung von Wasserstoff beschäftigt.

Mit der SolarHeart Engine, die Niedertemperatur-Wärme (100°C – 300°C) in Strom umwandelt, entwickelt Cool Energy nun einen innovativen und zukunftsweisenden Stirling-Motor, der anfänglich zur Stromerzeugung in Häusern und kleinen Gebäuden unter Verwendung der thermischen Solarenergie gedacht ist. Das geplante und SolarFlow genannte komplette Solarwärme- und Kraft-Wärme-Kopplungs-System für den Heimbedarf sieht neben einem 3 kW Stirling-Motor/Generators den Einsatz von Vakuumröhren-Solarkollektoren und Wärmespeichern für Warmwasserbereitung und Raumheizung vor.

Die Firma rechnet damit, daß das Solarflow-System 80 % des Heiz-, und 60 % des Strombedarfs decken kann, und dazu das gesamte benötigte Warmwasser liefert. Optimiert für die Nutzung von Heizöl oder Propangas, soll das System in kälteren Klimazonen die Energiekosten um bis zu 75 % senken. Zwar erreicht der zweite Prototyp nur einen Wirkungsgrad von 10 %, man hofft aber, daß schon das nächste Labormodell 20 % schafft.

Mitte 2009 arbeiten die Ingenieure bei Cool Energy bereits am dritten Prototypen, der die gewünschten Wirkungsgradziele bis Ende des Sommers erreichen soll. Danach will man ein Pilotsystem außerhalb des Labors aufbauen und ausführlich testen.

Die Firma hat gute Verbindungen, denn die schon ab der Gründung fließenden Fördermittel steigen in dieser Zeit von 25.000 $ aus dem Energie-Büro des Gouverneurs von Colorado auf bis zu 1 Mio. $ vom DOE. Weitere Geldgeber sind die US National Science Foundation, die Environmental Protection Agency und das Idealab.

Im Oktober 2009 wird die Fertigstellung der dritten Stirling-Motor-Plattform vermeldet, die auf Anhieb 600 W elektrischer Leistung produziert – was nach kurzer Zeit auf knapp 1 kW gesteigert werden kann. Als nächstes sind Versuche mit einem Arbeitsfluid für höhere Temperaturen vorgesehen, um auf 1,5 kW zu kommen. Außerdem hat Cool Energy zwischenzeitlich entdeckt, daß es auch im Bereich der Wärmerückgewinnung einen sehr großen Bedarf gibt, weshalb nun auch an einem 20 kW System gearbeitet wird, das bis Ende 2014 marktreif gemacht werden soll.

Doch ebenso wie bei anderen Firmen, geht es auch hier nicht so schnell wie erhofft, und das erste Solarflow-System kann erst im Januar 2011 installiert werden. Im Juni folgt ein Partnerschaftsvertrag mit dem Idealab, der eine erhebliche Beteiligung beinhaltet und Cool Energy in das Firmennetzwerk von Idealab einbindet.

Nachdem das Solarflow-System im September endlich seinen Versuchsbetrieb aufnehmen kann, vermeldet Cool Energy im Dezember 2011 die Auslieferung der ersten beiden SolarHeart P3 Stirling-Motoren an Kunden in Europa, um diese vor Ort zu testen, wobei eine der Einheiten mit einem thermischen Solar-Konzentrator-System auf Malta verbunden werden soll.

Danach gibt es eine mehrjährige Sendepause, bis sich die Firma im April 2014 zurückmeldet, als es durch das Non-Profit B-Lab auf die Liste der 84 Unternehmen mit den meisten positiven Auswirkungen auf die Umwelt gesetzt wird. Über technische oder kommerzielle Fortschritte ist dagegen bislang nichts zu hören.

Über den SunCone-Stirling, mit dem sich Ende 2006 die beiden Unternehmen Open Energy Corp. und Infinia Corp. beschäftigen, habe ich bereits im Kapitel Optimierungs- und Verstärkungstechniken berichtet (s.d.).

