Das Zeitalter des Homo electricus

Heutzutage ist ein Leben ohne elektrische Energie nicht mehr vorstellbar. Wir leben im Zeitalter des Homo electricus. Leider ist die herkömmliche Energieversorgung nicht ganz unproblematisch. Aber Wissenschaftler arbeiten an einer neuen Art der Energieversorgung. Diese Neutrino Energy Harvesting Systeme werden die Energieversorgung auf der Erde revolutionieren. Eines Tages werden sie herkömmliche Akkus ersetzen. Dann werden sie jedes Elektrogerät mit Strom versorgen können. Holger Thorsten Schubart, der CEO der Neutrino Energy Group, betont: “Neutrino Energie ist der perfekte Strom“. Der wird heute dringender denn je benötigt. Das Internet der Dinge, auch unter den Begriffen Internet of Things oder IoT bekannt, stellt eine Vernetzung physischer und virtueller Dinge dar, die in einer globalen Infrastruktur mit Informations- und Kommunikationstechnik zusammenarbeiten. Diese IoT-Geräte benötigen dazu aber Strom und sind oft an schwer zugänglichen Stellen platziert. Dies macht eine Stromversorgung durch Batterien schwierig, da diese ja ausgetauscht oder aufgeladen werden müssen.

– anfangs unterstützend, später durch den vollständigen Ersatz der Akkus bzw. Batterien. Diese Systeme wandeln kleine Energiemengen, Energie, die sich in unmittelbarer Nähe der Geräte befinden, in elektrischen Strom um. Die so gewonnene Energie wird entweder sofort genutzt oder in Akkus oder Superkondensatoren für eine spätere Verwendung gespeichert. Fortschritte in der Elektronik- und Mikroelektronikbranche ermöglichen heute die Entwicklung von Geräten mit sehr geringem Stromverbrauch. Durch eine neue Generation von Leistungsbauelementen, Mikrocontrollern (MCU) und Sensoren werden die Neutrino Energy Harvesting Systeme schon kurzfristig zur Zukunftstechnologie. Allein der Verkauf von Halbleitern für diese Neutrino Harvesting Systeme wird bald ein Volumen von mehreren Milliarden US-Dollar jährlich erreichen schätzen die Analysten von Semico Research. Der größte Vorteil dieser Neutrino Energy Harvesting Systeme besteht darin, dass sich die Energie aus vielen unterschiedlichen Quellen generieren lässt. Hierzu zählen Funkwellen, Licht, Wärme oder Schwingungen.

Dabei ist es unerheblich, ob diese Quellen natürlich oder künstlich sind. Für Lichtquellen kommen Fotovoltaikzellen, für Temperaturgradienten thermoelektrische Generatoren sowie für Neutrinos und Anti-Neutrinos Mikrovibratoren zum Einsatz. Kleine Neutrino Power Cubes wandeln die Energie in elektrischen Strom um. Diese Energieumwandlung wird in der Regel durch einen Gleichrichter und Konditionierungsschaltkreise optimiert.

Schon heute können beispielsweise Sensoren oder Leuchtdioden, also Geräte mit einem sehr geringen Strombedarf leicht damit betrieben werden. Ein weiterer Vorteil dieser Systeme besteht darin, dass sie sich nach oben skalieren lassen. Entsprechend skaliert können sie in ein paar Jahren jedes Elektrogerät mit Strom versorgen. Die größte Herausforderung, vor der diese Geräte der Energieabschöpfung und Energieverwaltung stehen, ist es, eine konstante Spannungsversorgung bei maximaler Effizienz zu liefern. Heute kommen daher erst einmal vor allem Geräte mit geringem Strombedarf dafür infrage. Eine Minimierung des Stromverbrauchs ergibt sich z. B. durch die schnelle Rückkehr der Geräte in den Schlafmodus durch eine Verbesserung des Energiesparmodus mit Hilfe schneller Algorithmen. Weitere Einsparmöglichkeiten ergeben sich außerhalb der Nutzungszeit der Geräte. Hier ist der Ruhestrom als Schlüsselaspekt möglichst zu minimieren. Anfangs werden Akkus weiterhin benötigt werden, um Energiespitzen abzudecken. Das Ziel ist jedoch, dass Neutrino Energy Harvesting Systeme die Akkus schließlich ganz ersetzen. Geräte, die als erste von diesen neuen Systemen profitieren werden, haben einen geringen Ruhestrom, eine kleine Startspannung und benötigen nur wenige externe Komponenten. Dies trifft beispielsweise auf Mobiltelefone der neuesten Generation zu. Der geringe Energieverbrauch, der durch ein intelligentes Powermanagement unterstützt wird, ist hierbei entscheidend. Entwickler werden in Zukunft genaue Analysen durchführen müssen, um den Strombedarf der Geräte mit der durch Neutrino-Zellen gewonnenen Energie in Einklang zu bringen. Die nötige Steuerung kann je nach Anwendung und Energiequelle sowohl durch Hard- als auch durch Software erfolgen. Die Spannung einer Neutrino-Zelle variiert normalerweise je nach Laststrom.

Dazu passt die weltweite Weiterentwicklung der Technologien zum Energiemanagement. Dadurch werden zukünftige Elektrogeräte einen noch geringeren Stromverbrauch aufweisen. Damit werden auch die Neutrinoenergiezellen immer größere Bedeutung erlangen. Bis vor ein paar Jahrzehnten waren Neuerungen im Energiesektor ausschließlich auf mechanische Systeme bezogen. Von der theoretischen Erkenntnis der Elektrizität bis zu ihrer wirtschaftlichen Nutzung dauert es 100 Jahre. Ein Meilenstein in der technischen Entwicklung war sicher die Nutzung des elektrodynamischen Prinzips. Siemens schaffte es, Generatoren zu bauen, wo Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt wurde. Mittlerweile sind wir im Zeitalter der Homo electricus angekommen. Die Nutzung der sichtbaren Sonnenstrahlung durch die Solartechnik stieß die Tür zu diesem Zeitalter auf. Forscher entdeckten mittlerweile auch im nicht sichtbaren Bereich energiereiche Strahlung. Wandler für diese Strahlungsart sind mittlerweile zur Produktionsreife gebracht worden. Beiden Technologien ist gemeinsam, dass sie Elektronen in einem entsprechend vorbereiteten Material in Bewegung setzen. Dies stellt nunmehr eine Energieumwandlung ohne den Umweg über einen Generator dar.

Den erste Schritt in dieses neue elektrische Zeitalter stellen die Neutrino Power Cubes der 1. Generation dar. Durch diese Neutrino- Energiezellen wird mittelfristig die Verbrennung fossiler Energieträger zur Erzeugung von elektronischem Strom überflüssig.