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Oben oder unten? Die Mobilität von morgen – Teil 2

Foto: Daan Roosegaarde and Heijmans Infrastructure

Während Siemens sich u. a. auf das Laden von Hybrid-Lkws via Oberleitungen fokussiert, arbeiten viele Autohersteller wie Volvo, Mercedes und BMW, letzterer sogar in Kooperation mit Siemens, an der Induktionstechnik – sprich dem kontaktlosen „Betanken“ von Elektro-Fahrzeugen von unten. Ähnlich wie bei den eHighways monieren die Kritiker die hohen Ausbaukosten und rechnen vor, dass bei einem Straßennetz von 300.000 km Länge in Deutschland ein utopisches Jahrhundertprojekt notwendig wäre. Aber braucht es tatsächlich einen Straßenaufriss in diesem Ausmaß? Wie haben uns die Technik und ihre Weiterentwicklung dahinter mal etwas genauer angesehen…

Die induktive Energieübertragung funktioniert via Magnetspulen in der Straße. Durch Bewegung eines elektrischen Leiters im Magnetfeld oder durch Änderung des von einem Leiter umschlossenen Magnetfeldes wird eine elektrische Spannung und damit ein Stromfluss erzeugt. Das geschieht mithilfe einer Ladeplatte im Fahrzeug. Die elektrische Energie wird so dank des magnetischen Feldes berührungslos übertragen und in der Batterie des Elektro-Fahrzeugs gespeichert. Das Prinzip als solches ist nicht ganz neu – so kommt Induktion bereits beim Kochen oder im steckerlosen Laden von bspw. Mobilgeräten zum Einsatz. Der Vorteil bei diesen Einsatzgebieten ist das stille Verharren eines Gegenstandes an Ort und Stelle und damit sind wir bereits bei der größten Herausforderung für die E-Mobilität: die Bewegung. Damit das wechselnde Magnetfeld in der Empfängerspule Strom erzeugt, muss die Frequenz beider Spulen genau aufeinander abgestimmt sein. Ändern sich Entfernung oder Winkel, lässt die Ladeleistung sofort nach oder reißt sogar ganz ab. Damit wären wir theoretisch wieder bei langen Ladezeiten und schweren Batterien, die zwei der Gründe dafür sind, dass die E-Mobilität noch nicht wirklich Fahrt aufnimmt. Oder man macht sich wirklich die Mühe, über 300.000 km lange Induktionsschleifen zu verlegen.

Wo wir stehen

Induktiv zu laden bedeutet vorerst Stillstand. Und es gibt erstaunlich viele Gelegenheiten, während der Fahrt zum Stillstand zu kommen. An Bushaltestellen für den ÖPNV, an Ampeln oder im Stau im Individualverkehr. Laut Experten müssten nur ca. 30.000 Kilometer nach und nach mit der Induktionstechnik ausgerüstet werden, um ca. 90 Prozent des gesamten Verkehrsaufkommens abzudecken. Statt sich längs auszurichten würden die Induktionsspulen quer verlegt, das spart ebenfalls Strecke. In Städten wie Mainz oder Braunschweig wurden einige Buslinien bereits mit der neuen Technik ausgestattet und laufen erfolgreich im Alltagsbetrieb. An jeder Haltestelle tanken die Linienbusse via Schnellladesystem neue Energie für die Weiterfahrt.
Viele Ampelsysteme laufen bereits über Induktion für eine an den Verkehrsfluss angepasste Schaltung. So registrieren Induktionsschleifen, ob ein Auto vor einer Kreuzung anhält und die Ampel sich umschalten muss. An eben solchen Kreuzungen oder stark frequentierten Straßenabschnitten mit hoher Staugefahr ließe sich die Induktionstechnik mit heutigem Entwicklungsstand bereits erfolgreich einsetzen und zu einer Entlastung von Ladesäulen oder zur Kompensation derer Ausbaudefizite beitragen.

Wohin wir fahren

An der Stanford University will man sich mit diesen „Beschränkungen“ nicht zufrieden geben. Ein Team rund um den Forscher Shanhui Fan entwickelt eine neue Generation von Ladespulen, die die Frequenz des Magnetfeldes automatisch an die Entfernung der Empfängerspule anpasst. Erste Erfolge konnten sie bereits feiern. Bei einem Prototyp gelang ihnen die konstante drahtlose Energieübertragung an eine LED, die sich an der Ladespule vorbei bewegte. Dabei wurde zwar nur ein Milliwatt Energie konstant übertragen, aber die Forscher sind zuversichtlich: Bessere, maßgeschneiderte Bauteile ließen schon jetzt die Übertragungseffizienz um das 300-Fache erhöhen.
Damit scheint die schier endlose Reichweite eines Elektroautos wesentlich zukunftsnäher als viele annehmen. Die Energie für die im Asphalt eingelassen Induktionsspulen könnten Solarzellen auf der Straßenoberfläche (ja, auch das gibt es bereits) oder neben der Straßen generieren.

Wie es scheint, wird unsere Mobilität künftig nicht nur gänzlich auf fossile Brennstoffe verzichten können, sondern sogar emissionsfrei werden. Ob der notwendige Strom nun von unten über Induktion oder oben über Oberleitungen kommt, scheint noch nicht ganz entschieden. Was aber jedem einleuchtet ist, dass ohne den Ausbau der regenerativen Energien beide Techniken nur ein aberwitziger Tausch von Pest und Cholera wäre.

 

Foto: Daan Roosegaarde and Heijmans Infrastructure.

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