Etwa ab 2006 arbeiten die Professoren Bancha Kongtragool und Somchai Wongwises am Fluid Mechanics, Thermal Engineering and Multiphase Flow Research Lab (FUTURE) der King Mongkut’s University of Technology Thonburi im Süden von Bangkok, Thailand, an Stirling-Motoren. Es werden mindestens zwei Prototypen hergestellt: ein Verdränger-2-Kolben-Motor, der mit Luft bei Atmosphärendruck und einer Temperaturdifferenz von über 200°C arbeitet, sowie ein ähnlicher 4-Zylinder-Motor, die beide auch für den Betrieb mit Solarenergie geeignet sein sollen.

Etwas unklar ist der Fall der 2006 gegründeten norwegischen Firma Single-Phase Power AS (SPP) aus Asker, die einerseits als ein weiteres Unternehmen gelistet wird, das ein auf Stirlingmotoren basierendes Energierecycling praktiziert und dabei von Energy Future Invest AS, Midvest Fondene und Joma Næringspark finanziert wird – während andererseits auf der Homepage der Firma das Wort Stirling nur in Verbindung mit den Firmengründer Arne Høeg vorkommt, der zwischen 1998 und 2000 bei der Sigma Elektroteknisk AS für die Entwicklung eines Stirlingmotors für Mikro-KWK verantwortlich war.

SPP spricht statt dessen nur von industriellen Wärmepumpen, die Hochtemperatur-Wärme (wie Dampf) für Fabriken und die Lebensmittelindustrie zu erzeugen, sowie von Abwärme-Energieerzeugungssystemen, welche aber alle auf den gleichen Komponenten basieren, die mehr als 10.000 Betriebsstunden Lebensdauer haben sollen. Was ganz nach einem Stirling klingt. Forschung und Produktion erfolgen in Røyrvik.

Schon 2007 wird in der Abfallverbrennungsanlage Hurum Energigjenvinning der erste Prototyp installiert, der als Wärmequelle Dampf bei 180°C verwendet. 2009 erfolgt die erneute Installation des Prototyp, diesmal im Sägewerk Moelven Eidsvold Værk in Eidvoll, wo für den Motor überschüssiger Dampf bei etwa 100ºC verwendet wird. In beiden Fällen geht es darum, die verschiedenen Motor-Komponenten ausgiebig zu testen.

Die erste kommerzielle Installation der Wärmepumpe (SPP 4-106A) erfolgt im Jahr 2011 bei der Molkerei TINE Meieriet Byrkjelo im gleichnamigen Ort, Norwegens größtem Hersteller, Vertreiber und Exporteur von Milchprodukten. Das System wird verwendet, um Wasser für die verschiedenen Milch-Prozesse zu erwärmen bzw. Eis-Wasser für die Kühlung in der Molkerei bereitzustellen. Eine zweite Wärmepumpe (SPP 4-106B) wird im Sommer 2012 in der Molkerei TINE Meieriet Frya in Ringebu installiert, weitere Nachrichten gibt es noch nicht.

Seit 2007 engagiert sich IK4-TEKNIKER, ein spanisches Technologiezentrum in Eibar, das rechtlich als private Non-Profit-Stiftung konstituiert ist und die Innovationsfähigkeit der Industrie erhöhen will, auch in Forschungstätigkeiten im Zusammenhang mit der Stirling-Technologie. Beispielsweise durch die Beteiligung an dem Projekt ConSOLI+Da innerhalb des CENIT-Programms (National Strategic Consortia for Technical Research), bei dem IK4-TEKNIKER für einen Großteil der Entwicklung und Herstellung eines Solarstirlingmotor-Prototyps mit einer Leistung von 10 kWe verantwortlich ist.

Daneben erfolgt auch eine aktive Zusammenarbeit mit der Universität von Oviedo, deren Institut für Physik umfangreiche Erfahrungen in der Stirling-Motor-Theorie besitzt. Ebenso erfolgt eine Zusammenarbeit mit dem Centre for the Development of Renewable Energies (CEDER), für das IK4-TEKNIKER einen Prüfstand für Stirling-Motoren entwickelt, auf dem verschiedene Steuerstrategien für Motoren dieser Art charakterisiert und geprüft werden – was auch einen neuen Reparatur-Service für Stirlings umfaßt, der mit Beginn des Jahres 2014 gegenüber dritten Seiten angeboten wird.

