Alternative Wege der Stromerzeugung

Ein Lkw treibt ein Windrad an, die Straße wird zur Solar-Anlage und Fußgänger*innen erzeugen Strom für Straßenlaternen: Das ist der Stand bei alternativen Wegen der Stromerzeugung.

In der Mobilität entsteht viel Energie, meistens verpufft sie ungenutzt. Einige Forschende versuchen diese Energie zu nutzen - sie aufzufangen und zu speichern. Hier sind ihre Projekte [Bildquelle: Thomas Kelley via Unsplash.com]

Von der Straßenlaterne bis zur Kennzeichenbeleuchtung: Mobilität braucht Strom. Im besten Fall stammt dieser aus erneuerbaren Energien. Idealerweise produziert man ihn auch noch direkt vor Ort. Im Sommer etwa knallt die Sonne ungehindert auf den Autobahn-Asphalt und so ein 40-Tonner verdrängt ganz schön viel Luft. Energie entsteht überall um uns herum – wie aber kann man sie einsammeln? mobility.talk hat ein paar Projekte zusammengestellt, die zeigen, wie wir diese Energie nutzen können.

Solardach für die Autobahn

Eine Stromversorgung über Solarzellen braucht viel Platz. Rund 1.300 Kilometer des Schweizer Autobahnnetzes verlaufen nicht in Tunneln – werden also von der Sonne beschienen. Die Schweizer Verkehrsministerin hat entschieden, sämtliche geeigneten Stellen des Autobahnnetztes dem Markt für die Stromproduktion zur Verfügung zu stellen. Konkret geht es darum, Autobahnabschnitte mit Solarpanelen zu überdachen.

Nach einer Schätzung des Schweizer Energieunternehmen Energypier eignen sich bis zu 700 Kilometer Autobahn-Strecke für dieses Projekt. Damit sei die Produktion von bis zu 10 Terrawattstunden Solarstrom pro Jahr möglich. Zum Vergleich: Der Stromverbrauch aller Privathaushalte in Berlin betrug 2021 4,1 Terrawattstunden. In der Ortschaft Fully im Osten der Schweiz hat Energypier bereits eine behördliche Genehmigung zur Überbauung von 1,6 Kilometern Autobahn erhalten. Auch die Randbebauung nutzen die Schweizer. So werden etwa Lärmschutzwände zusätzlich mit Solarzellen ausgestattet.

Das deutsche Autobahnnetz ist 13.200 Kilometer lang – das sind etwa 312 Quadratkilometer und damit ungefähr die Fläche der bayerischen Hauptstadt München. An Potenzial mangelt es demnach in Deutschland nicht. Allerdings geht man es in Deutschland gemächlicher als in der Schweiz an. Zunächst entsteht an der Rastanlage Hegau-Ost an der A81 in Baden-Württemberg eine Test-Anlage in kleinerem Maßstab.

Mit ihr wollen die Forschenden Erkenntnisse über die Wartungsintensität einer solchen Anlage sammeln. Aber auch erfahren, wie sicher eine Überbauung von Autobahnen über weite Strecken übverhaupt sein kann, hinsichtlich der Behinderung von Einsatzkräften und -Fahrzeugen.

Grafische Darstellung der Testanlage [Bildquelle: Austrian Institute of Technology]

Enlil – das Windrad für die Autobahn

Werden Fahrzeuge mit hoher Geschwindigkeit bewegt, verdrängen sie Luft. Es entsteht Wind , zum Beispiel entlang von Autobahnen. „Ungenutztes Potenzial“ glauben die Ingenieure des türkischen Start-Ups Devecitech. Sie entwickelten Enlil – eine kleine Turbine zur Stromerzeugung an Autobahnen. Die vertikale Turbine ist rund drei Meter hoch. Fahren Autos mit hoher Geschwindigkeit an ihr vorbei, setzen sie die Rotorblätter in Bewegung. Infolge dessen wandelt sie die mechanische Energie in elektrische um und produziert so Strom. Den Strom speichert die Turbine in einer Batterie.

