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Dienstag, 23. Januar 2018

Automobil

Ultracaps feiern Premiere im Güterverkehr

Von Angela Schmid | 23. Oktober 2015 | Ausgabe 43

In der Formel 1 hat das Energierückgewinnungssystem Kers (Kinetic Energy Recovery System) längst Einzug gehalten. Jetzt hat das Technologie-Start-up Adgero Sarl zusammen mit Skeleton Technologies ein System zur Rückgewinnung von Bremsenergie für den Güterverkehr entwickelt. Tritt der Fahrer auf die Bremse, wird die Energie in der Batterie gespeichert.

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Foto: Val Thoermer/Panthermedia

Besonders auf hügeligen Landstraßen oder im Stadtverkehr können Ultrakondensatoren in Lkw ihr Potenzial ausspielen. Bei Brems- und Beschleunigungsvorgängen helfen sie, Sprit zu sparen.

Wo herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus längst schlapp machen, spielen Ultrakondensatoren – auch Ultracaps genannt – ihre Vorteile aus. Sie speichern die Energie in einer elektrischen Doppelschicht und nicht wie Batterien auf Basis einer chemischen Reaktion. Dadurch lassen sie sich blitzartig auf- und entladen. Mehr als 1 Mio. Lade- und Entladezyklen schaffen sie leicht, Akkus kaum mehr als 2000. Außerdem brauchen Ultracaps weniger als 60 s, bis sie aufgeladen sind.

Ein Zukunftsmarkt – Analysten erwarten im Jahr 2020 einen Umsatz von 3,5 Mrd. $ mit Ultrakondensatoren allein im Markt für elektrisches Equipment.

Für Schub sorgen z. B. die neuen Ultrakondensatoren von Skeleton Technologies mit einer elektrischen Kapazität von 4500 F, bislang lag die Höchstgrenze bei 3400 F. Das damit entwickelte Hybridsystem besteht aus mehreren Hochleistungs-Ultrakondensatoren, die entlang einer elektrisch angetriebenen Achse unter dem Lkw-Anhänger angebracht sind. Sie sollen den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen um 15 % bis 25 % verringern.

Das ist besonders im Stadtverkehr wichtig, wenn durch ständiges Stop-and-go immer wieder Energie in die Ultracaps eingespeist wird. Für den Einsatz von schweren Fahrzeugen wie Müllwagen und im Lieferverkehr sind sie daher gut geeignet. Auf der Landstraße ist der Einspareffekt allerdings gleich null. Auch weil sie eine relativ hohe Selbstentladungsrate haben.

„Für Adgero haben wir Hochleistungsmodule mit einem proprietären Managementsystem gekoppelt und somit die intelligente Überwachung und Steuerung im Energie- und Leistungsbereich ermöglicht“, erläutert Volker Dudek, CTO von Skeleton Technologies. Das Modul besteht aus fünf Einheiten mit jeweils 160 V. Dabei wird jede Zelle einzeln überwacht, so dass sich das Modul aktiv im Gleichgewicht halten kann.

Statt den heute üblichen organischen Kohlenstoff aus der Kokosschale zu nutzen, setzt das estländische Start-up auf Graphen. Eigentlich unmöglich, denn Ultracaps benötigen ein Elektrolyt, der im Graphen aufgrund seiner Struktur nicht einsetzbar ist. Dudek vergleicht dies mit einem Stapel Papier. Eine Flüssigkeit zwischen den einzelnen Seiten findet keinen Halt. Anders ist es, wenn man das Papier zerknüllt. Etwas ganz Ähnliches macht das Unternehmen aus Estland. „Auch das zerknüllte Graphen kann immer noch mehr Ladung aufnehmen als andere Verfahren und eine höhere Energie- und Leistungsdichte speichern“, erklärt der CTO.

Skeleton setzt dabei auf ein patentiertes Material, das als nanoporöser Kohlenstoff beschrieben und auch als „curved graphene“ (CDC) bezeichnet wird. Die gleichmäßige Porengröße führt zu einer sehr großen nutzbaren Oberfläche, was ideal für ionische Elektrolyte ist. Das Ergebnis ist eine doppelt so hohe Energiedichte und die fünffache Leistungsdichte – verglichen mit anderen Ultrakondensatoren.

Der hohe Reinheitsgrad von CDC sichert dabei die doppelte Stromtoleranz und den vierfach geringeren Widerstand. Die Entwicklungen sind damit noch längst nicht abgeschlossen. Bis 2020 soll die Energiedichte, die der Knackpunkt bei Ultracaps ist, auf 20 Wh/kg erhöht werden.

Volker Dudek ist überzeugt, dass sich das System, das auch nachgerüstet werden kann, durch die Einsparungen innerhalb von drei Jahren selbst finanziert. „Güterkraftfahrzeuge sind für ein Fünftel der CO2-Emissionen der gesamten EU verantwortlich. Daher sind Lösungen, die die Kraftstoffeffizienz verbessern, entscheidend.“

Zurzeit wird eine Kleinserienproduktion in Estland vorbereitet, wo auch die Gesamtfertigung stattfinden soll, um erste Erfahrungen mit dem System zu sammeln. Im kommenden Jahr sind Fahrtests mit dem französischen Logistikunternehmen Altrans, das über 11 000 Fahrzeuge in Europa im Einsatz hat, sowie die Markteinführung in Europa geplant. Die beiden Unternehmen rechnen bis 2020 mit einem Absatz von 8000 bis 10 000 Einheiten pro Jahr.

Der Fahrzeugbereich sei erst der Anfang. Dudek sieht Anwendungen auch bei der Frequenzstabilisierung von Netzen. „Bald entstehen neben Kurzzeitspeichern auch Hybridenergiespeicher mit höchster Energie- und Leistungsdichte, die zur Lösung der Speicherfrage und Stabilisierung der Stromnetze beitragen können.“

Derzeit baut Skeleton einen Container, gefüllt mit Ultracaps im Megawatt-Bereich, als Pilotprojekt. Ein Markt, auf dem die Esten bis 2020 ein Umsatzziel von 150 Mio. $ anvisieren.

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