Auch die Promotionsarbeit ,Desarrollo de Motores Stirling para Aplicaciones Solares’ von David García Menéndez (University of Oviedo, 2013) basiert auf einer Zusammenarbeit mit dem Technologiezentrum und dem CEDER, wobei einige Elemente, die in Verbindung mit dem ConSOLI+Da Projekt zusammenhängen, das unter der Leitung der Firma Abengoa Solar New Technologies forgeführt wird, bis 2016 einer Vertraulichkeitsvereinbarung unterliegen.

Immerhin kann Menéndez, der augenscheinlich auch schon eine eigene Firma namens Impulso Industrial Alternativo S.A. gegründet hat, schon im Juli 2013 ein spanisches Patent beantragen (Nr. 201331096, Motor Stirling de Bajo Salto Térmico).

Die 2007 gegründete PRECER AB in Karlstad, Schweden, kommt im darauf folgenden Jahr in die Presse, als sie mit dem Bioracer ein Hybrid-Fahrzeug vorstellt, desen Antriebsstrang aus einem Pelletbrenner besteht, der als Wärmequelle für einen Stirling-Motor-Generator dient.

Der  Der Stirlingmotor lädt die Traktionsbatterien, die wiederum den 16 PS starken Elektromotor des rund 400 kg schweren Off-Road-Fahrzeug versorgt. Dabei verbraucht der Stirling etwa 1 kg Holzpellets, um ausreichend Strom für eine Fahrstrecke von 10 km zu liefern.

Die Entwicklung der neuen Fahrzeugtechnik und KWK-Initiative basiert auf einer Zusammenarbeit zwischen lokalen und internationalen Akteuren mitsamt der Karlstad University.

Später scheint sich Precer AB (auch als Precer Group unterwegs) von dr Stirling-Technologie aber wieder anzuwenden, denn in den Folgejahren beschäftigt man sich nur noch mit der Umrüstung von Fahrzeugen auf Biokraftstoff, wozu die Tochtergesellschaft Precer Autotech Innovation AB gegründet wird. Über sonstige Umsetzungen ist nicht zu finden.

Anfang 2008 stellt die taiwanesische Firma Micro Star International (MSI) auf der CeBIT in Hannover einen winzigen Stirlingmotor namens Air Power Cooler vor, der zur direkten Kühlung von CPUs gedacht ist.

Die Abwärme des Chips treibt einen Ventilator an, dessen Luft wiederum durch die Kühllamellen einer ‚heatpipe’ streicht.

Dabei sollen rund 70 % der Hitze in Bewegungsenergie umgewandelt werden, zusätzliche Elektroenergie sei nicht erf

Die 2008 (?) gegründete dänische Firma Stirling.dk ApS (Stirling DK) aus Lynby will mit Investitionskapital von EGJ Development Ltd, Startkapital und Vaekstfonden seine Stirling-Motoren auf den Weltmarkt bringen, deren Technologie seit fast 20 Jahren an der Technischen Universität von Dänemark (DTU) erforscht und weiterentwickelt wird, insbesondere durch Prof. Henrik Carlsen, der nun auch im Vorstand der Firma sitzt.

Das  Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt CO₂-neutrale Stirling-KWK-Anlagen, die mit Biomasse in Form von Stroh, Hackschnitzeln oder Holzpellets befeuert werden. Angeboten werden ein  4-Zylinder Stirlingmotor SD4E mit einer nominalen Leistung von 35 kWe und 90 kWt, dessen Zylinder in einem Quadrat angeordnet sind und Helium als Arbeitsgas verwenden, sowie einen 8-Zylinder-Motor SD8E mit 75 kWe und 190 kWt, der im Grunde aus zwei, auf der gleichen Welle mit dem Generator verbundenen SD4E besteht. Durch den modularen Aufbau können aber auch elektrische Leistungen von bis zu 300 kW erzeugt werden.

