Flugzeuge per Gedanken steuern

Erfolgreiche Simulation. Werden Flugzeuge bald per Gedanken gesteuert? Mit den eigenen Gedanken ein Flugzeug steuern: Was nach Science-Fiction klingt könnte bald Realität sein. In München haben Probanden nun erstmals wirklichkeitsnahe Tests im Flugsimulator überstanden – mit überraschenden Ergebnissen.
Allein durch gedachte Kommandos können Piloten möglicherweise einmal ihr Flugzeug steuern. Das hirngesteuerte Fliegen habe erstmals am Simulator funktioniert – und zwar mit überraschender Genauigkeit, teilte die Technische UniversitätMünchen(TUM) am Montag mit. Elektrische Potenziale werden dabei in Steuerbefehle umgewandelt.

„Es ist nicht so, dass direkt Gedanken gelesen werden, sondern in dem Experiment stellt sich der Pilot Bewegungen seiner Hände vor. Wenn er das nicht macht, fliegt das Flugzeug im Idealfall geradeaus weiter“, sagte Luft- und Raumfahrtingenieur Tim Fricke, der das Projekt an der TUM leitet.

Denke der Pilot etwa ans Essen, ändere das nichts am Flug, da bei Hunger andere Neuronen aktiv würden. „Es ist meines Wissens das erste Mal, dass das in einem realitätsnahen Simulator gemacht worden ist“, sagte Fricke. Es habe aber schon ähnliche Experimente mit Drohnen und mit Autos gegeben.



Guillermo Falconi probt das hirngesteuerte Steuern eines Flugzeugs in Garching bei München

Per Gedankenlenkung die Flugprüfung bestehen?

Bei dem Gemeinschaftsprojekt mit der TU Berlin werden Hirnströme gemessen, die für das Lenken zuständig sind. „Allerdings ist eine Idee, dass es andersherum funktionieren könnte. Nämlich dass man als Mensch lernt, Hirnströme zu erzeugen und zu lenken – wie man lernt, ein Musikinstrument zu spielen“, ergänzte Fricke. Auch dazu gebe es bereits Versuche.
Bei dem Flugtest stiegen sieben Probanden mit unterschiedlichen Kenntnissen in denFlugsimulator

. Ein Teilnehmer hatte gar keine praktische Erfahrung im Cockpit. Die Genauigkeit, mit der die Versuchspersonen allein durch gedachte Kommandos den Kurs halten konnten, hätte teils sogar den Anforderungen einer Flugschein-Prüfung genügt, sagte Fricke. Auch der Landeanflug bei schlechter Sicht sei einigen gut gelungen.

Welche Probleme nun gelöst werden müssen

Die Forscher beschäftigen sich nun mit Anforderungen an das Steuerungssystem und die Flugdynamik. Der Pilot spürt normalerweise Widerstände bei der Steuerung und muss Kraft aufwenden, wenn das Flugzeug zu sehr belastet wird. Das fällt beim hirngesteuerten Fliegen weg. Daher müsse der Pilot auf alternativen Wegen eine Rückmeldung erhalten, ob er etwa das Flugzeug zu stark beansprucht.

Die Forscher wollen ihr Projekt Ende September beim Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress vorstellen. Bis zur Anwendung wird es aber noch lange dauern. Fricke: „Bis es überhaupt die technische Reife erlangt hat, vergehen sicher noch Jahre, Jahrzehnte.“

via: http://www.focus.de/wissen/technik/

Ausrollbare Aquawand kann Fluten schnell stoppen

Ein deutscher Ingenieur hat eine mobile Schutzwand entwickelt, die vor Hochwasser schützt. Die Erfindung kann dazu beitragen, dass sich Städte künftig extrem schnell vor den Fluten wappnen können. Von Silvia von der Weiden


Foto: Infografik Die Welt

Hochwasser-Schutzwände werden bisher in Depots gelagert. Künftig wäre es möglich, eine ausrollbare Folie unter dem Bürgersteig zu installieren, die bei Bedarf von zwei Technikern sehr schnell aufgebaut werden kann

Moderne Technik für den Hochwasserschutz ist kostspielig. In Dresden schützen derzeit mobile Schutzwände die Semperoper vor dem Elbehochwasser. Riesige Wassertanks fangen das abgepumpte Sickerwasser auf, das der Fluss in die Keller des Gebäudes drückt.

Rund 130 Millionen Euro hat das die Stadt gekostet. Angesichts der 50 Millionen Euro Schäden, die die Flut 2002 an dem historischen Gebäude verursachte, ist das eine Aufwendung, die sich nun bezahlt macht. Auch am Rhein wird Hochwasserschutz großgeschrieben.

Allein die Stadt Köln investierte in den vergangenen Jahren 260 Millionen Euro in Schutzmaßnahmen. Als eine der wirkungsvollsten hat sich schon mehrfach die insgesamt 9,3 Kilometer lange und bis zu vier Meter hohe, mobile Hochwasserschutzwand bewährt, welche die tief gelegene Altstadt und weitere Stadtteile sogar vor einem Rekordhochwasser sichern soll.