Doch Enlil kann noch mehr. Über zahlreiche Sensoren misst die Turbine die Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit und den CO2-Gehalt in der Luft. Würden flächendeckend Enlils aufgestellt, könnten die gesammelten Daten Aufschluss über besonders starke CO2-Anreicherungen etwa in den Gebieten einer Stadt geben. Derzeit testet Devecitech die Windkraftanlage auf Autobahnen und an Schnellstraßen in Istanbul. Aber auch Straßenbahnen und S-Bahnen eignen sich für die Stromerzeugung mit dieser Methode.

Aber es gibt auch Kritik an der Windturbine. So soll das System den Treibstoffverbrauch der vorbeifahrenden Fahrzeuge erhöhen, weil diese durch entstehende Luftwirbel leicht ausgebremst würden.

All in One – der Solar-Straßenbelag

Straßen mit Solarpanels zu überdachen, ist aufwändig und wartungsintensiv. Könnte die Straße nicht einfach selbst zur Solar-Anlage werden? Das testen Forschende derzeit in der niederländischen Stadt Krommenie an einem Fahrradweg. Am 12. November 2021 wurde das erste 70 Meter lange Teilstück der sogenannten „SolaRoad“ (dt. Solar-Straße) eröffnet. Die Fahrbahn besteht aus einzelnen, 3,5 x 2,5 Meter großen, aneinandergesetzten Modulen. Deren Aufbau ist leicht erklärt: Zunächst wird eine Bodenplatte aus Beton gegossen. In die Bodenplatte werden anschließend herkömmliche Solarzellen eingebaut. Damit diese beim Darüberfahren nicht beschädigt werden, schließt das Modul mit einer etwa einen Zentimeter dicken Platte aus Sicherheitsglas oben ab.

An die Sicherheitsscheibe werden hohe Anforderungen gestellt. Sie darf beispielsweise die Verkehrsteilnehmer nicht blenden, wenn Sonne darauf fällt. Regen, Hagel, Schnee, Schmutz und wachsende Baumwurzeln dürfen der Platte nichts anhaben. Und vor allem: das Glas darf auch bei hoher Last nicht brechen. Dafür büßt das System Effizienz ein. Im Vergleich zu einer Solar-Anlage auf dem Dach generiert die SolaRoad etwa 30 Prozent weniger Strom.

Trotzdem reichen laut den Projektverantwortlichen 100 Meter Solar-Radweg aus, um bis zu drei Haushalte im Jahr mit Strom zu versorgen. Elektroautos könnten mit der Energie direkt vor Ort geladen werden, auch die Straßenbeleuchtung könnte der Solarstrom speisen.

Solar-Radweg
Der Solar-Radweg muss den Umwelteinflüssen trotzen [Bildquelle: Picture Alliance]

Multifunktionale Solar-Radwege

In Frankreich führten Forschende ebenfalls Tests mit Solarstraßen durch. Allerdings nicht auf Radwegen, sondern auf Autobahnen. Der Erfolg ist überschaubar. In Frankreich beschwerten sich Anwohner über lautere Fahrgeräusche des Fahrbelags. Der Stromertrag war nur halb so hoch wie erwartet.

In Deutschland entstand der erste Solar-Radweg schon im Jahr 2018 in Erftstadt, nördlich von Köln. Nach wenigen Tagen schmorten jedoch die Anschlussdosen durch, das Projekt wurde eingestampft.

Der Anbieter Solmove ließ sich davon nicht abschrecken. In Gelsenkirchen und Herten gibt es weitere Teststrecken. Und die besitzen neben der Stromerzeugung sogar noch weitere Funktionen. Sie beleuchten sich beispielsweise selbst und können damit die Straßenbeleuchtung in Teilen ersetzen. Zudem heizen die Module mit dem erzeugten Strom und befreien sich so selbst im Winter vom Schnee.

Stromerzeugung durch Fußgänger

Die umweltfreundlichste Art der Mobilität ist der Gang zu Fuß. Jeder Schritt erzeugt zwischen vier und acht Watt Energie. Forscher der US-Universität Stanford ermitteln innerhalb einer Studie mit 720.000 Menschen aus 111 Ländern eine durchschnittliche Schrittanzahl von 4.900 Schritten pro Tag.