Als die Stirling DK im Jahr 2009 nach Mitteln zur Finanzierung ihres Gangs auf den europäischen Markt sucht, hilft ihr die ETEQ Venture dabei – und im September 2010 erhält das Unternehmen 8,8 Mio. DKK von Fornyelsesfonden, um einen 140 kWe 4-Motorsystem für verschiedene Märkte und Szenarien zu testen und zu optimieren.

In Partnerschaft mit den Firmen Siemens Building Technologies aus Zug, Schweiz, deren Büro in Leipzig, sowie der WUDAG - Westsächsische Umweltdienste AG aus Burgstädt, Deutschland, erfolgt im Mai 2010 die Inbetriebnahme der Stirling-Technologie in einer kommunalen Kläranlage im sächsischen Niederfrohna, wo anaerob gewonnenes Klärgas in dem Stirling-BHKW in Strom und Wärme umgewandelt wird. Im August 2011 wird die WUDAG zum offiziellen Vertriebspartner der Stirling DK in Deutschland.

Auch das erste System mit vier Motoren in Kaskadenschaltung wird in Deutschland installiert. Im Dezember 2011 geht in der Gemeinde Tabartz in Thüringen die bislang weltweit größte Stirling-KWK Anlage in Betrieb, die mit Holzhackgut betrieben wird. Sie versorgt das Kneipp- und Wellness-Ressort Tabbs, dessen Eigentümerin die Stadt. Die vier Motoren sollen zusammen im Jahr rund 4.000 MWh Wärme und 1.000 MWh Strom erbringen.

Zwei weitere Vier-Motor-Anlagen werden zu diesem Zeitpunkt von einem lokalen Partner in Großbritannien installiert, wo sie die Grundlast-Heizung, die Kühlung und Strom für zwei Einzelhandelszentren erzeugen sollen. Und auch in Dänemark selbst soll schon eine Anlage laufen.

Im März 2012 geht  die erste Installation in Großbritannien in Betrieb, die auf der Isle of Wight einen Waitrose-Supermarkt mittels Holzspänen fast vollständig energieautark macht. Das System, das jeden Monat rund 175 t Biomasse ,frißt’, liefert Wärme (560 kW), Kühle (300 kW) und Strom (140 kW). Eine zweite ähnliche Anlage, die ebenfalls in Partnerschaft mit der Mitie (Management Incentive Through Investment Equity) realisiert wird, soll bereits im Mai in einem anderen Waitrose-Supermarkt in Bracknell starten.

Im  Juni sichert sich die StirlingDK in einer neuen internen Kapitalbeschaffungsrunde weitere 4 Mio. € (30 Mio. DKK) von ihren Hauptgesellschaftern Vækstfonden und EnergiMidt aus Dänemark, sowie der RWE Innogy Ventures aus Deutschland, die 30 % der Unternehmensanteile hält.

Stirling DK verfolgt eine langsame Markteinführung, um Erfahrungen aus den laufenden Anlagen in die neuen Projekte einfließen zu lassen, muß aber trotzdem aus nicht geklärten Gründen im März 2013 Konkurs anmelden. Und das war es dann...

Die schwedische Firma Ripasso Energi AB in Malmö wird 2008 gegründet. Grundlage des Unternehmens sind die Exklusivrechte an der von Kockums im Laufe von fast fünfzig Jahren entwickelten Stirling-Technologie, die von dieser Firma ausschließlich für militärische U-Boote umgesetzt wird.

Ripasso hat eine Lizenzvereinbarung, um die Kockums-Technologie bzw. die daraus entstandenen Motoren für zivilen Anwendungen herzustellen und auf dem Weltmarkt zu vertreiben. Dabei konzentriert man sich auf die Entwicklung und Fertigung von Stirling-basierten Concentrating Solar Power (CSP)-Systemen.