„Solche mobilen Schutzwände bestehen aus zwei Komponenten: den Mittelstützen, die im Hochwasserfall in regelmäßigen Abständen montiert werden, und den Dammbalken, die dazwischen gestapelt werden. Spezielle Verschraubungs- und Anpresstechniken sorgen für die Dichtigkeit der Schutzwand“, erläutert Xaver Storr. Er ist Geschäftsführer beim mittelständischen Anlagenbauer IBS aus dem bayerischen Thierhaupten, der die Kölner Hochwasserschutzwand ausgeführt hat. Diese lagert normalerweise, in mehrere Teile zerlegt, im Depot.

Ist Hochwasser zu erwarten, muss der Aufbau schnell gehen. Das erfordert neben einer ausgeklügelten Logistik vor allem auch leichte und kompakte Bauteile. Um neben den Dammbalken auch die Stützen unter ein Gewicht von 70 Kilogramm zu drücken, hat das Unternehmen daher eine neue Stützengeneration aus reinem Aluminium entwickelt.

Schutzwand muss gewaltigen Kräften standhalten

„Damit können die Bauteile mit zwei Mann unabhängig von zusätzlichem technischem Gerät installiert werden“, erklärt Storr. Zwei bis drei Tage Vorlauf braucht es aber auch dann, um die Schutzwand in der gesamten erforderlichen Länge zusammenzubauen. Die Schutzwand muss bei ihrem Einsatz im Hochwasser gewaltigen Kräften standhalten.

„Beim Volleinstau mit maximalem Pegelstand haben wir eine Flächenlast von mindestens zwei Tonnen pro Quadratmeter im obersten Meter der Schutzwand berücksichtigt“, erläutert der Experte. „Außerdem muss die Wand auch an ungünstigen Stellen des Bauwerks einem Anprall etwa durch Treibgut widerstehen, was einer Einzellast von drei Tonnen entspricht.“

Die sichtbare Schutzwand ist aber nur der kleinere Teil einer mächtigen Konstruktion, die auf Stahlbeton ruht. Je nach der Beschaffenheit des Untergrundes ist das Fundament bis zu 20 Meter tief im Boden verankert und hält so das vom Fluss eindringende Sickerwasser zurück. Zusätzlich sorgen Pumpwerke in regelmäßigen Abständen dafür, dass nachdrängendes Wasser nicht unter das Fundament gelangt.

Es müsste doch auch einfacher und schneller gehen, dachte sich ein Münsteraner Wasserschutzingenieur und entwickelte 2006 mit Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt die „ausklappbare Stauwand“.

„Die Schutzwand besteht aus einer dicken, polyesterverstärkten PVC-Plane, die von Stahlpfosten in regelmäßigen Abständen gehalten wird. Auf der wasserabgewandten Seite wird die flexible Kunststofffolie zusätzlich durch ein aufgespanntes Lawinenschutznetz aus Stahl verstärkt, was der Schutzwand die nötige Stabilität verleiht“, erläutert Hartmut Wibbeler, der Erfinder des Systems.

200 Meter lange Schutzwand extrem schnell aufgebaut

Sicherheitsgurte, die von Pfosten zu Pfosten gespannt werden, verstärken das Ganze. Der Clou: Die bis zu 1,80 Meter hohe Folie samt Netz ist zusammenrollbar und verschwindet normalerweise in einem Betonkanal, der Teil beispielsweise eines Bürgersteiges oder eines Deiches ist.

Im Ernstfall lässt sich die Schutzwand dann ruck, zuck ausrollen. „Ausgerüstet mit einem Haken und einem Multischlüssel, bauen zwei Personen in zwei Stunden 200 Meter der Schutzwand auf“, verspricht Wibbeler.

Er vermarktet das System inzwischen bereits kommerziell. Noch steht die große Bewährungsprobe dafür allerdings aus. Sicherheitstests am TuTech Zentrum für Klimafolgenforschung in Hamburg-Harburg haben ergeben, dass die Schutzwand auch bei hohen Anprallversuchen von Treibgut nicht versagt, so Wibbeler. Und auch bei den Dichtigkeitstests der Folie hätte sich nur eine geringe Durchsickerungsrate ergeben.

Der Wasserschutzingenieur zeigt sich deshalb auch sehr zuversichtlich: „Wir haben die mobile Schutzwand schon auf mehreren Messen und Ausstellungen vorgestellt. Das Interesse daran war groß.“ An einer ausfahrbaren Hochwasserschutzwand haben sich zuvor auch schon die Hersteller von Dammbalken-Wänden versucht.

„In ein solches Vorhaben haben wir viel Entwicklungsarbeit und Zeit gesteckt“, sagt IBS-Experte Storr. „Aber eine solche Technik wird nicht vom Markt nachgefragt.“ Immerhin einen Fortschritt kann das Unternehmen dabei aber vermelden: In einem Projekt in Irland erprobt es nun eine Hochwasserschutzwand, bei der zumindest die Pfosten versenkbar sind.

via: http://www.welt.de/wissenschaft/umwelt/

Astronauten sollen ihr Essen selber drucken

Nasa-Forschungsprojekt. Auf Flügen zum Mars sollen Astronauten sich ihre Mahlzeiten aus dem Drucker holen. So sieht es jedenfalls ein aktuelles Forschungsprojekt vor. Sogar gegen Ernährungsprobleme in der Dritten Welt soll die Technik helfen.


