Energie ganz einfach aus der nahen Umgebung ziehen: Bahnbrechende und revolutionäre Ideen im Zeitalter des Homo-Electricus
Wir befinden uns im Zeitalters des Homo-Electricus: Ein Leben ohne die Nutzung elektrischer Energien ist nicht mehr denkbar. Für nahezu alle Bereiche des täglichen Lebens wird Energie aus der Steckdose benötigt. Das Thema ist auch für die Wissenschaft höchst interessant: Wissenschaftler arbeiten bereits seit einiger Zeit an einer namhaften neuen Technologie, welche die Energieversorgung weltweit in Kürze revolutionieren wird. Sogenannte Neutrino Energy Harvesting Systemen werden gewöhnliche Akkus eines Tages komplett ersetzen. Die Besonderheit: Sie werden jedes Elektrogerät versorgen können. Holger Thorsten Schubart, CEO der Neutrino Energy Group, drückt es folgendermaßen aus: “Neutrino Energie – denn es ist Zeit für den perfekten Strom”.
Schauen wir uns einmal das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) etwas genauer an. Hierbei handelt es sich um einen Sammelbegriff für Technologien aller Art, die weltweit Gegenstände sowohl physischer als auch virtueller Art miteinander vernetzen. Solche Geräte benötigen elektrische Energie, damit sie einwandfrei funktionieren. Batterien, die regelmäßig entweder aufgeladen oder ausgetauscht werden müssen, kommen hier als Stromquellen nur in den seltensten Fällen in Frage. Die Neutrino Energy Harvesting Systeme hingegen können vorgenannte Stromquellen anfangs ergänzen oder in naher Zukunft sogar vollständig ersetzen. Diesen Prozess kann man sich folgendermaßen vorstellen: Kleine Mengen an Energie in der unmittelbaren Umgebung werden in elektrischen Strom gewandelt. Die Energie, die so hergestellt wurde, kann entweder direkt genutzt oder in einem Akku gespeichert werden.
Die Neutrino Energy Harvesting Systeme werden definitiv die Zukunft bestimmen, wobei das Hauptaugenmerk am Anfang sicher auf Leistungsbauelementen, Sensoren und Mikrocontrollern liegen wird. Allein für den Verkauf von Halbleitern für Neutrino Harvesting Systeme werden Einnahmen von mehreren Milliarden US-Dollar prognostiziert. Das ergab eine Studie von Semico Research.
Das Grundprinzip ist einfach: Energie kann man aus diversen Quellen wie Funkwellen, Schwingungen, Wärme oder Licht gewinnen. Es kann sich dabei um natürliche oder künstliche Quellen handeln. Sie werden mit Hilfe eines Wandlers in elektrischen Strom umgewandelt. Solch ein Wandler können Photovoltaikzellen ebenso sein wie thermoelektrische Generatoren oder Mikrovibrationen Elemente der Neutrinovoltaic Technologie.
Weiterhin werden ein Gleichrichter und Schaltkreise für eine optimale Energie-Umwandlung benötigt. Die Energy Harvesting Systeme und auch die Neutrino Power Cubes nehmen Energie direkt aus der Umgebung auf und wandeln sie in elektrischen Strom um. Schon heute können sie für alle Geräte mit einem geringem Strombedarf, etwa Sensoren oder Leuchtdioden, genutzt werden. Solche Systeme sollen in naher Zukunft dazu in der Lage sein, jedes Elektrogerät zu versorgen, denn die neue Technologie ist je nach Anforderung skalierbar wie auch die Fotovolotaik. Je mehr Wandler je mehr Leistungsausbeute.
Das Problem bisher war die Herausforderung der konstanten Spannungsversorgung bei gleichzeitig maximaler Effizienz. Dafür kamen bisher Geräte mit einem möglichst geringen Energiebedarf in Frage. Im Laufe der vergangenen Jahre wurden die Energiesparmodi dahingehend verbessert. Ebenfalls von Bedeutung: Der Stromverbrauch muss auch außerhalb der unmittelbaren Nutzung minimiert werden. Insbesondere der Ruhestromverbrauch der Geräte ist ein wichtiger Aspekt und sollte so gering wie möglich sein.