Kockums bleibt auch weiterhin ein wichtiger Partner für Ripasso, da es bis heute das einzige Unternehmen ist, das kontinuierlich und erfolgreich Stirlingmotoren mit einer Leistung von mehr als 10 kW kommerzialisiert hat. Auch personell bleiben Verflechtungen bestehen, so ist beispielsweise der CEO von Ripasso, Gunnar Larsson, ehemaliger CEO der Kockums.

Im Jahr 2009 gelingt es Ripasso, sich die Finanzierung für die Vermarktung des CSP-System und seine Einführung auf dem Weltmarkt zu sichern, wobei die private Investmentgesellschaft Ahlström Capital OY aus Finnland der dominierende Investor und damit Haupteigentümer der Ripasso Energi ist. Zum Zweck der Herstellung wird als strategischer Partner das schwedische Unternehmen Sibbhultsverken AB ausgewählt.

Anfang 2010 meldet die Presse, daß Ripasso nun in einem alten Getriebe-Werk von Scania in Sibbhult (Skånemit) mit der Massenproduktion der solarbetriebenen 25 kW Stirling-Motoren von Kockums starten wird. Schlüsselfigur in diesem Projekt ist Lars Larsson, auf den die Pläne zurückgehen, die in etwa zwei Jahren die ersten Früchte tragen sollen.

Das Unternehmen hat das Dish/Stirling-Konzept zu einem kostengünstigen und modularen System mit automatischer Sonnen-Nachführung zur Erzeugung von 2 x 30 kW Dreiphasen-Wechselstrom weiterentwickelt. Die einzelnen Module aus jeweils 2 Dishs sind nicht abhängig von großen, zentralen Kraftanlagen, sondern können von Anfang an individuell Strom erzeugen und dann nach und nach zu größeren CSP-Kraftwerken mit Hunderten von Kilowatt kombiniert werden.

Ab 2011 wird das Design in Antalaya, Türkei, getestet – und anschließend das erste kommerzielle Kraftwerk für die 2009 gegründete südafrikanische Gesellschaft GHG Reductions in Upington gebaut, wo eine der weltweit höchsten Sonneneinstrahlung gemessen wird (2.800 – 3.000 kWh/m² und Jahr).

Tatsächlich werden dort im November 2012 die ersten Einheiten in Betrieb genommen, die auf Anhieb einen neuen Solar-zu-Strom Effizienzweltrekord von 32 % für einen 30 kW Wandler erzielen – bei einer Umgebungstemperatur von über 28°C, was die einzigartigen Eigenschaften der Dish/Stirling-Technologie von Ripasso vor allem im trockenen und heißen Klima des sogenannten Sonnengürtels belegt.

Auch die finnische Firma Ekogen OY aus Lappeenranta, ein etwa 2009 (?) gegründetes Spin-off der Lappeenranta University of Technology (LUT), will EkoCHP Micro Power Plants und einer Leistung von 1 – 1.000 kW an dem Mann bringen, die mit Stirling-Motoren ausgestattet sind, welche Laufe von mehreren Jahren an der LTU entwickelt worden waren. Das genaue Gründungsdatum des Unternehmens konnte ich bislang noch nicht herausfinden.

Nachdem im September 2010 ein von Tekes, der finnischen Finanzierungsagentur für Innovation, geförderter zweijähriger Testlauf startet, gewährt Tekes im Januar 2011 die Mittel zur Finanzierung des Baus einer Ekogen BioStirling Micro Power Plant als kleines Demomstrations-Kraftwerk, das 100 kW Strom und 300 kW thermische Leistung erzeugen soll.

In der Testphase, die Anfang 2012 beginnt, werden als Brennstoff zunächst Pellets verwendet, die zu einem späteren Zeitpunkt durch Hackschnitzel ersetzt werden sollen. Als Alternative zu dem Stirling-Motor arbeitet Ekogen auch mit Mikroturbinen der Firma Ansaldo Energia in Italien, die als größter Produzent von Mikroturbinen in Europa gilt.

Versuche in einer realen Umgebung mit Anschluß an das Strom- und Fernwärmenetz beginnen im November 2012 in der Gemeinde Taipalsaari im Osten des Landes. Im Oktober 2013 stellt Ekogen den ersten internationalen Patentantrag (WO 2014064334), ansonsten gibt es noch keine Neuigkeiten.