TNO Research
Gedrucktes Essen: Algen, Gras und Insekten als Nährstofflieferanten

Bis jetzt ist es nicht viel mehr als ein interessantes Konzept, aber der Nasa ist es immerhin 125.000 Dollar wert. So viel investiert die amerikanische Raumfahrtbehörde in die Entwicklung eines 3-D-Druckers für Lebensmittel. Dabei geht es weniger um die Realisierung von Science-Fiction-Visionen wie dem Replikator aus „Star Trek“. Vielmehr stellt sich mit Blick auf künftig geplante Langzeitmissionen zum Mars die Frage nach der Lebensmittelversorgung der Astronauten.

Der Entwurf des Nasa-Partners Systems & Materials Research Corporation (SMRC) sieht dabei vor, dass ein 3-D-Drucker die verschiedenen Bestandteile menschlicher Ernährung in pulverisierter, lagerfähiger Form verarbeitet. Zucker, Proteine und Kohlenhydrate würden dann je nach zuvor vom Computer geladenen „Rezept“ zusammengestellt und tellerfertig produziert. Die ersten Entwürfe für das Astronautenessen der Zukunft sehen allerdings noch etwas fremdartig aus und erinnern ein wenig an Hundekuchen.

Hinter SMRC steht Anjan Contractor, ein Ingenieur mit einiger Erfahrung im Bereich des dreidimensionalen Druckens. In den kommenden Wochen will er sich zunächst an die Umsetzung eines vergleichsweise einfachen Rezepts machen und mit einem 3-D-Drucker eine Pizza herstellen. Deren Schichtaufbau kommt dem Druckverfahren entgegen. Die Grundlage soll ein Teigboden bilden, der im Moment des Drucks auf einer beheizten Unterlage gebacken wird. Danach soll eine Art Tomatensauce aufgebracht werden, gefolgt von einer Protein-Schicht. Die Zutaten sollen dem Gerät in Pulverform zugeführt und vor dem Drucken mit Wasser und Öl zu einer druckbaren Masse verarbeitet werden.

Einen Prototyp für dieses Verfahren gibt es bereits, einen 3-D-Drucker, der Schokolade druckt. Ende 2012 veröffentlichte Contractor einen Videoclip vom Schokodrucker.

Nach Contractors Vorstellungen soll das Druckproject Open Source bleiben, so dass Anwender in aller Welt kreative Nutzungsansätze für die Technik entwickeln können. Das ist naheliegend, weil der Entwurf für den Speisendrucker seinerseits auf einem Open-Source-Projekt beruht, dem RepRap-Drucker.

Doch Anjan Contractor hat nicht nur die Ernährung von Astronauten im Blick, er hofft, sein Konzept könne einen entscheidenden Beitrag gegen den Hunger in der Welt leisten. Er glaubt, angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung könnte synthetisierte Nahrung aus dem Drucker Versorgungsprobleme lösen.

In dieselbe Richtung gehen auch Forschungen des niederländischen Think-Tanks TNO Research. Deren Argument: Per Drucker produzierte Nahrung könnte auf Grundsubstanzen basieren, die sich leicht aus pflanzlichen und tierischen Quellen herstellen lassen, die in ihrer natürlichen Form nicht für Menschen geeignet wären. Das könnten beispielsweise Algen, Gras oder Insekten sein; also Material, das fast überall zur Verfügung steht.

via: http://www.spiegel.de/netzwelt/

Windenergie: Neue Windturbine schmiegt sich an Hausfassaden

Windräder haben sich seit ihrer Erfindung vor mehr als 3000 Jahren kaum verändert: Flügel rotieren im Luftstrom und verwenden die Energie, um ein Getriebe zu bewegen. Niederländische Forscher wollen mit diesem Prinzip jetzt radikal brechen: Sie haben eine Windturbine entwickelt, die ganz ohne bewegliche Teile auskommt. Statt drehender Flügel nutzt sie fallende Wassertropfen, um Strom zu erzeugen.


Copyright: TU Delft

Das klingt nach einem verspäteten Aprilscherz. Aber auf dem Campus der Technischen Universität Delft ist seit kurzem ein Prototyp des neuartigen Kraftwerks installiert. Der Electrostatic Wind Energy Convertor, kurz Ewicon, besteht aus einem etwa drei Meter hohen Rahmen, indem zahlreiche Rohre horizontal untereinander angebracht sind.

Jedes Rohr ist mit Elektroden bestückt – und außerdem mit Düsen, die kontinuierlich Wassertropfen abgeben. Diese sind positiv geladen – zum Beispiel durch einen hohen Salzgehalt. Weht der Wind diese Tropfen nun davon, dann entsteht ein elektrischer Strom. Und den kann man ins Stromnetz einspeisen.

Vorteil des Systems: Es gibt keine beweglichen Teile, die verschleißen könnten. Das verspricht geringere Wartungskosten als bei heutigen Windrädern. Zudem verursacht die Wassertropfen-Windturbine keinen Lärm und keine nervig flackernden Schatten. Auch stellt die Anlage keine Gefahr für Vögel dar.

