Soll Sensoren speisen

Der Fahrradschlauch der Zukunft produziert Strom

Das Forschungsprojekt „Symphony“ zielt darauf ab, möglichst kosteneffizient und umweltfreundlich, ohne Kabelverbindung oder Batterie, Energie zu gewinnen.

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Ein kurzer Blick aufs Handy oder den Fahrradcomputer und schon hat man aktuelle Informationen über den Reifendruck vor Augen. Das ist keine Zukunftsmusik, das EU-Projekt „Symphony“ – koordiniert von der Grazer Forschungsgesellschaft Joaneeum Research – macht ́s möglich. Wichtig ist das etwa für die Energieeffizienz von E-Bikes und die Sicherheit beim Mountainbiken.

Was bei Autos längst Standard ist – eine automatisierte Reifendruckkontrolle – würde auch Radfahrern allerlei Vorteile bringen. Denn der Reifendruck wirkt sich direkt auf den Rollwiderstand, den Fahrkomfort, die Bodenhaftung aber auch auf den Durchstichschutz und damit auch auf die Sicherheit aus. Bei E-Bikes (3-8 bar) etwa hat der Rollwiderstand Einfluss auf die Akkulaufzeit. Bei Triathlons (8 bar) ist der Rollwiderstand ein entscheidender Faktor und beim Mountainbiken (1,5-2 bar) wird der Grip stark vom Luftdruck beeinflusst.

In allen Fällen ist eine regelmäßige Drucküberprüfung sinnvoll. Doch woher soll der Strom für die Datenübertragung aus dem Fahrradschlauch kommen? Damit befasst sich das EU-Projekt Symphony: Es zielt darauf ab, möglichst kosteneffizient und umweltfreundlich, ohne Kabelverbindung oder Batterie, Energie zu gewinnen.

Energy Harvesting: Bewegungsenergie wird in Strom umgewandelt
„Die Deformation des Schlauchs während der Fahrt wird in Energie umgewandelt mit deren Hilfe Sensordaten übermittelt werden. Das bedeutet: kinetische Energie wird zu elektrischer Energie“, so Projektkoordinator Jonas Groten vom Institut „Materials“. „Dafür braucht man ein Material mit elektromechanischen Eigenschaften als Umwandler.“ Bisher wurden dafür häufig Bleiverbindungen eingesetzt, die toxisch sind.

Und nun kommt das Institut „Materials“ ins Spiel: Hier beschäftigen sich Forscher und Forscherinnen seit mehr als zehn Jahren mit dem piezoelektrischen Polymer PVDF. Die Vorteile: PVDF ist ungiftig und ist sowohl kostengünstig als auch großflächig druckbar. Unter bestimmten Bedingungen bildet dieses Polymer eine Struktur, in der sich kleinste molekulare Dipole über einen großen Bereich aufsummieren. Man spricht dann von einer remanenten Polarisation. Wird dieses Polymer nun verformt, ändert sich diese Polarisation, und dadurch auch die Anzahl der elektrischen Ladungen in auf das Polymer aufgebrachten Elektroden.

Verbindet man diese Elektroden, wird bei mechanischer Verformung Strom generiert. Mit dem Wiener Fahrradschlauchhersteller Tubolito und dem Halbleiterproduzenten Infineon wurde das System einem mechanischen Belastungstest unterzogen, der einer 5000 Kilometer langen Fahrt entspricht.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten
Diese Technologie macht aber nicht nur Fahrradschläuche „intelligent“, sie kann überall dort zum Einsatz kommen, wo Sensoren Daten generieren und ein autarkes Energiesystem von Vorteil ist, etwa, weil eine Verkabelung nicht in Frage kommt, bzw. die Versorgung mit einer Batterie oder mittels Photovoltaik nicht zielführend ist: In den Wänden von Häusern, in der Karosserie von Fahrzeugen, im Fußboden, in Spielzeug oder in der Landwirtschaft.

Im Rahmen des Projekts werden noch zwei weitere Anwendungsbeispiele für das energieumwandelnde Polymer untersucht: Die Zustandsüberwachung in einer Windkraftanlage und die energieeffiziente Raumheizung. bzw. -kühlung eines smarten Hauses. Das EU-Projekt Symphony (kurz für: Smart Hybrid Multimodal Printed Harvesting of Energy) läuft seit 2020 und wird im April abgeschlossen sein.