Peter Lynn bastelt zwischen 2009 und 2011 an Stirling-Antrieben für Boote.

Unter den verschiedenen, damals entstandenen Modellen, habe ich die Maschine LSM-12 ausgewählt, die im November 2011 an Bord der Piwakawaka installiert wird und diese sehr erfolgreich vorantreibt.

Im März 2012 wird die Anlage durch das verfeinerte und kompaktere Motor LSM14 ersetzt.

Die United Sun Systems International Ltd. (USSI) wird im September 2010 mit dem Ziel gegründet, den globalen Markt mit der optimalen Dish/Stirling-Lösung zu beliefern. Es handelt sich um eine britische Gesellschaft mit beschränkter Haftung, die ihren Hauptsitz in Göteborg, Schweden, hat, nebst einer Niederlassung in London.

Die Umsetzung des Zieles erfolgt durch die Vereinigung der besten bestehenden Stirling- und Solar-Dish Technologie-Unternehmen auf dem Markt. So kauft die USSI beispielsweise im Jahr 2011 die Lizenz für den ihrer Meinung nach besten Stirling-Motor auf dem Markt, den V4-90 Motor, der mit rund 100 kg nur etwa die Hälfte des Gewichtes der Motoren von Mitbewerber hat, und der dazu eine Umwandlungsrate von etwa 32 % aufweist.

Bei dem Motor handelt es sich nach meinen Recherchen um den im Laufe von mehr als 20 Jahren entwickelten Stirling der Firma Stirling Energy Systems (SES), die 2011 in Konkurs gehen mußte (s.o.).

Außerdem bildet USSI die European Dish Stirling Initiative (EUSDI), um der zukünftigen Nachfrage nach der firmeneigenen Technologie auf dem europäischen und nordafrikanischen Markt zu entsprechen.

Im Frühjahr 2012 kauft die Firma, in einem Joint Venture mit einem chinesisch-amerikanischem Unternehmen, den größten bislang gebauten Dish/Stirling-Solarpark, den Maricopa Solar in Arizona. Der Kauf bringt dem Gemeinschaftsunternehmen die Vermögenswerte von 60 kompletten Dish/Stirling-Einheiten mit jeweils 25 kW, Test- und Leistungsdaten, sowie ein einzigartiges Ausrichtungssystem für die Dish-Receiver. Die dort installierten SunCatcher-Systeme stammen ebenfalls von der SES.

Es gibt zwar noch die Meldung, daß die USSI über ihren chinesischen Partner SolarVersal Versorgungsverträge mit vier chinesischen Energieversorgungsunternehmen über insgesamt 650 MW abgeschlossen hätte – doch sonst ist nichts über die Firma zu finden, die sich überhaupt auffällig bedeckt hält.

Der bislang weltweit kleinste Stirlingmotor kommt Ende 2011 in die Presse, als es den Forschern Clemens Bechinger und Valentin Blickle vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme und der Universität Stuttgart gelingt, das Prinzip im Mikromaßstab nachzubauen.

Während im originalen Stirlingmotor ein mit Gas gefüllter Zylinder in regelmäßigen Abständen erhitzt und abgekühlt wird, wodurch sich das Gas ausdehnt und wieder zusammenzieht, was einen Kolben bewegt, ersetzt bei dem Mini-Motor ein rund 3 µm großes, in Wasser schwimmendes Kunststoffkügelchen das Gas, und die nötige Hitze liefert ein Laser.

Im Zusammenspiel mit einem zweiten Laserstrahl zeigt sich die mechanische Arbeit, die allerdings noch nicht praktisch genutzt werden kann.

Im April 2013 können sich die Epiphany Labs, Initiatoren des onE Puck, über ihre gelungene Kickstarter-Kampagne freuen, bei der 1.175 Unterstützer knapp 133.000 $ zusammenbringen, um die Entwicklung zu finanzieren. Was spürbar mehr ist, als die eigentlich erhofften 100.000 $.

