Smart Streets – Energie ist überall

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Forscher machen unsere Straßen schlau. Energie ist überall, sie liegt in der Luft, in der Erde, im Wasser – man muss sie nur zu nutzen wissen. Wissenschaftler wollen nun sogar unser Strassennetz zur Energiegewinnung nutzen. Mit neuen Techniken soll Asphalt in Kraftwerke, Navigationssysteme und sogar Schadstofffilter verwandelt werden. Die Super-Highways der Zukunft sollen uns sicherer, schneller und umweltfreundlicher voran bringen. Wie das genau funktionieren soll lesen Sie hier.


Was kommt heraus, wenn man Straßen mit Smartphones kreuzt? Andreas Klok Pedersen, Partner des dänischen Architekturbüros Bjarke Ingels Group, hat auf diese Frage spektakuläre Antworten: In seinem „Plasti City“ genannten Konzept gleichen die Chausseen der Zukunft riesigen Displays aus LED-Leuchten. „Straßen reagieren auf ihre Umwelt“, sagt er.

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Wie die Straßen der Zukunft aussehen könnten zeigt diese Illustration der Straßen vor dem Brandenburger Tor in Berlin. Quelle: Audi Urban Future Award By Big

Fahrspuren, Verkehrsschilder und Ampeln gibt es nicht mehr – stattdessen organisiert sich der Verkehr spontan: Bunte Pfeile im Boden zeigen an, wohin computergesteuerte Autos fahren. Leuchtende Kreise markieren Fußgänger, um sie besser sichtbar zu machen. Und am Wochenende verwandeln die Leuchtmarkierungen die Straße in einen Marktplatz oder gar ein Fußballfeld.

Verkehrsadern = Energieadern

So ausgefallen die High-Tech-Vision klingt, die Pedersen in Berlin-Mitte verwirklichen will – sie zeigt, welches Potenzial für neue Mobilitätsideen in unseren Städten im wahrsten Sinne auf der Straße liegt. Denn Tag für Tag kommen neue Verkehrsadern hinzu. Bis 2050, schätzt die Internationale Energie Agentur (IEA), werden für 33 Billionen US-Dollar neue Straßen gebaut. Die Länge der weltweiten Verkehrswege erreicht dann 70 Millionen Kilometer. Die von ihnen bedeckte Fläche wäre so groß wie Deutschland.

Dieses Terrain nur als „Rollbahn“ für Autos oder Fahrräder zu verwenden halten Forscher zunehmend für Verschwendung. Sie glauben, dass unser Straßennetz – das größte Bauwerk, das die Menschheit je errichtet hat – viel mehr sein kann als nur eine endlos lange Teerstraße. Wenn Stromnetze intelligent werden (siehe: Smart Grids – Das Internet der Energie >>) und Handys smart – warum sollen dann nicht auch Straßen schlauer werden?

Das Startups Solarroadways aus den USA zum Beispiel will Straßen in Sonnenkollektoren verwandeln. Ein niederländisches Unternehmen arbeitet an einer temperaturempfindlichen Fahrbahnfarbe, die Autofahrer bei Frost vor Glatteis warnt. Und in Mannheim lädt Asphalt künftig Linienbusse an der Haltestelle per Drahtlosstrom auf.

Strom aus dem Asphalt

Wenn es nach Forschern der kalifornischen Eliteuniversität Stanford geht, können Elektroautos in Zukunft während der Fahrt ihren Akku laden. Die Kalifornier entwickeln eine Technik, mit der Autobahnen zu Stromschienen werden, die Energie drahtlos an die darüber fahrenden Autos funken. Dazu müssten sowohl im Asphalt als auch am Boden des Autos Metallspulen angebracht werden, die Energie durch die Luft übertragen, wenn sie in die gleiche Schwingung versetzt werden.

10 Kilowatt Leistung ließen sich so übertragen, schreiben die Forscher in einem jüngsten Aufsatz in der Zeitschrift Applied Physics Letters – genug, um ein Auto anzutreiben. Nur drei Prozent des Stroms sollen unterwegs verloren gehen.

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„Lukas, wo bist Du?“ „Ich lad nur mal kurz das Auto auf.“ Der Werbespot für Solarworld mit Lukas Podolski kann in Zukunft eine ganz neue Bedeutung bekommen.

Alles nur Visionen? Ja, noch. Allerdings sind die Visionen von heute die Realitäten von morgen. Doch man stelle sich nur einmal vor, mit einem Schlag wären alle Probleme der mangelnden Reichweite von Elektro-Autos gelöst. Man bräuchte nur noch einen vergleichsweise kleinen Akku, der sich während der Fahrt immer und immer wieder aufladen kann.

Bevor aber ganze Autobahnen umgerüstet werden, muss sich die Technik im kleineren Maßstab bewähren – etwa bei Linienbussen. So sollen ab 2014 in Mannheim auf einer Linie Elektrobusse fahren, die an jeder Haltestelle über Induktionsschleifen drahtlos Strom tanken.