Hausfassade erntet Windenergie

“Das Ewicon könnte künftig in Städten eingesetzt werden”, hofft der Ingenieur Dhiradj Djairam, der die neuartige Turbine im Rahmen seines Phd mitentwickelt hat. “Es könnte sich etwa als flache Fassadenschicht über Häuser ziehen und dort Strom produzieren.” Auch für den Offshore-Einsatz sei die Technik ideal: “Salzwasser gibt es dort im Überfluss”, sagt Djairam. Und gerade bei Offshore-Windrädern sind Techniken gefragt, die den teuren Wartungsaufwand verringern.
Noch aber ist die Erfindung der Holländer lange nicht leistungsstark genug für den kommerziellen Einsatz. “Wir wandeln derzeit im Labor nur ein bis zwei Prozent der Windenergie in Strom um”, sagt Djairam, “das sind einige Watt pro Quadratmeter.” Eine Turbine von der Größe eines Sechs-Megawatt-Windrades käme nur auf 0,5 Megawatt Leistung.

Darum will Djairam mit seinen Kollegen die Technik jetzt deutlich effizienter machen. “Wir wollen 15 bis 20 Prozent der Windenergie in Strom umwandeln”, sagt er. Damit könnten Großanlagen dann vielleicht mit herkömmlichen Windrädern in Wettbewerb treten.

Sehen Sie hier, wie das neuartige Windkraftwerk funktioniert:

via: http://green.wiwo.de

Forscher drucken Leuchttapete

Lichtfolie – Leuchtende Dioden herzustellen, ist aufwendig und teuer. Skandinavische Forscher stellen nun eine günstige Alternative vor: Ihre Leuchtfolie lässt sich so einfach herstellen wie eine Zeitung.

Wissenschaftler aus Skandinavien haben eine Art Druckverfahren für selbstleuchtende Folie entwickelt. Sie sei robust, vielseitig einsetzbar und könne im industriellen Maßstab rollenweise produziert werden, schreibt das Team um Andreas Sandström von der Universität Umeå in Schweden im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“. Damit rückten Anwendungen wie eine bezahlbare Leuchttapete einen Schritt näher.

Kern der Leuchtfolie ist ein Kunststoff auf Kohlenstoffbasis, der bei Anlegen einer elektrischen Spannung Licht abstrahlt. Diesen Spezialkunststoff tragen die Forscher wie Tinte flüssig auf eine elektrisch leitende Trägerfolie auf. Auf die getrocknete Polymerschicht kommt eine halbdurchsichtige, ebenfalls elektrisch leitende Schicht als zweiter Anschluss.

Beide Beschichtungen haben die Forscher auf die Folie aufgetragen, indem diese über eine Trommel gezogen wurde, die sich unter einer Düse dreht. Auf diese Weise ließen sich ganze Rollen der Leuchtfolie herstellen, erläutern die schwedischen und dänischen Wissenschaftler. Das Herstellungsprinzip gleicht dem Drucken einer Zeitung.

Schichten der Leuchtfolie: Die strahlende Tapete besteht aus mehreren Schichten. Auch wenn sie nicht die gleiche Dicke haben, leuchtet die Folie gleichmäßig, berichtet das Team um Andreas Sandström von der Universität Umeå (Schweden).

Wie lange hält die Leuchtkraft?

Das Licht von der Rolle ähnelt organischen Leuchtdioden (OLEDs), von denen sich Forscher ähnliche Anwendungen versprechen. Trotz 20 Jahren Forschung existiere für OLEDs bislang jedoch kein preiswerter Prozess für die Herstellung im industriellen Maßstab, schreiben die Forscher.

Das Team setzte daher auf sogenannte Licht emittierende elektrochemische Zellen (Light Emitting Electrochemical Cells; LECs oder LEECs). Die hätten im Vergleich zu OLEDs entscheidende Produktionsvorteile, betonen sie. Die gesamte Herstellung lief bei normalen Umgebungsbedingungen ab, während zumindest manche Produktionsschritte von OLEDs im Vakuum stattfinden müssten.

Anders als organische Leuchtdioden würde es den LECs auch wenig schaden, wenn die Schichtdicke schwankt – was bei der verwendeten Drucktechnik passiert. Allerdings würden Sauerstoff und eine höhere Luftfeuchtigkeit die Leuchtkraft von LECs ebenso beeinträchtigen wie die von organischen Leuchtdioden. Kapselt man die Leuchtzellen ein, sollte dies jedoch unproblematisch sein.

Bevor eine günstige Leuchttapete auf den Markt kommt, müssten allerdings noch einige Eigenschaften der Folie verbessert werden – unter anderem die Haltbarkeit der Leuchtkraft.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/

Endlich fließt Ketchup aus der Flasche

Dank Hightech-Beschichtung. Das Problem bringt Fast-Food-Freunde seit über einem Jahrhundert an den Rand des Wahnsinns: Ketchup, der partout nicht aus der Flasche kommen will. Jetzt könnten Forscher das Problem endlich gelöst haben – mit einer Beschichtung, die der Sauce keine Chance lässt.

Wer kennt ihn nicht, den Ärger mit der Ketchupflasche? Man schwingt, man schüttelt, man klopft, und am Ende popelt man mit dem Messer in der Öffnung herum, das natürlich sowohl für das Messer als auch für den Ketchup zu eng ist: Das rote Zeug will nicht hervorquellen.

Jetzt aber könnten Forscher des renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston das Problem endlich gelöst haben: Eine Hightech-Beschichtung macht das Innere der Flasche so rutschig, dass selbst widerspenstigster Ketchup von der Schwerkraft unaufhaltsam in Richtung Burger und Pommes gezogen wird.

