Wie man aus seiner Umgebung Energie erntet

Das Zeitalter des Homo electricus und das System Neutrino Energie / „Zeit für den perfekten Strom“

Berlin (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.

Heiko Schulze
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