Den Fahrtwind nutzen

Forscher am City College in New York arbeiten an einer Technik, mit der der bei Autofahrten entstehende Luftstrom verwendet werden kann, um bordeigene Elektronik anzutreiben.

Schon seit vielen Jahren werden kleine Windräder in Flugzeugen eingesetzt, um mit der durch die Luftströmung anfallende Energie vitale Instrumente wie das Radar oder Teile der Hydraulik weiterarbeiten zu lassen, sollten Primärenergiesysteme ausfallen. Diese so genannten Ram Air Turbines (RAT) fahren sich ganz automatisch aus, "fallen" in den Luftstrom. Durch die Geschwindigkeit der Maschine ergeben sich durchaus signifikante Energiemengen – bis zu 70 Kilowatt sind Standard. Beim Airbus A380, dem größten Passagierjet der Welt, wird gleichzeitig auch die größte RAT der Welt verbaut: Ausgeklappt besitzt das Windrad einen Durchmesser von knapp 1,60 Meter.

Forscher am City College of New York (CCNY) wollen diese Idee nun auch auf den Automobilbau anwenden – wenn auch in deutlich kleinerem Maßstab. Wissenschaftler um Professor Yiannis Andreopoulos vom Experimental Fluid Mechanics and Aerodynamics Laboratory haben einen so genannten Energy Harvester gebaut, der an verschiedenen Stellen im Fahrzeug eingesetzt werden kann, um Energie aus dem Fahrtwind zu beziehen, die dann in Elektrizität umgewandelt wird.

An die Größe einer RAT im A380 kommen diese Systeme natürlich nicht heran. Es handelt sich um unter 3 Zentimeter große Aufwölbungen, die sich am Fahrzeugrumpf oder an der Karosserie befestigen lassen. Eine Windmühle stellen die Minigeneratoren auch nicht da: Stattdessen verändert die Windenergie ein Spezialbauteil, an dem sich wiederum ein piezoelektrischer Effekt einstellt. Dabei entsteht eine elektrische Spannung an einem Festkörper, wenn dieser elastisch verformt wird. Die dabei auftretende Elektrizität lässt sich dann abführen und anderweitig nutzen.

Andreopoulos und seine Kollegen testeten verschiedene Einsatzmöglichkeiten per Computersimualtion sowie im Modell in einem Windkanal. Dabei erwies sich eine rundzylindrische Form der Aufwölbung als besonders gut geeignet; seitlich angebracht, entstand mehr Energie als beispielsweise oberhalb der Frontscheibe, wo die Luft viel zu unkontrolliert wirkt. Das scheint daran zu liegen, dass der Zylinder an diesen Punkten in positive Schwingungen gerät, die den piezoelektrischen Effekt zusätzlich zur auftretenden Windverwirbelung als Hauptenergieträger verstärken.

Noch reichen die an dem piezoelektrischen Element gemessenen Ströme allerdings nicht aus, um beispielsweise die Lichtmaschine zu ersetzen oder zumindest wichtige Teile der Bordelektronik zu betreiben. Dennoch lässt sich die gewonnene Energie in einem Akkumulator speichern, um beispielsweise an Bord befindliche Mobilelektronik zu laden – der Strombedarf im Auto wächst seit Jahren bekanntlich beständig und dürfte auch noch weiter zunehmen.

Hauptvorteil von Andreopoulos' System ist vor allem die geringe Größe. Es lässt sich an nahezu beliebigen Stellen platzieren, ohne dass es den Karosseriebau stört, was sich von einer RAT, die Autofahrer wohl kaum freiwillig auf dem Dach mitführen würden (von Verschlechterungen beim CW-Wert ganz zu schweigen), wohl kaum sagen lässt. Auch lässt sich der Zylinder mit anderen Systemen kombinieren, die andere Energiearten im Fahrzeug "einsammeln" – sei es die Bewegung im Stoßdämpfer, die sich ebenso piezoelektrisch in Strom umwandeln lässt oder gänzlich anders gestrickte physikalische Energy Harvester, die sich beispielsweise durch Veränderungen beim Luftdruck oder der Temperatur antreiben lassen. Zusammengenommen könnten diese Mini-Ströme durchaus nutzbare Energiemengen erbringen, die derzeit schlicht verpuffen und das Auto noch ineffizienter machen, als es das durch einen Verbrennungsmotor mit zu viel Verbrauch möglicherweise jetzt schon ist.

Andreopoulos ist sich sicher, das solche und ähnliche Techniken eine große Zukunft haben: "Sie eröffnen uns die Möglichkeit, ständig sonst einfach verschwendete Energie aus der Umwelt zu ziehen." Der CCNY-Forscher und sein Team wollen ihr piezoelektrisches Element und die Bauform der Aufwölbung nun weiter verbessern, damit sie noch mehr Strom liefern. An eine mögliche Kommerzialisierung könnte dann als nächstes gedacht werden. (bsc)