Die Varanasi Research Group hat damit jetzt unter 215 Teams den zweiten Platz bei der „$100k Entrepreneurship Competition“ des MIT belegt, einem Wettbewerb um geschäftstaugliche Erfindungen. Zu Platz eins hat es zwar nicht gereicht, dafür aber hat das Team den Publikumspreis gewonnen.

Doktorand Dave Smith hatte Ingenieure und Experten für Nanotechnologie versammelt, um dem Ärger mit dem Ketchup den Kampf anzusagen. Nach angeblich nur zwei Monaten kamen die Tüftler mit einer Substanz aus dem Labor, die sie LiquiGlide nennen.

Das Rezept verraten die Forscher natürlich nicht – zumal sie ein offensichtliches Interesse daran haben, ihre Erfindung gewinnbringend zu verkaufen. Es handle sich um „eine Art strukturierte Flüssigkeit“, sagte Smith der Website Fastcompany. „Sie ist steif wie ein Feststoff, aber so glatt wie eine Flüssigkeit.“ Man könne sie auf unterschiedliche Arten von Verpackungen wie Glas oder Plastik auftragen und sie auch in Flaschen sprühen. Sie bestehe aus Substanzen, die ungiftig und allesamt von der US-Lebensmittelbehörde FDA freigegeben seien.

Die MIT-Forscher sind freilich nicht die ersten, die an einem derartigem Produkt arbeiten. Seit Jahren arbeiten Wissenschaftler und Techniker an selbstreinigenden Beschichtungen, an denen diverse Stoffe einfach abgleiten.

LiquiGlide könne nicht nur allen möglichen dickflüssigen Ärgernissen ihren Schrecken nehmen, sondern auch beim Sparen helfen, meint Smith. Allein in Flaschen verkaufte Saucen seien ein Markt von 17 Milliarden Dollar. „Wenn alle diese Flaschen unsere Beschichtung hätten, würden wir nach unseren Schätzungen rund eine Million Tonnen Lebensmittel sparen, die wir jedes Jahr wegschmeißen.“

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Lasern gegen Unkraut

Forscher erproben neue Technik: Laserstrahlen gegen Unkraut. Mögliche Revolution in der Bekämpfung von Unkrauft: Wissenschaftler erproben Laserstrahlen als umweltfreundliche Alternative zur chemischen Vernichtung. In welcher Größenordnung die Idee einsatzfähig ist, ist allerdings noch unklar….

Die Forscher hoffen mit der Laserbehandlung den Einsatz giftiger Herbizide einzudämmen. Dazu haben sie eine Anlage entwickelt, die automatisch über Felder oder Beete fahren kann. Eine Kamera erkennt aufsprießendes Unkraut und vernichtet es per Laserstrahl. Mit der im Labor entwickelten ersten Apparatur lässt sich bisher allerdings erst eine etwa ein Quadratmeter große Fläche im Gewächshaus behandeln.

Das Projekt des Instituts für Biologische Produktionssysteme der Uni Hannover und des Laser Zentrums Hannover wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Das Interesse aus der Industrie sei groß, sagte Projektleiter Thomas Rath einer Pressemitteilung zufolge: „Überall dort, wo eine Überfahrt über das Beet relativ leicht zu realisieren ist, könnte das System bald zum Einsatz kommen – zum Beispiel in Gewächshäusern oder Baumschulen.“

Der Einsatz auf großen Äckern ist noch nicht sicher

Bis es so weit ist, haben die Wissenschaftler allerdings noch eine Menge kniffliger Fragen zu klären. So muss die Intensität der Bestrahlung genau abgestimmt werden. Laser mit zu geringer Energiemenge wirken nämlich eher wachstumsfördernd, haben sie festgestellt. Die zweite Herausforderung liegt darin, das Unkraut zu erkennen. Kameras filmen die Pflanzen, eine Software misst ihre Konturen. „Wir haben Algorithmen für viele verschiedene Unkräuter“, erläuterte Rath den bisherigen Stand.

Ob die Lasertechnik auch auf großen Äckern eingesetzt werden kann, ist noch völlig unklar. Eine Montage des Lasers auf Schleppern kommt nicht infrage, da die Strahlen bei Erschütterungen ihr Ziel verfehlen. „Wir forschen im Moment an Drohnen – kleinen Robotern, die im Schwarm über das Feld fliegen“, sagte Rath. Interessant sei der Laser auch für die Unkrautbekämpfung etwa in Wasserschutzgebieten, wo der Einsatz von Herbiziden verboten ist. Bisher werde im Ökolandbau Unkraut meist per Hand gezupft oder abgeflämmt. Mit ein bisschen Glück könnte diese unbeliebte Arbeit bald überflüssig werden.

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Schwimmende Windräder liefern Strom im Überfluss

Auf hoher See wehen die stärksten Böen. Im Meer flexibel verankerte Plattformen werden mit Windrädern bestückt und sollen die Energie aus den Stürmen nutzen. Erste Anlagen sind bald einsatzbereit. Einen kapitalen Brocken von mehr als 20.000 Tonnen will das norwegische Unternehmen Hexicon zu Wasser lassen. Die schwimmende Plattform besteht aus sechs Knotenpunkten, die mit massiven Streben verbunden sind. Darauf werden mehr als 30 Windräder platziert.