Computergesteuerte E-Autos, LEDs im Straßenbelag – das amerikanische Architekturbüro Höweler + Yoon will alles zu einem 750 Kilometer langen, mehrstöckigen Superhighway kombinieren, der Boston mit Washington verbindet. Dort sollen S-Bahnen, Leihautos und Fahrräder verkehren, die Pendler staufrei ans Ziel bringen. Vorteil der hypothetischen Verkehrsader: Sie verbindet alle Verkehrsmittel und braucht weniger Fläche als heutige Trassen.

Womöglich wird sich ein Teil des Verkehrs sogar unter die Erde verlagern. Das plant das Schweizer Startup Cargo Tube. In einem breiten Tunnel transportieren E-Mobile Güter aller Art bei Tempo 30 von Stadt zu Stadt. Mit Strom versorgt und gelenkt werden die Transporter wie heute schon in Lagerhallen per Induktionsschleife im Boden. Die Shuttles fahren rund um die Uhr, stehen nie im Stau und sollen dank geringer Personal- und Energiekosten preiswerter sein als Lkw-Transporte.

Die Schweizer arbeiteten von Beginn an mit Logistikern wie dem Paketdienst DPD und der Supermarktkette Coop zusammen. „Wir haben die wichtigsten potenziellen Nutzer unseres Systems im Boot”, sagt Projektleiterin Yvette Körber. Binnen zehn Jahren, hoffen die Schweizer, wäre eine gut 50 Kilometer lange Pilotstrecke von Zürich zum Logistikkreuz Härkingen fertig – und übernähme die Hälfte des Güterverkehrs von der parallelen Autobahn.

Parkplatzsuche? Was ist das?

Künftig werden auch deutlich mehr Menschen und Güter unterwegs sein. Wenn mit dem Verkehrsaufkommen nicht auch Unfälle, Staus und Schadstoffe weiter wachsen sollen, müssen Straßen smart werden. Sie müssen helfen, den Verkehr besser zu organisieren – und darüber hinaus vielleicht auch ganz neue Funktionen übernehmen.

Jeden Abend beginnt in deutschen Innenstädten ein trauriges Schauspiel: Autofahrer manövrieren durch die Wohnviertel auf der Suche nach dem einen letzten freien Parkplatz. Das kostet Millionen Menschen Zeit, Sprit und Nerven. Ungefähr ein Drittel des Verkehrs in Innenstädten kommt allein durch die Stellplatzsuche zustande.

In Braunschweig soll das ein Ende haben. Dort testet das US-Startup Streetline zusammen mit dem Industriekonzern Siemens ein System, das Autofahrer per Smartphone-App zum freien Parkplatz navigiert. Dazu installiert Streetline Sensoren im Asphalt, die erkennen, ob dort ein Auto steht. Per Funk gelangen die Informationen an einen Server im Internet und von dort in die App. Noch sind in Braunschweig nur 60 Testsensoren installiert – in San Francisco dagegen sind es schon 7000. Wenn 100.000 Autofahrer dreimal pro Woche die Park-App nutzen, behauptet Streetline, spare das 670.000 Liter Benzin im Jahr.

Die Welt liegt uns zu Füßen und wir gehen drauf

„Die Welt liegt uns zu Füßen und wir gehen drauf“ rappten einst die Fanta 4 ohne dabei im Blick zu haben wieviel Energie die Vier dabei erzeugen könnten. Denn: eine weitere Technik, mit der Straßen künftig Informationen weitergeben, entwickelte die Amerikanerin Elizabeth Redmond. Sie baut mit ihrem Startup Powerleap Gehwegplatten, unter denen druckempfindliche Materialien Strom erzeugen. Der kann Sensoren betreiben, die per Funk Straßenlaternen aktivieren, wenn Fußgänger unterwegs sind.

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Power Leap Gehwegplatten wandeln Bewegungsenergie in Elektrische Energie um.

Die passenden Laternen, die solche Informationen verarbeiten, gibt es schon – zum Beispiel in der niederländischen Stadt Tulberg. Die Lichter werden automatisch heller, wenn Sensoren Fußgänger und Fahrzeuge registrieren. Die Technik, die unter anderem der Elektronikhersteller Philips anbietet, vermeidet gegenüber modernsten, ohnehin sehr genügsamen LED-Lampen weitere 30 Prozent Energie. In Deutschland ließen sich mit solch genügsamen Lampen jährlich mehr als 100 Millionen Euro sparen, ergab eine Befragung von mehr als 340 Gemeinden durch die Berater von PricewaterhouseCoopers (PwC). Bisher gehen viele Gemeinden anders vor: Jede vierte stellt Laternen nachts zum Teil komplett ab.

Die City erstrahlt

Der niederländische Designer Daan Roosegaarde findet all das nicht akzeptabel. „Wir brauchen derzeit eine Menge Hardware und Geld, um etwas Licht auf die Straßen zu bringen“, klagt er. Diesen Missstand will der 33-Jährige beseitigen und statt der teuren Beleuchtung nun selbstleuchtende Fahrstreifen einsetzen. Dafür hat er zusammen mit dem niederländischen Straßenbauer Heijmans eine phosphoreszierende Farbe entwickelt, die Mittelstreifen oder Spurbegrenzung auf dem Asphalt markieren und bis zu zehn Jahre halten soll. Sie speichert die Energie des Sonnenlichts und leuchtet damit bis zu zehn Stunden, wenn es dunkel wird. Derzeit statten Roosegaarde und Heijmans einen ersten gut 300 Meter langen Teil einer Landstraße im Süden der Niederlande mit der Leuchtfarbe aus.