Akkus werden selbstverständlich weiterhin zum Einsatz kommen, um Energiespitzen außerhalb der Ruhephasen bestmöglich abzufedern. Ziel soll es aber sein, dass die Neutrino Energy Harvesting Systeme Akkus irgendwann ganz ersetzen werden. Elektrische Geräte mit geringem Ruhestrom, einer geringen Startspannung und einer hohen Integrationsfähigkeit werden von diesem System schon bald profitieren können. Das sind zum Beispiel alle Mobiltelefone der neuesten Generation mit einem geringen Energieverbrauch.
Eine extrem wichtige Rolle spielt dabei das sogenannte intelligente Powermanagement. Die Entwickler der technischen Geräte genaue Analysen durchführen, um die durch Neutrino-Zellen gewonnene Energie mit dem Strombedarf auszubalancieren. Je nachdem, welche Bedingungen vorherrschen, kommen Soft- oder Hardware-Steuerungsoptionen in Frage. Die Spannung einer solchen Zelle variiert je nach Laststrom. Langfristiges Ziel ist, Batterien schon bald komplett durch solche Systeme ersetzen zu können.
Weltweit wird an neuen Prozessen und Technologien im Bereich des Energiemanagements geforscht und gearbeitet. Elektrogeräte der Zukunft werden einen immer geringeren Stromverbrauch haben. Demzufolge wird die Bedeutung von Neutrinovoltaic rapide ansteigen. Wie aber kann man diese nun genau nutzen? Elektroautos nehmen in jüngster Zeit einen immer höheren Stellenwert ein. Leider sind die Ladezeiten immer noch recht lang; ein wesentlicher Nachteil. Mit Hilfe der Neutrinovoltaic werden ausschließlich andere Stromquellen genutzt, die allesamt in die Karosserie des Elektrofahrzeugs eingebaut sind und ihre Energie aus der Umgebung ziehen. Diese Entwicklung ist keine Utopie, sondern wird bereits erforscht.
Als man die Elektrizität das erste Mal wahrnahm, vergingen weitere 100 Jahre, bis sie wirtschaftlich genutzt werden konnte. Bekanntheit erlangte unter anderem das von Siemens entwickelte elektrodynamische Prinzip, das auf Generatoren basierte. Sie waren dazu in der Lage, Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln zu können und galten dementsprechend als ein Meilenstein in der industriellen Entwicklung. Heute sind es die Elektroautos, deren Entwicklung immer weiter fortschreitet. Die Verwirklichung des Elektroautos Car Pi ist in vollem Gange und wird von Deutschland und Indien gemeinsam erforscht. Seine Besonderheit: Es bezieht seine Energie nicht wie alle anderen Elektroautos aus der Ladesäule, sondern einfach direkt aus der Umgebung und ist damit absolut unabhängig von Strom, der aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe gezogen wird.
Heute befinden wir uns im Zeitalter des Homo-Electricus. Ein neues Zeitalter wurde bereits mit der Solartechnik, also der Strahlennutzung, geschaffen. Mittlerweile haben Forscher Strahlung auch im nichtsichtbaren Bereich entdeckt und die Wandler so zur Produktionsreife vorbereitet. Beide Technologien sind in der Lage, Elektronen in einem dazu vorbereiteten Material in Bewegung zu setzen; eine Energieumwandlung ohne Generator also. Das könnte die Energieversorgung der gesamten Welt revolutionieren. Die ersten Neutrino-Energiezellen, auch Neutrino Power Cubes genannt, sind der Schritt in ein neues elektrisches Zeitalter, das ohne Verstromung fossiler Brennstoffe auskommt. Genau das macht sich das Elektroauto Car Pi zunutze. Diese Nachricht von der Entwicklung eines solchen Elektroautos wurde auf der International Conference on Multifunctional Electronic Materials and Processing (MEMP 2021) in Indien bekannt gegeben. Der Informatiker Dr. Vijay Pandurang Bhatkar, Rektor der indischen Nalanda Universität, gab auf dieser Konferenz die Unterzeichnung eines Memorandum of Cooperation (MoC) offiziell bekannt. Vijay Pandurang Bhatkar ist ein weltweit bekannter Entwickler des staatlichen indischen High Performance Computing Programms und Schöpfer des Supercomputers PARAM.