Damit die im Durchmesser fast einen halben Kilometer große Plattform nicht durch die See treibt, ist sie an Granit- oder Betonpfeiler gebunden, die am Meeresboden verankert sind.

Und sie sitzt auf einem Drehkopf, damit sie sich am Wind ausrichten kann. Das erhöht nicht nur die Ausbeute an Windenergie, es bewahrt auch vor Schäden durch zu starke Winde. Letztlich sollen die auf der Plattform montierten Rotoren mehr als 50 Megawatt Strom produzieren.

So könnten sie aussehen, die Windkraftanlagen der Zukunft: Sie stehen nicht mehr an Land oder in eher seichtem Gewässer wie in der Nordsee, sondern schwimmen auf hoher See.

In Japan sollen sieben Projekte umgesetzt werden, eine Anlage ist schon zu Wasser gelassen, eine größere mit zwei Megawatt folgt 2013. Auch Mitsubishi will sich an einem der Projekte beteiligen und 2017 eine Anlage schwimmen lassen.

Vor der Nordküste Spaniens ist ein 1,5-Megawatt-Windrad geplant. Der norwegische Konzern StatoilHydro will einen ganzen Park schwimmender Anlagen vor der Küste des US-Bundesstaates Maine installieren. Vier solcher Anlagen können zusammen zwölf Megawatt Strom erzeugen – weit draußen auf hoher See.

„Je tiefer das Wasser, desto stärker der Wind darüber“, sagt Jochen Bard. Der Abteilungsleiter für Meeresenergienutzung beim Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel forscht daran, wie man Windkraftanlagen auf hoher See wirtschaftlich installieren kann.

Das geht nur über schwimmende Windräder, da sich im tiefen Wasser, über dem die starken Winde wehen, keine Gerüste auf dem Meeresboden errichten lassen, auf denen die Anlagen montiert werden.

Potenzial geht Richtung unendlich

Weltweit arbeiten Wissenschaftler an der vielversprechenden Technik. „Das Potenzial durch die vorhandene Meeresoberfläche ist praktisch unendlich. Es ist um ein Vielfaches größer als der globale Energiebedarf“, sagt John Olav Tande vom norwegischen Energy Research Centre (Sintef).

Rund um den Globus berechnen Regierungen, wie viel sauberen Strom sie vor ihren Küsten ernten und wie viel Kohlenstoffdioxid sie dadurch einsparen können.

Etwa 60 Prozent der Windkraft-Ressourcen der USA liegen jenseits der Küsten über mindestens 100 Meter tiefem Wasser. Auch Japans Küsten fallen steil ab, ebenso die vor Spanien, Portugal und Norwegen.

8000 Terawattstunden

Das nutzbare Potenzial in diesen umwehten Regionen weit draußen auf dem Meer ist bis zu drei Mal größer als in den Flachwasserzonen bis 50 Meter Tiefe. Allein in Europa, schätzt Bard, ließen sich pro Jahr etwa 8000 Terawattstunden ernten. Zum Vergleich: Der jährliche Stromverbrauch der gesamten E-Länder betrug 2010 etwa 3500 Terawattstunden.

Doch eine viele Hundert Tonnen schwere Windkraftanlage, bei der sich ein 130 Meter großer Rotor dreht und gegen die Wind und Wellen drücken, sturmsicher auf dem Wasser schwimmen zu lassen, ist eine große technische Herausforderung.

Die Maschinen tanzen mit den Wellen und wanken mit dem Wind. Öle im Getriebe und Kühlflüssigkeiten schwappen umher. Auf der Suche nach der idealen Lösung kristallisieren sich drei Schwimmertypen heraus.

Tanzender Turm

Das Spar-Buoy-Konzept ist das Material sparendste. Es sieht einen großen, hohlen Stahlzylinder vor, der als Schwimmer und Turm dient. Genau wie ein Eisberg reicht er weiter unter Wasser als in den Himmel. An seinem tiefsten Punkt ist er mit Ballast gefüllt, so wandert der Schwerpunkt weit hinunter.

Spar-Buoys liegen selbst bei starkem Wellengang stabil in der See. Horizontale Ausschläge sind gering, doch je nach Verankerungsart bewegen sie sich „bis zu 20 Meter“ in vertikaler Richtung, wie Bard sagt.

Problematisch ist der immense Tiefgang. Damit sind nur Standorte mit etwa 200 Meter Wassertiefe erschließbar. Auch das Installieren des Turms und der Anlage ist aufwendig, schließlich muss der Turm liegend aufs Meer geschleppt, geflutet, gekippt und schließlich verankert werden. Dann erst montieren Techniker das Windrad.

Das Unternehmen Sway aus Norwegen hatte bereits einen Prototypen im Maßstab 1:6 zu Wasser gebracht. Der aber ist gesunken. Grund ist nicht eine Fehlkonstruktion, sondern die für vier Meter hohe Wellen zu geringe Höhe des Schwimmers, der die Anlage über Wasser halten sollte. Er lief im Modell voll. Derzeit lässt Sway einen weiteren Prototyp zu Wasser, um die Funktionsfähigkeit zu demonstrieren.

