Grünes Transportwesen: Fünf wichtige Innovationen im Bereich Fahrzeugtechnologie

Die Transportindustrie ist in Bewegung. Vom Hybrid-Hubschrauber bis zu windschnittigeren konventionellen Fahrzeugen - wir stellen fünf Innovationstrends vor, die die Verkehrsmittel der Zukunft prägen könnten.

  1. Gewicht verlieren
  2. Widerstand abbauen
  3. Systeme integrieren
  4. Energie wiederverwenden
  5. Grün in die Luft

1. Gewicht verlieren: neue Materialien, clevere Induktionsspulen

Car (JPG)"Mach es einfach, mach es leicht" - so wird Colin Chapman zitiert, der Gründer des Sport- und Rennwagenherstellers Lotus. Was der britische Fahrzeugkonstrukteur mit diesen Worten als Leitmotiv für den Rennwagenbau beschrieb, wird von vielen modernen Designern zur Verbesserung der Energieeffizienz aufgegriffen, nämlich Stahl durch leichtere Werkstoffe zu ersetzen.

Ein aktuelles Beispiel dafür ist der i3, das neue, rein elektrische Stadtauto von BMW. Dieses Auto wird aus Aluminium und carbonfaserverstärktem Kunststoff gebaut, sodass es 30 - 50 % leichter ist als in Stahlbauweise. Die leichte Karosserie des i3 gleicht das Gewicht der Batterie aus, die das Fahrzeug mit Strom versorgt, sodass Fahreigenschaften wie Beschleunigen, Bremsen und Kurvenverhalten genauso gut sind wie bei herkömmlichen Autos, wenn nicht sogar besser.

Die Erfinder Norbert Enning und Ulrich Klages haben sich im Fahrzeugbau ebenfalls einen Namen gemacht. Die Finalisten des Europäischen Erfinderpreises 2008 entwickelten ein integriertes selbsttragendes System aus Aluminium, das dem Fahrzeugrahmen bei minimaler Masse maximale Stabilität verleiht.

Auch neue Antriebsmethoden können das Gewicht drastisch reduzieren. Verkehrsmittel wie Elektro-Busse und -Bahnen, die nur Batteriestrom nutzen, haben den Nachteil, dass sie sehr große, schwere Aggregate benötigen, um ihre Routen zu bewältigen. Wenn sie beschleunigen oder bremsen, geht viel Energie verloren.

Das patentierte Konzept des Fahrzeugherstellers Bombardier Transportation GmbH, das unter dem Markennamen Primove vermarktet wird, löst dieses Problem durch induktive Energieübertragung - ein Prinzip, das bereits beim Aufladen elektrischer Zahnbürsten und anderer Haushaltsgeräte zum Einsatz kommt.

Elektrischer Strom, der durch eine Induktionsspule im Boden fließt, erzeugt ein Magnetfeld zur Ladung eines fahrzeugseitigen Stromempfängers. Die streckenseitigen Komponenten der Induktionsschleife schalten sich nur dann ein, wenn sich das Fahrzeug direkt über ihnen befindet. Weil auf schwere Batterien verzichtet werden kann, sind solche Busse und Bahnen leichter und verbrauchen viel weniger Energie.

2. Widerstand abbauen: auf Schienen sanft dahingleiten

Train (JPG)Bei der Aerodynamik von Zügen ging es früher immer nur um die Triebköpfe. Ein Team der Bombardier GmbH um René Blaschko, Alexander Orellano, Martin Schober und Andreas Tietze hat jedoch ein Patent für eine Erfindung erhalten, die den Luftstrom über die gesamte Zuglänge hinweg glättet.

Die Erfindung basiert auf einer speziellen Behandlung der Fahrzeugoberfläche, die bewirkt, dass entlang des Zuges viele kleine Luftwirbel entstehen, nicht wenige große. So trifft der Zug auf weniger Luftwiderstand, und das Windgeräusch beim Fahren wird deutlich reduziert.

Außerdem wird der Fahrgastkomfort erhöht, und die Lärmbelastung für Mensch und Tier entlang der Bahnstrecken nimmt ab.

3. Systeme integrieren: Effizienz durch Design

Ein weiterer Patentierungstrend, der sich - zumindest was den zukünftigen Nutzen für die Gesellschaft angeht - maßgeblich auf die Energieeffizienz im Transportwesen auswirkt, findet sich auf dem Gebiet der Design-Philosophie. Anstatt im Laufe eines Modellzyklus immer nur einzelne Komponenten zu verbessern, gehen Designer zunehmend dazu über, Fahrzeuge von Anfang an energieeffizienter zu konzipieren.