Das Memorandum strebt eine Partnerschaft zwischen einem der global führenden Forschungs- und Entwicklungszentren für elektronische Materialien, dem indischen C-MET Science Centre, und der Neutrino Energy Group an. Dieses deutsch-amerikanische Unternehmen mit Hauptsitz in Berlin hat eine Technologie zur Umwandlung der Energie aus der Umgebung in elektrischen Strom entwickelt. “Diese neue, einzigartige Smart-Allianz könnte revolutionäre Prozesse im Bereich der Energieerzeugung und der Automobiltechnik in Gang setzen”, suggeriert Holger Thorsten Schubart, der CEO der Neutrino Energy Group.
Das Memorandum unterzeichneten C-MET, ein in Pune ansässiges Materialzentrum für elektronische Technologien, und die Neutrino Energy Group. Finanziell unterstützt wird das Projekt in erster Linie von der Regierung Indiens. Das Memorandum ist die Grundlage für alle Ressourcen, um das Elektroauto Car Pi zu entwickeln.
Oberstes Ziel des Memorandums ist die gemeinsame Arbeit in den Bereichen Materialwissenschaft, elektronische und 2D-Materialien, der Neutrino-Energiewandlung und der Entwicklung von angewandten Geräten. Für die Umsetzung des Projekts steht ein Budget von 2,5 Milliarden US-Dollar zur Verfügung, was umgerechnet 2,12 Milliarden Euro entspricht.. Endprodukt der Zusammenarbeit wird das Car-Pi-Elektrofahrzeug sein, das keinen Strom von Ladestationen benötigt.
Das Car Pi ist ein auf der Neutrinovoltaik-Technologie basierendes elektrisches Fahrzeug mit eingebetteten Gleichstromquellen. Die Neutrinos sorgen dafür, dass mit Hilfe von elektromagnetischer und thermischer Strahlung elektrischer Strom erzeugt wird.
Shri Sanjay Dhotre, Staatsminister für Bildung, Kommunikation, Elektronik und Informationstechnologie der indischen Regierung, erklärte auf der MEMP 2021, dass der Zusammenschluss der besten Wissenschaftler von heute den Energiesektor weltweit revolutionieren wird. Aus dem Grund kann fest mit einer Unterstützung durch die indische Regierung gerechnet werden. Das gemeinsame Projekt soll sowohl die Energieprobleme der Länder lösen als auch das gegenseitige Verständnis zwischen den Menschen fördern.
Da elektronische Materialien das Herzstück aller elektronischen Geräte sind und dessen Funktionalität maßgeblich bestimmen, garantiert Indien eine umfangreiche finanzielle Unterstützung für die Entwicklung neuer und innovativer Materialien. Im Memorandum Team ist auch Dr. Bharat Bhanudas Kale, Mitbegründer und Direktor des Centre for Materials for Electronic Technology (C-MET), Fellow der Royal Society of Chemistry in London, zu finden. Er betont, dass das Memorandum eine wesentliche Bedeutung für die Weltgemeinschaft
auf dem Gebiet der Energie und der Materialien hat. Er zählt weltweit zu den führenden Experten im Bereich Energie und Materialien.
“Trotz der bereits erprobten und im Labor getesteten Technologiebasis ist es noch ein langer Weg, bis das erste Car Pi auf der Straße unterwegs ist.” So lautet die aktuelle Aussage von Thorsten Schubart. Das bedeutet, dass die Entwicklung des selbstaufladenden Car Pi weiterer Forschungsarbeiten bedarf. Ein selbst aufladendes Elektroauto wird dann aber ohne Zweifel ein bahnbrechender Meilenstein in der bisherigen Geschichte des Automobilbaus sein.
NEUTRINO Deutschland GmbH ist ein Deutsch-US-Amerikanisches Forschungs-und Entwicklungsunternehmen. Dieses, mit Hauptsitz in Berlin, steht in Kooperation mit einem weltweiten Team an Wissenschaftlern und verschiedensten internationalen Forschungsstätten, welche sich mit der Anwendungsforschung, der Wandlung nichtsichtbarer Strahlenspektren der Sonne, unter anderem den Neutrinos (hochenergetischen Teilchen, die unaufhörlich die Erde erreichen) in elektrischen Strom beschäftigt.
Besonderer Schwerpunkt stellt dabei die Zusammenarbeit mit Universitäten und Hochschulen im Bereich der Grundlagenforschung dar sowie die Bildung eines internationalen Forschungsnetzwerkes für alternative Energietechnologien.
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