Schwebende Plattform

Die Tension-Leg-Plattform eignet sich für Wassertiefen von 50 bis 200 Metern. Ein meist zylindrischer Auftriebskörper wird von straff gespannten Ketten oder Seilen leicht unter Wasser gezogen und auf gleicher Position gehalten.

Die Ketten finden entweder direkt am Meersboden oder an einem schweren Gegengewicht Halt, das nach Angaben Bards „etwa 1000 bis 1500 Tonnen schwer ist“. So liegt die Plattform samt Windrad fest vor Anker. Die Halteketten sind in starker See enormen Kräften ausgesetzt.

Das niederländische Unternehmen Blue-H setzte diesen Typ schon 2007 vor der italienischen Küste ins 113 Meter tiefem Wasser ein. Da das Windrad jedoch nie lief, fehlen Erfahrungswerte.

Tauchende Plattform

Halbtaucher-Plattformen werden bereits an einem Prototyp vor Portugal erforscht. Die Plattform, meist ein dreieckiges Stahlgerüst mit senkrecht stehenden Zylindern, eignet sich ebenfalls für Tiefen bis 200 Meter. Unten sind große Platten angeschweißt, um vertikale Bewegungen zu hemmen. Die Anlage lässt sich an Land in einem Trockendock aufbauen – ein großer Vorteil gegenüber den anderen Konzepten.

Auch das Windrad installieren und testen Techniker vorab. Anschließend wird das Dock geflutet und die Anlage auf See geschleppt. Am Aufstellungsort angekommen, nehmen Ingenieure den Schwimmer an die Leine. So lassen sich defekte Maschinen bequem im Dock reparieren.

„Es ist zu früh, ein Gewinner-Konzept auszurufen“, sagt Sintef-Forscher Tande. Als Treiber der schwimmenden Windkraft gilt jedoch Hywind. Das Projekt basiert auf einem Spar-Buoy-Konzept.

Statoils Testanlage ist bereits seit September 2009 in Betrieb. Zwölf Kilometer vor der Südwestküste Norwegens schwebt die Maschine im Atlantik. Sie reicht 100 Meter in die Tiefe, drei am Meeresboden befestigte und locker gespannte Seile halten sie auf Position.

Ganz unten ist die Boje mit insgesamt 3000 Tonnen schwerem Wasser und Steinen befüllt, um den Schwerpunkt weit unten zu halten. Aus dem Meer ragt der Turm 65 Meter hoch, und oben thront ein 2,3 Megawatt starkes Siemens-Windrad.

82 Meter Durchmesser

Allein die Gondel samt Rotor, der einen Durchmesser von 82 Metern hat, wiegt 138 Tonnen. Bard bezeichnet das Projekt, in das mittlerweile etwa 50 Millionen Euro flossen, als „Meilenstein“.

Auch Siemens zeigt sich optimistisch: „Allein im Jahr 2011 hat Hywind 10,1 Gigawattstunden Strom geliefert. Eine Anlage an einem guten Landstandort kommt gerade auf sechs Gigawattstunden“, sagt Per Egedal, Abteilungsleiter Technologie bei Siemens Wind Power.

Erste Schwimmversuche macht gerade auch Windfloat, ein Projekt von Energias de Portugal. Der Energiekonzern hat sich von Principle Power einen Schwimmkörper bauen lassen und darauf ein Zwei-Megawatt-Windrad des dänischen Herstellers Vestas montiert.

Windfloat wurde im Herbst vergangenen Jahres fünf Kilometer vor der Küste Portugals in etwa 45 Meter Tiefe verankert. Zum Einsatz kommt ein Halbtaucher, der für Tiefen um die 50 Meter konzipiert ist.

Ingenieure haben die Anlage in einem Trockendock aufgebaut und dann samt Windrad aufs Meer geschleppt. Die Halteseile waren bereits am Grund befestigt. So lassen sich Windräder nach dem Plug-and-play-Prinzip schnell und ohne großen Aufwand installieren.

1200-Tonnen-Koloss

Im Vergleich zur Spar-Buoy, die 100 Meter Tiefgang hat, ragt Windfloat nur etwa 20 Meter tief unter die Oberfläche. Der 1200-Tonnen-Koloss weist allerdings eine Besonderheit auf: Das Windrad ist nicht mittig, sondern auf einem der drei senkrecht stehenden Zylinder installiert.

Damit die Turbine unter Last nicht wegkippt, sondern stets im Idealwinkel zum Wind steht, hält ein aktives Ausgleichssystem es in Position. Im Innern der drei je acht Meter dicken Stahlzylinder sind Kammern eingerichtet, zwischen denen je nach Schräglage bis zu 100 Tonnen Wasser hin und her gepumpt werden.

Das hat allerdings den großen Nachteil, dass ein Teil der gerade gewonnenen Energie schon wieder verbraucht wird

via: www.welt.de/wissenschaft/

Billigstrom aus dem All

Via Solar-Satellit. Sonnenkraftwerke im All faszinieren Forscher seit Jahrzehnten – doch bisher sind alle Vorhaben gescheitert: zu kompliziert, zu teuer. Jetzt finanziert die Nasa ein Projekt, das bezahlbaren Strom aus dem Orbit ermöglichen soll. Die technischen Details liegen allerdings im Dunkeln.