Aircraft (JPG)Der europäische Flugzeugbauer Airbus ist dafür ein perfektes Beispiel. Das Unternehmen erkundet derzeit die Verwendung eines Patents, das Klaus Graage von der DBB Fuel Cell Engines GmbH erteilt wurde und Wasserstoff-Brennstoffzellen zum Gegenstand hat, die in Zukunft die auf Gas-Turbinen basierenden Hilfstriebwerke von Flugzeugen ersetzen könnten.

Die Brennstoffzellen bilden ein integriertes System, das elektrischen Strom für die Klimatisierung und Wasserversorgung des Flugzeugs erzeugt und die Räder antreibt, wenn das Flugzeug am Boden rollt.

Die Zellen können sogar dazu genutzt werden, im Sinkflug und damit bei niedrigem Leistungsbedarf Treibstoff als Energielieferant für die Triebwerke zu ersetzen. Das Design eines Flugzeugs wird dadurch erheblich verbessert, und Energieeffizienz und geringerer Schadstoffausstoß werden zu zentralen Design-Zielen.

4. Energie wiederverwenden: weniger Kraftstoff, mehr Luft

Das System zur Rückgewinnung kinetischer Energie (Kinetic Energy Recovery System, KERS) ist eine bewährte Technologie zur Rückgewinnung und Wiederverwendung der Bremsenergie eines Fahrzeugs. Es kommt bei der Formel 1 und der Le-Mans-Serie bereits in Rennwagen zum Einsatz, und Hersteller wie Volvo entwickeln ähnliche Systeme für Pkw.

Weniger bekannt, aber genauso innovativ ist das System des britischen Erfinders Dr. Thomas Tsoi Hei Ma. Er hat eine Ventilanordnung zur Energiesteuerung entwickelt, mit der die bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen generierte Energie als komprimierte Luft in einem Tank gespeichert wird und nicht als Strom in einer Batterie. Die Luft wird dann bedarfsabhängig zwischen Tank und Batterie transferiert. Diese saubere, leichte Lösung kommt in einem Druckluft-Hybridmotor zum Einsatz, wo sie Energieverbrauch und CO2-Emissionen reduziert. Selbst Automobilriesen wie der französische Hersteller Peugeot-Citroën nehmen die Technologie für voll. Das Unternehmen besitzt über 80 Patente auf diesem Gebiet und plant, ab 2016 Hybrid-Air-Pkw in Serie herzustellen, die gegenüber Fahrzeugen mit herkömmlichem Antrieb Kraftstoffeinsparungen von bis zu 45 % ermöglichen könnten.

5. Grün in die Luft: Hybrid-Hubschrauber und Solarflugzeuge

Aber nicht nur die Automobilindustrie sucht nach neuen Antriebsmöglichkeiten. Ein weiteres Patent des Flugzeugherstellers Airbus beschreibt ein innovatives Antriebssystem für Hubschrauber: dabei wird der Hauptverbrennungsmotor durch einen Elektromotor unterstützt, sodass die Drehzahl eines Rotors variabel gesteuert werden kann. So lässt sich der Energieverbrauch optimieren und daran anpassen, ob der Hubschrauber gerade abhebt, fliegt oder landet. Außerdem speichert das System überschüssigen Strom, der bei höherem Energiebedarf genutzt werden kann.

Vielleicht können wir eines Tages aber auch ganz ohne herkömmliche Motorkraft um die Welt fliegen. Dies ist das Ziel von Solar Impulse, dem langfristigen Sonnenenergie-Flugprojekt der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne. Das Projekt-Team hat ein Flugzeug mit der Spannweite eines Airbus A340 gebaut, das die Sonne nutzt, um über 11 628 Photovoltaik-Zellen auf seinen Tragflächen Lithium-Polymer-Batterien aufzuladen, die wiederum seine 10-PS-Motoren und zweiflügeligen Propeller antreiben. Überschüssige Energie wird tagsüber gespeichert, sodass das Flugzeug auch nachts fliegen kann. In Europa und den USA hat der Solarflieger bereits Testflüge von bis zu 26 Stunden absolviert; für das kommende Jahr ist eine Weltumrundung geplant.

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