Wir erzeugen unter unseren Füßen also jeden Tag etwa 29,4 kW Energie (6 Watt x 4.900 Schritte). Das US-amerikanische Unternehmen EnGoPlanet macht sich diese Energie zu Nutze und versorgt Straßenlaternen mit Fuß-Strom. Im Arts District von Las Vegas, auf dem Boulder Plaza, stehen einige smarte Straßenlaternen des Herstellers. Ihren Strom beziehen sie über eine kleine Solar-Anlage über der Lampe, aber auch aus stoßempfindliche Fliesen, die sich vor ihr befinden. Treten Fußgänger*innen darauf, geben diese leicht nach. Drei kleine, unter den Fliesen verbaute Generatoren wandeln die kinetische Energie im Moment des Auftretens in Strom um. Diesen speichert die Straßenlaterne für den Nacht-Einsatz in einer Batterie.

Der durch die Fußgänger*innen erzeugte Strom betreibt aber nicht nur die Lampe im oberen Bereich der Laterne. Unten finden die unfreiwilligen Strom-Produzent*innen eine kleine Ablagefläche mit zwei USB-Buchsen zum Laden von elektronischen Geräten vor. Im Pfahl der Lampe integriert der Hersteller zudem einen Wlan-Hotspot. In London gibt es ähnliche Projekte mit speziellen Matten zur Aufnahme der kinetischen Energie. In die breite Masse hat es bisher keines der Projekte geschafft. Aber sie schaffen neue Blickwinkel auf das Thema der „erneuerbaren Energie“.

Der Infinity Train

Auch im Zugverkehr sollen mehr Strecken mit Strom befahren werden. Doch die Elektrifizierung von Bahntrassen ist aufwendig und teuer. Praktisch, wenn die Elektro-Lok ihre Akkus einfach ohne Ladeinfrastruktur selbst lädt. Klingt nach einer Wunschvorstellung? Die Projektpartner Fortescue Metals Group und Williams Advanced Engineering halten das für realistisch.

Williams Advanced Engineering ist eine Tochter des Motorsport-Teams Williams. In den ersten vier Saisons lieferte das Unternehmen Akkus für die elektrische Rennserie Formel E. Nun wollen sie ihre Expertise nutzen, um der Fortescue Metals Group, einem australischen Bergbauunternehmen bei der Dekarbonisierung ihrer Erz-Logistik zu helfen. Und zwar mit dem Infinity Train.

Fortescue baut Eisenerz in der Pilbara-Region im Westen Australiens ab. Das abgebaute Eisenerz transportieren Güterzüge vom Abbaugebiet zum tiefergelegenen Verladehafen bei Port Hedland. Derzeit transportiert das Unternehmen sein Erz mit Dieselloks, doch diese sollen bald durch elektrische Loks ersetzt werden – jedoch ohne Elektrifizierung der Strecke. Nicht einmal Ladestationen zum Aufladen der Akkus der E-Loks plant das Unternehmen.

Wie das gehen soll? Per Rekuperation. Um die Reichweite bei Elektroautos zu strecken, wandeln diese beim sogenannten Rekuperieren Bremsenergie in Strom um und speisen diesen in die Batterie ein. Und genau das soll der Infinity Train auch machen – und so seine Akkus stets voll halten. Die Experten berechneten, dass auf der Strecke zum tiefergelegenen Verladehafen so viel rekuperiert werden kann, dass der Zug mit dem generierten Strom sogar die Rückfahrt zur Mine bewältigen könne. So entsteht ein energie-autarkes System. Auf der Rückfahrt ist der Güterzug leer, dementsprechend leichter und verbraucht so deutlich weniger Strom auf dem Heimweg. Laut Fortescue-Chefin Elizabeth Gaines habe der Infinity Train „das Zeug, die weltweit effizienteste Elektro-Lokomotive zu werden“.

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Der Infinity Train soll keine Ladestation brauchen und totzdem immer vollen Akku haben [Bildquelle: Fortescue]

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