(openPR) Die Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG hat ein Kompetenzteam „Energieeffiziente Systeme“ eingerichtet, um für kommende Entwicklungsaufgaben auf diesem hoch innovativen Gebiet gerüstet zu sein. Mit einer „intelligenten Kaffekanne“, die völlig energieautark ihre jeweiligen Füllstände an die Küche funkt, zeigen die Stuttgarter Fraunhofer TEG-Ingenieure unter anderem auch, wie bestehende und künftige Nanosysteme intelligent mit Energie versorgt werden können.
„Wir können uns hohe Energieeinsparungen mit kleinen und kleinsten Systemen vorstellen. Sperrige, schwere und ineffiziente Energiespeicher wie herkömmliche Batterien werden mehr und mehr überflüssig“, erklärt Dipl.-Ing. Ivica Kolaric, Leiter der Abteilung Prozessengineering Funktioneller Materialien bei der TEG und definiert das Ganze als die „Integration kleinster elektronischer Komponenten in energieeffiziente Systeme“. Für diese etwas sperrige Bezeichnung haben die TEG-Ingenieure eine sehr anschauliche Anwendung parat: eine auf den ersten Blick handelsübliche Kaffeekanne. Die TEG-Kanne gehört allerdings zu den intelligenteren ihrer Art, denn in die Praxis umgesetzt, wüsste das Küchenpersonal z. B. während einer Tagung immer exakt, an welchem Tisch frischer Kaffe fehlt. Die Kanne selbst meldet per Funkübertragung „bald leer“ oder „Kaffee zu kalt“. Die Technik, die dahinter steckt ist allerdings alles andere als kalter Kaffee, sondern eine neu entwickelte, hochsensible Sensorik, die völlig energieunabhängig arbeitet. Die elektrische Energie für ein LCD-Display und das Funkmodul bezieht die Kanne ohne Batterie direkt aus der Temperaturdifferenz zwischen Inhalt und Umgebungstemperatur. Fraunhofer-Mitarbeiter Dr. Friedemann Tonner: „Die Energieaufbereitung ist bereits ab einer Temperaturdifferenz von drei Grad Kelvin möglich. Dabei generiert ein geeigneter Thermowandler die elektrische Energie aus dem Wärmefluss.“ Zu dem autarken System gehören außerdem ein Sensor mit Energiemanagement, ein Low-Power-Mikrocontroller zur Auswertung der Signale und ein Funkmodul zur Kommunikation. Das Besondere dabei ist laut Friedemann Tonner das so genannte Energy Harvesting: „Die notwendige Schaltung, um aus der minimalen Spannung des Thermowandlers eine verwendbare Spannung zu bekommen, wurde eigens an der TEG entwickelt.“ Neben der Energie aus Wärme könnten auch andere Energiequellen wie Licht oder Vibrationen herangezogen werden, was das Einsatzspektrum energieautarker Systeme nochmals erweitert.
Dass sich diese kleinen autarken Kraftwerke bestens als Energiespender für noch kleinere Systeme anbieten, liegt auf der Hand. Da trifft es sich gut, dass in Kolarics Prozessengineering-Abteilung das zweite beherrschende Thema ultrakleine Nanosysteme sind. Hier haben die TEG-Forscher in jüngster Vergangenheit erstaunliche Durchbrüche erzielen können. So gibt es Aktuatoren auf Basis kleinster Carbon Nanotubes (CNT). Und inzwischen ist es den Stuttgarter Ingenieuren auch gelungen, die Nano-Kohlenstoffröhrchen in Composit-Werkstoffe einzubauen, um damit Scheiben- oder Sitzheizungen im Automobil zu realisieren – ohne Drähte, allein durch die in der Beschichtung mitverarbeiteten CNTs. In Koproduktion mit den energiesparenden Sensoriksystemen eröffnen sich hier völlig neue Visionen. Und zwar nicht nur für die Automotive-Industrie, die sich durch den ständig steigenden Energiebedarf für Komfort-, Sicherheits- und Kontrollfeatures einerseits sowie durch die Forderung nach Energieeinsparung andererseits längst in der Zwickmühle befindet.
Die Fraunhofer-Entwickler zeigen mit ihrem Kaffekannen-Beispiel aber auch, dass sich dieses Prinzip für unzählige industrielle Prozesse einsetzen ließe: „Im Industriekontext sind Kraft, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur interessante Messgrößen. An schwer zugänglichen Stellen oder bei beweglichen Maschinenteilen ist unsere energieautarke Sensorik und Übertragungstechnik schlichtweg konkurrenzlos“, ist Ivica Kolaric überzeugt, nennt aber auch noch andere Applikationsmöglichkeiten, z.B. in der Ventiltechnik, bei pneumatischen Systemen oder auch im Facility-Management: „Die neue Art der Mikro-Sensorik ist überall dort – energieunabhängig – einsetzbar, wo Prozesse gesteuert oder überwacht werden müssen.“