Das Kleingerät soll mit der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrischen Strom Smartphones u.ä. aufladen, wobei es den Entwicklern zufolge wie ein Stirlingmotor funktioniert. Dies hieße aber, daß es hierfür im Inneren des One Puck eine Wärmekraftmaschine mit einem abgeschlossenen Gas geben müßte. Leider geizt Epiphany mit technischen Details.

Die Kommentatoren in den Blogs gehen deshalb davon aus, daß es sich wahrscheinlich um ein thermoelektrisches Gerät handelt, das auf dem Seebeck-Effekt basiert. Und daß der Begriff Stirlingmotor aus rein Marketing-technischen Gründen Eingang in die Präsentation fand. Man darf also gespannt sein, wann die Teile ausgeliefert und näher inspiziert werden können.

Das Schwesterunternehmen Epiphany Solar Water Systems arbeitet übrigens seit 2005 an der Entwicklung einer einfachen und kostengünstigen Methode zur Destillation von Wasser mit konzentrierter Solarenergie. Mehr über diese Technologie gibt es in dem entsprechenden Unterkapitel zur solaren Wasseraufbereitung.

Eine ausgesprochen detaillierte Darstellung der Entwicklung und des Prototypenbaus eines 2 x doppelt wirkenden Stirlingmotors STMOT21  hat Dipl.-Ing. Peter Fette aus Walzbachtal veröffentlicht.

Dort gibt es sogar ein kurzes Video der arbeitenden Maschine zu sehen.

Ich hatte noch auf die zeitlichen Details dieser Entwicklung gehofft, um sie hier nachzutragen, doch auch Herr Fette ist wohl jemand, der sich mit zu vielen Dingen auf einmal beschäftigt - sodaß er weder auf eMails reagiert, noch am Telefon sinnvolle und nachvollziehbare Informationen übermittelt, was ausgesprochen schade ist. Und weitergeommen ist er mit seinem System bislang auch noch nicht.

Zum Abschluß noch einige Hinweise:

Der wohl einfachste Stirlingmotor, mit dem das Prinzip der Heißluftmaschinen sehr anschaulich dargestellt wird, ist der sogenannte Murmelmotor von Wilfried Schlagenhauf. Ich habe dessen Seite hier verlinkt, damit man die Gelegenheit hat, das System kennenzulernen und ggf. nachzubauen - was beispielsweise für den Unterricht eine ideale Methode darstellt, die Grundfunktion eines Stirlings kennenzulernen.

Interessante, schön gearbeitete und auch sehr unterschiedliche Stirling-Modelle werden inzwischen weltweit hergestellt und auch von verschiedenen Technik-Versandhäusern angeboten.

Die meisten werden mit kleinen Spiritus-Brennern betrieben - und erinnern damit ein wenig an die früheren Dampfmaschinenmodelle.

Besonders beeindruckend finde ich jedoch die sogenannten Kaffeetassen- oder Handflächen-Stirling-Motoren, denn diese lassen sich durch die Wärme eines Getränks betreiben ... oder sogar nur durch die Wärmedifferenz zwischen der Handfläche und der Umgebungsluft.

Diese Handflächen-Stirlings, Großenkel des von Jim Senft entwickelten Urmodells (s.o.), laufen interessanterweise auch rückwärts, wenn man sie auf eine Eisfläche stellt, was sogar ich persönlich bestätigen kann, da ich stolzer Besitzer eines entsprechenden Modells der Firma Böhm Stirling-Technik e.K. aus Neustadt/Aisch bin.

Diese Teile beweisen nachdrücklich, daß sich auch geringste Wärmeunterschiede in Arbeit umwandeln lassen - und daß es keineswegs immer nur der immens hohen Verbrennungstemperaturen bedarf, wie sie in unserer technischen Welt weit verbreitet im Einsatz sind.

Bevor wir abschließend zu den Grenzen der Solarenergienutzung kommen, möchte ich noch einige weitere Formen der hochthermischen Nutzung aufführen.

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