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Straßen können mehr sein als wir uns heute überhaupt vorstellen können. 70 Millionen Kilometer Straße weltweit wartet auf weitere Einsatzgebiete.

Straßen als Solarkraftwerke

Roosegaarde und Heijmans haben berechnet, dass die Leuchtstreifen mit den Kosten für Installation und Betrieb von Straßenlaternen schon konkurrieren können. Künftig sollen sie noch günstiger werden. So ließen sich auch Straßen in Entwicklungsländern sichern, wo es in ganzen Regionen keine Stromversorgung gibt.

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Leuchtende Farben sind möglicherweise nur die Vorstufe einer noch radikaleren Idee, die das Startup Solar Roadways in den USA verfolgt, gegründet vom Ehepaar Scott und Julie Brusaw. Der Elektroingenieur und die technikbegeisterte Psychologin wollen Straßen nicht nur in Displays verwandeln, sondern auch in horizontale Solarkraftwerke. Solche neuartigen High-Tech-Straßen könnten nachts leuchten, tagsüber Warnhinweise einblenden und nebenbei ganze Städte mit Strom versorgen. (siehe hierzu auch: Brücke der Zukunft >>)

Ein Teil ihres Solar Roadway haben die Brusaws in ihrer Werkstatt bereits gebaut. Je 3,6 Meter lang und breit ist der Prototyp, in etwa so groß wie ein Parkplatz. Seine oberste Schicht, die Fahrbahn, besteht aus ultrahartem Glas. Damit Autos darauf nicht rutschen, ist sie angeraut. Unter dem Glas verbergen sich Solarzellen, die Strom produzieren, sowie ein Raster aus LEDs, das Verkehrshinweise und Fahrbahnmarkierungen anzeigt. Wärmedrähte können im Winter die Straße beheizen, wenn Glatteis droht. In der untersten Schicht des Multitalents verlaufen Kabel, die Häuser in der Umgebung mit Strom versorgen.

Zunächst klingt das absurd teuer. Aber das Ehepaar rechnet damit, dass sich Solarstraßen von selbst finanzieren: Erstens wird Öl knapp und damit auch Asphalt immer teurer. Zweitens beherbergen die Panels auch Strom- und Telefonleitungen, für die heute noch eigene Gräben gezogen werden. Und drittens, glauben die Brusaws, könnten Fotovoltaik-Straßen in den USA mehr als dreimal so viel Strom erzeugen, wie das Land heute verbraucht.

Solarthermie im Asphalt

Schon jetzt Realität sind Straßen, die Solarenergie nutzen, um Wasser zu erwärmen, das durch im Asphalt eingelassene Rohre fließt. Das niederländische Straßenbauunternehmen Ooms hat auf seinem Parkplatz sowie mehreren anderen ein System installiert, das im Sommer heißes Wasser in rund 100 Meter tiefe Hohlräume im Untergrund transportiert, wo es bis zum Winter lagert. In der kalten Jahreszeit heizt das warme Wasser aus dem Untergrund das Bürogebäude von Ooms und hält gleichzeitig den Parkplatz schneefrei.

Das britische Startup ICAX beheizt mit einer ähnlichen Technologie seit 2011 ein riesiges Ausbildungszentrum für 2000 Schüler nahe London. Das Warmwasser liefern 14 Kilometer lange Rohrleitungen auf einem Parkplatz. Gas für die Heizung brauchen die Betreiber nicht mehr.

Straßenbelag soll Abgase fressen

Eine stark befahrene Straße in Chicago leistet seit wenigen Monaten noch Erstaunlicheres: Ihr Bodenbelag frisst buchstäblich die Abgase, die der über sie rollende Verkehr produziert. Scheint die Sonne auf die Fahrbahn, lösen winzig kleine Partikel aus Titanoxid, die dem Asphalt beigemischt sind, chemische Reaktionen aus. Stickstoffoxide aus Autoabgasen, die beim Menschen zu Lungenschäden führen, verwandeln sich dann in gesundheitsneutrale Salze. Die spült der nächste Regen weg.

Entwickelt hat den Asphalt der italienische Baustoffkonzern Italcementi. Versuche des Unternehmens ergaben, dass die beschichtete Straße bis zu 85 Prozent der Abgase in Bodennähe abbaut. Laut dem Chicagoer Umwelt- und Nachhaltigkeitsreferat kostet die 14 Millionen Dollar teure Strecke sogar rund ein Fünftel weniger als herkömmliche Bauprojekte.

Verblüffende Ideen und man sieht deutlich: Straßen können mehr und müssen das in Zukunft auch, um das wachsende Aufkommen von Mobilität und Energiebedarf zu bewältigen.

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