Strom ohne Kabel

Das Aufladen des Notebooks, Handys oder anderer Elektronischer Geräte könnte eines Tages so einfach sein wie das Surfen im Internet – kabellos. Amerikanische Physiker haben eine Technologie vorgestellt, mit der eine drahtlose Stromversorgung möglich sein könnte. Ausgenutzt wird dabei das Prinzip der Induktion, der berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie durch elektromagnetische Felder.

Marin Soljacic vom Massachusetts Institute of Technology gehört auch zu den Menschen, die ständig vergessen, rechtzeitig ihr Handy aufzuladen. Wenn das Gerät anfängt, sich zu beschweren, ist es dann meist im unpassendsten Moment. „Mir passiert das – natürlich – immer mitten in der Nacht”, erklärt Soljacic. „Eines Nachts, gegen 3.00 Uhr, dachte ich mir: Wäre das nicht wunderbar, wenn sich das Ding einfach selbst aufladen würde?“ Angestachelt durch diesen Gedanken machte sich der Physiker an die Arbeit herauszufinden, ob es theoretisch eine Möglichkeit gibt.

Induktion: Transfer ohne Berührung

Immerhin wissen Physiker und Ingenieure schon seit fast zwei Jahrhunderten, dass elektrische Energie auch ohne Kabel physikalisch übertragen werden kann. Elektromotoren und Transformatoren enthalten beispielsweise Spulen, die Energie durch elektromagnetische Induktion weitergeben. Dabei erzeugt ein in der einen Spule fließender elektrischer Strom über magnetische Felder einen korrespondierenden Stromfluss in der Nachbarspule – ohne dass beide sich berühren. Auch andere elektromagnetische Strahlenformen, wie Radio- oder Mikrowellen transportieren zwar Energie, aber da sie in alle Richtungen strahlen, geht ein Großteil davon verloren oder wirkt dort, wo sie nicht soll.

Soljacic setzte daher auf die im Nahbereich wirksame Induktion, wie sie auch im Transformator vorkommt und entwickelte daraus ein Konzept, wie dieser Transfer auch über längere Distanzen – beispielsweise von einem Ende eines Raumes zum anderen – funktionieren könnte. Das besondere daran: Anstatt die gesamte Umwelt mit elektromagnetischen Wellen zu überfluten, würde ein solcher Stromtransmitter ein „nicht-radiatives“ Feld erzeugen – wahrnehmbar und nutzbar nur von den Geräten, die in Resonanz mit diesem Feld stehen. Wie genau das aussehen könnte, präsentiert Soljacic zurzeit auf dem Industrial Physics Forum (IPF) des American Institute of Physics.

Das Prinzip einer solchen Technologie ist zwar fest in altbekannten physikalischen Gesetzen verankert, dennoch ist der nicht-radiative Energietransfer eine Anwendung, die noch niemals näher erforscht worden ist. Die Details auszuarbeiten war dementsprechend kniffelig. Soljacic und seinen Kollegen nutzen dafür unter anderem theoretische Kalkulationen und Computersimulationen: „Es war am Anfang sicher nicht klar oder gar offensichtlich, wie gut es dann tatsächlich funktionieren würde, gerade in Anbetracht der Grenzen der zur Verfügung stehenden Materialien, der Umweltbedingungen und so weiter“, so der Forscher. „Noch weniger klar war uns auch, welches Design am besten funktionieren würde.“

Inzwischen haben die Physiker ein Design ausgearbeitet, dass zwar begrenzte Reichweite hätte, aber dennoch ausreichen könnte, um ein Objekt von der Größe eines Laptops im Umkreis von mehreren Metern um die Stromquelle drahtlos aufzuladen. Eine solche Stromquelle in jedem Raum könnte damit schon die gesamte Wohnung mit kabellosem Strom versorgen. Eine praktische Demonstration der Technologie haben die Wissenschaftler zurzeit bereits in Arbeit.

„Zuhause habe ich einen dieser Roboter-Staubsauger, die die Böden automatisch sauber halten“, erklärt Soljacic. „Er leistet gute Arbeit, aber nachdem er einen oder zwei räume gesaugt hat, ist die Batterie schon wieder leer.“ Hier könnte nach Ansicht des Forschers zukünftig einmal der nicht-radiative Transfer Abhilfe schaffen. Aber nicht nur Endgeräte für Verbraucher, auch industrielle Anwendungen könnten das neue Prinzip möglicherweise nutze, beispielsweise für die Stromversorgung freibeweglicher Roboter in den Fabriken.

(American Institute of Physics, 15.11.2006 – NPO)