Wie man aus seiner Umgebung Energie erntet / Das Zeitalter des Homo electricus und das System Neutrino Energie / "Zeit für den perfekten Strom"
(ots) - Im Zeitalters des Homo electricus ist das Leben
ohne Nutzung elektrischer Energie nicht mehr vorstellbar. Nun
arbeiten Wissenschaftler an einer Technologie, die die
Energieversorgung der Erde revolutionieren wird: an Neutrino Energy
Harvesting Systemen, die herkömmliche Akkus eines Tages komplett
ersetzen werden. Sie werden in der Lage sein, jedes Elektrogerät zu
versorgen. "Mit Neutrino Energie - denn es ist Zeit für den perfekten
Strom", betont Holger Thorsten Schubart, CEO der Neutrino Energy
Group.
Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist Sammelbegriff
für Technologien einer globalen Infrastruktur der
Informationsgesellschaften, die es ermöglichen, physische und
virtuelle Gegenstände zu vernetzen und sie durch Informations- und
Kommunikationstechnik zusammenarbeiten zu lassen.
Die IoT-Geräte benötigen elektrische Energie, befinden sich aber
oft an schwer zugänglichen Stellen. Batterien, die ja regelmäßig
aufgeladen oder ausgetauscht werden müssen, kommen als alleinige
Stromquellen kaum in Frage. Die Neutrino Energy Harvesting Systeme
sind in der Lage, die Stromquellen anfangs zu ergänzen oder in
absehbarer Zeit sogar vollständig zu ersetzen. Dabei geht es um einen
Prozess, in dem kleine Mengen aus Energie, die in der unmittelbaren
Umgebung zur Verfügung steht, in elektrischen Strom gewandelt wird.
Diese Energie lässt sich direkt nutzen, aber auch in einem Akku oder
Superkondensator so lange speichern, bis sie benötigt wird.
In jüngster Zeit hat die Elektronik- und Mikroelektronikbranche
etliche Hürden überwunden, die die Entwicklung von Geräten mit sehr
geringem Stromverbrauch behindert hatten. Nun gibt es eine Generation
von Leistungsbauelementen, Sensoren und Mikrocontrollern (MCUs), die
Neutrino Energy Harvesting Systeme speziell in diesem Bereich
kurzfristig zu einer Zukunftstechnik machen.
Die Analysten von Semico Research schätzen, dass in Kürze allein
der Verkauf von Halbleitern für derartige Neutrino Harvesting Systeme
ein Volumen von jährlich mehreren Milliarden US-Dollar erreicht.
Die wichtigsten Aspekte bei Neutrino Energy (Energy Harvesting):
Energie lässt sich grundsätzlich aus vielen verschiedenen Quellen
gewinnen, etwa aus Funkwellen, Schwingungen, Wärme oder Licht. Diese
Quellen können natürlich oder künstlich sein. Anschließend werden sie
durch Wandler wie Photovoltaikzellen für Lichtquellen,
thermoelektrische Generatoren bei Temperaturgradienten oder
Mikrovibrationen durch Neutrinos oder Anti-Neutrinos in kleinen
Neutrino Power Cubes in benötigten elektrischen Strom umgewandelt.
Zusätzlich sorgen in der Regel ein Gleichrichter und
Konditionierungsschaltkreise für die Optimierung der
Energie-Umwandlung. Energy Harvesting Systeme wie auch die Neutrino
Power Cubes nehmen Energie aus der Umgebung auf und wandeln diese in
elektrischen Strom um. So können bereits heute Geräte mit geringem
Strombedarf, etwa Sensoren oder Leuchtdioden, betrieben werden. Diese
Systeme haben den Vorteil, dass sie sich mit einfacher Mathematik und
Physik nach oben hin skalieren lassen und damit in Zukunft in der
Lage sind, jedes Elektrogerät zu versorgen.
Die größte Herausforderung für Systeme der Energieabschöpfung und
-verwaltung ist eine konstante Spannungsversorgung bei maximaler
Effizienz. Je weniger Energie die Geräte brauchen, desto eher kommen
sie dafür in Frage. Im Laufe der Jahre wurden die Energiesparmodi
durch schnelle Algorithmen verbessert, was eine schnelle Rückkehr in
den Schlafmodus und somit eine weitere Minimierung des
Stromverbrauchs ermöglicht. Wichtig ist zudem, den Stromverbrauch
auch außerhalb der unmittelbaren Nutzung zu minimieren. Der
Ruhestromverbrauch der einzelnen Geräte ist ein Schlüsselaspekt und
sollte so gering wie möglich sein.
Zunächst werden Akkus weiterhin zum Einsatz kommen, um
Energiespitzen außerhalb der Ruhephasen abzufedern. Doch die Neutrino
Energy Harvesting Systeme werden Akkus irgendwann ganz ersetzen.
Folgende Geräte sind besonders geeignet, kurzfristig von diesem
neuartigen System zu profitieren: elektrische Geräte mit geringem
Ruhestrom, geringer Startspannung und hoher Integrationsfähigkeit mit
nur wenig externen Komponenten. Dazu gehören beispielsweise
Mobiltelefone der neuesten Generation. Entscheidend ist der geringe
Energieverbrauch.
Ein intelligentes Powermanagement spielt dabei eine wichtige
Rolle. Die Entwickler der technischen Geräte müssen genaue Analysen
durchführen, um die durch Neutrino-Zellen gewonnene Energie (Energy
Harvesting) mit dem Strombedarf auszubalancieren. Je nach den
geltenden Bedingungen der Energiequelle kommt für bestimmte
Anwendungen eine Soft- oder Hardware-Steuerungsoption in Frage. In
der Regel variiert die Spannung einer solchen Zelle je nach
Laststrom. Ziel ist, Batterien in Kürze vollständig durch solche
Systeme ersetzen zu können.
Die Entwicklung neuer Prozesse und Technologien im Bereich des
Energiemanagements ist weltweit voll im Gange. Die Elektrogeräte von
morgen werden einen noch geringeren Stromverbrauch haben. Die
Bedeutung von Neutrinoenergiezellen (Energy Harvesting) wird rapide
ansteigen.
Bis zum Wechsel ins 19. Jahrhundert waren die Neuerungen durchwegs
von mechanischen Eingriffen geprägt. Von der Wahrnehmung des
Naturphänomens Elektrizität bis zur wirtschaftlichen Nutzung
vergingen 100 Jahre. Das von Siemens entwickelte elektrodynamische
Prinzip basiert auf Generatoren, die Bewegungsenergie in elektrische
Energie umwandeln können - ein Meilenstein in der menschlichen
Entwicklung.
Heute stehen wir inmitten des Zeitalters des Homo electricus.
Schon mit den Erkenntnissen der Solartechnik, also der Nutzung
sichtbarer Strahlung, wurde die Tür in ein neues Zeitalter
aufgestoßen. In der Zwischenzeit haben Wissenschaftler und Forscher
eine weitere Strahlung im nichtsichtbaren Bereich entdeckt und die
Wandler zur Produktionsreife gebracht. Beide Technologien sind in der
Lage, Elektronen in einem dazu vorbereiteten Material in Bewegung zu
setzen. Das ist gleichbedeutend mit Energieumwandlung ohne Generator.
Dies wird die Energieversorgung der Erde revolutionieren. Die ersten
Neutrino-Energiezellen, die sogenannten Neutrino Power Cubes, sind
der Schritt ins nächste elektrische Zeitalter - in ein Zeitalter, das
ohne Verstromung fossiler Brennstoffe auskommt.
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Heiko Schulze
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Datum: 09.11.2018 - 09:28 Uhr
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