Ein Sonnenkraftwerk, das nicht auf der Erde steht, sondern sie umkreist, hätte gewaltige Vorteile. Im Orbit scheint die Sonne etwa achtmal intensiver als am Boden, störende Wolken und den Wechsel zwischen Tag und Nacht gibt es nicht. Satelliten mit gewaltigen Sonnensegeln könnten die Energie per Laser oder in Form von Mikrowellen auf die Erde schicken, wo sie dann entweder direkt in die Stromnetze eingespeist oder aber in andere Energieträger überführt würde.

Doch obwohl große Institutionen – darunter die US-Weltraumbehörde Nasa, das Pentagon und der europäische Raumfahrtkonzern EADS Astrium – seit langem an der Solarstromgewinnung im All forschen, liegt eine Umsetzung bestenfalls in ferner Zukunft. Denn bei den meisten bisherigen Entwürfen wären die technischen Herausforderungen ebenso gigantisch wie die Kosten.
Jetzt aber will ein Forscher eine Lösung gefunden haben. Auf einer Konferenz der Nasa hat deren Ex-Mitarbeiter John Mankins ein System namens „SPS-Alpha“ vorgestellt. Dabei handelt es sich um ein gigantisches, trichterförmiges Gebilde mit Zehntausenden dünnen Spiegel. Sie sollen einzeln steuerbar sein und das Sonnenlicht auf die Solarzellen an der Rückseite des Satelliten leiten.

Die Energie – Mankins spricht von Dutzenden bis Tausenden Megawatt – soll dann mit einem Mikrowellenstrahl zur Erde geschickt werden. Die Stromübertragung auf diese Art wurde bereits in Experimenten auf der Erde erfolgreich getestet, allerdings nur über vergleichsweise kurze Distanzen. Wie viel Energie auf dem langen Weg vom Orbit durch die Atmosphäre bis zum Erdboden verloren ginge, ist offen.

Und das ist nicht das einzige Problem. So geht es im Weltraum deutlich rauer zu als auf der Erde: Die harte Strahlung der Sonne und der ständige Beschuss durch Weltraummüll würden den Solarpaneelen im Orbit stark zusetzen. Ihre Lebensdauer könnte nach Meinung von Kritikern so kurz sein, dass ein wirtschaftlicher Einsatz nicht möglich sei. Eine weitere Schwierigkeit: Der Orbit ist schon heute überfüllt. Soll der Sonnensatellit Energie mit Mikrowellen übertragen, müssten andere Satelliten vermutlich gebührenden Abstand halten. Das wiederum könnte Ärger mit Betreibern und Genehmigungsbehörden geben.

Nasa gibt Machbarkeitsstudie in Auftrag

Mankins, der nach 25 Jahren bei der Nasa und beim Jet Propulsion Laboratory in Pasadena (US-Bundesstaat Kalifornien) jetzt bei einer Privatfirma namens Artemis Innovation Management Solutions arbeitet, gibt sich dennoch optimistisch. „SPS-Alpha“ (kurz für Solar Power Satellite via Arbitrarily Large PHased Array) könne vollständig aus Elementen zusammengesetzt werden, die jeweils nur 50 bis 200 Kilogramm wögen. Die Massenproduktion könne deshalb zu wesentlich geringeren Kosten stattfinden als bei traditionellen Satelliten.

Immerhin: Die Nasa wird Mankins‘ Entwurf prüfen lassen. „Ein internationales Team von Weltklasse wird die konzeptuelle Machbarkeit von ‚SPS-Alpha‘ feststellen“, heißt es auf der Website des Office of the Chief Technologist der Nasa. Zugleich werde man notwendige Technologien in Experimenten testen.
Mit anderen Worten: Ob das System tatsächlich funktionieren würde und so kostengünstig herzustellen wäre, wie Mankins glaubt, muss erst geklärt werden. Im besten Fall dürfte die Menschheit auf billigen und unerschöpflichen Strom aus dem All hoffen. Ansonsten wird es den Plänen zu „SPS-Alpha“ wohl ergehen wie bisherigen Vorhaben dieser Art.

So wollte die japanische Weltraumbehörde Jaxa bis 2010 einen Satelliten ins All schießen, der im Orbit ein riesiges Sonnensegel entfaltet und 100 Kilowatt an Mikrowellen- oder Laserleistung zur Erde sendet. Bis heute ist allerdings kein japanischer Sonnensatellit bekannt. Das Pentagon schrieb 2007 in einem Bericht, man habe vor, für zehn Milliarden Dollar innerhalb von zehn Jahren ein Testkraftwerk mit einer Leistung von zehn Megawatt ins All zu schicken. Die Hälfte der Zeit ist vorbei, doch auch vom Sonnensatelliten des Pentagon hat man seither kaum noch etwas gehört.

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Die Batterie der Zukunft

Elektromotoren gelten als der Autoantrieb der Zukunft. Schwachpunkt sind heute noch die Batterien: zu schwer, zu schwach, und das Laden dauert zu lange. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeln einen neuartigen Typ von Batterie. Der neue Energiespeicher soll ohne Blei und ohne Lithium auskommen. Stattdessen sollen Metall-Fluoride dafür sorgen, dass die Batterie deutlich mehr Ladung speichern kann als bisher.

Quelle: Deutsche Welle