Brief aus England

Die Ukraine hat immer noch viele historische Verbindungen zu Russland, und eine davon ist die Spurweite ihres Eisenbahnsystems, die 1520/1524 mm beträgt, während in ganz Europa die Spurweite 1435 beträgt (mit Ausnahme von Irland, Portugal, Spanien und Finnland, die alle eine etwas größere Spurweite haben). Nun plant die Ukraine jedoch, ihre Eisenbahnlinien auf die europäische Spurweite umzustellen. Technisch gesehen ist die Umstellung von einer größeren auf eine kleinere Spurweite nicht allzu schwierig und viel einfacher als eine Umstellung von einer kleineren auf eine größere Spurweite. Abbildung 1 zeigt, wie der Wagen (in diesem Fall ein Schlafwagen) an der Grenze angehoben werden muss, wenn der eine Satz Drehgestelle (Spur1) durch einen anderen Satz ersetzt wird – in diesem Fall von 1524 auf 1435mm.

Gegenwärtig scheint es unwahrscheinlich, dass Russland die gesamte Ukraine erobern wird. Aber wenn man sich die Karte ansieht, könnte man sich eine russische Annexion der gesamten ukrainischen Küstenlinie bis hin zur Republik Moldau vorstellen, wo es bereits eine russische Marionettenregierung in Transnistrien gibt. Damit würde die Ukraine zu einem Binnenstaat, in dem der Schienenverkehr das einzige Mittel für den Export von Weizen und anderen Agrarprodukten wäre. Die Veränderung der Spurweite hat also sowohl symbolische als auch praktische Bedeutung. Moldawien ist nicht das einzige Land, das derzeit von Moskau bedroht wird. In den letzten Wochen kam es zu neuen Spannungen und russischen Drohungen gegenüber Litauen, das EU-Sanktionen gegen den Handel mit Kaliningrad verhängt hat. Der Frieden scheint in weiter Ferne zu liegen, aber wir sollten uns der russischen Aggression nicht beugen.

Technologie-Nachrichten aus Russland

Abb.2: Dem neuen Lada Modell Granta Classic 2022 fehlen viele Sicherheitsmerkmale Ich habe immer ein schlechtes Gewissen, wenn ich keine technischen Entwicklungen aus Russland zu berichten habe. Aber der russische Staatskonzern AvtoVAZ, die Muttergesellschaft von Lada, hat kürzlich die Einführung eines neuen Modells angekündigt – des Granta „Classic“. Als Russland in die Ukraine einmarschierte, beschloss der französische Riese Renault, seinen 68 %igen Anteil an Lada zu verkaufen – für den enormen Preis von – nur 1 Rubel! Tatsächlich hat Renault die Option, seinen Anteil innerhalb der nächsten sechs Jahre jederzeit zurückzukaufen. Abbildung 2 zeigt den neuen 2022er Granta Classic, der aussieht wie viele andere kleine Pkw. Aber die westlichen Sanktionen haben weh getan! Das neue Modell hat kein ABS, keinen Airbag für den Beifahrer, keine Klima-Anlage, keine Traktionskontrolle, nur eine traditionelle Türverriegelung (keine Fernbedienung) und keinen Gurtstraffer. Man könnte sagen, dass dies vielleicht ein Auto aus den 1990er Jahren ist? Es hat einen 1,6 Liter Benzin Motor und ein 5-Gang-Schaltgetriebe. Der Einführungspreis beträgt 760.000 Rubel – ca. US$13,200. Ich bin mir nicht sicher, ob er auf deutschen Straßen zugelassen wäre. M. Sokolov, Präsident von AvtoVAZ, hat erklärt, dass Lada mit russischen Zulieferern zusammenarbeitet, so dass die fehlenden Funktionen innerhalb Russlands beschafft werden können. Ich frage mich, wie die russischen Autokäufer reagieren werden?

Für westliche Pkw-Käufer – eine pannenfreie Zukunft ?

Abb. 3: Der neue Goodyear Air-free ReifenDer luftgefüllte Gummi-Auto-Reifen ist ca. 130 Jahre alt. Seitdem hat es einige Fortschritte gegeben – den sogen. schlauchlosen Reifen, und die sog. „Runflats“, die auch nach einer Reifenpanne noch eine begrenzte Fahrt ermöglichen. Diese sind auf einigen Militärfahrzeugen montiert. Es gab auch schon Reifen, die mit einem anderen Gas als Luft gefüllt waren. Aber heute stehen wir an der Schwelle zu einer völlig neuen Generation von luftfreien AutoReifen. Viele der führenden Reifenhersteller der Welt werden diese bald zum Verkauf anbieten.

Auf einer Teststrecke in Luxemburg hat ein Tesla Model 3 die neuen Goodyear-Reifen getestet. Spezielle Kunststoffspeichen stützen eine dünne, verstärkte Gummilauffläche. Die Speichen biegen und verformen sich, wenn das Auto um die Kurven der Strecke fährt. Abbildung 3 zeigt das neue Rad. In den Labors von Goodyear werden die Reifen jeweils 24 Stunden lang unter verschiedenen Belastungen und Geschwindigkeiten getestet, was Tausenden von Kilometern ohne Unterbrechung entspricht. Einige Speichen verformen sich, einige brechen, aber die Strukturen funktionieren weiterhin sicher. Die neuen Speichen bestehen aus hochfestem Harz, in das Glasfaser und Verbundgummi (für den Michelin 50 Patente angemeldet hat) eingebettet sind, so dass eine Netzstruktur entsteht, die ein Aluminiumrad umgibt. Langfristig sieht Michelin einen luftlosen, vernetzten (d. h. „intelligenten“) Reifen vor, der in 3D gedruckt und vollständig aus Materialien hergestellt wird, die eingeschmolzen und recycelt werden können.

Gibt es Nachteile bei dieser neuen Technologie? Luftlose Reifen haben eine größere Kontaktfläche mit der Straße, was den Luftwiderstand erhöht. Dieser erhöhte Rollwiderstand verbraucht mehr Energie, um die Reifen voranzutreiben, was sich auf die Lebensdauer der Batterie und die Reichweite auswirkt. Darüber hinaus überträgt die Steifigkeit der Kunststoffspeichen mehr Vibrationen auf die Aufhängung. Autofahrer werden sicherlich einen Unterschied erkennen: Das südkoreanische Unternehmen Hankook stellte im Januar die neueste Version seines i-Flex NPT (Non-Pneumatic tyre) vor. Kleiner als ein herkömmlicher Reifen, ist eine Wabe aus ineinander greifenden Polyurethan-Speichen ein Durchbruch bei der Bewältigung von seitlichen und horizontalen Belastungen, so das Unternehmen. Und in der Zukunft? Airless-Reifen werden, zumindest anfangs, einen höheren Preis haben. Aber die Möglichkeit der regelmäßigen Runderneuerung und des 3D-Drucks könnte den Ausschlag geben. Vielleicht, so spekulieren einige Experten, werden die Verbraucher gar keine Reifen mehr kaufen müssen. Stattdessen werden sie sie kostenlos bekommen und pro Kilometer bezahlen, wobei Sensoren die Nutzung überwachen.

In der Zwischenzeit hat Michelin mit GM (General Motors) zusammengearbeitet, um seine Version zu verfeinern. Auf den ersten Blick sehen sich die beiden Produkte sehr ähnlich. Aus Südkorea kommt eine weitere Version, die der Firma Hankook.

Viele verschiedene Faktoren treiben diesen Trend an. E-Autos mit großen und schweren Batterien verursachen mehr Reifenverschleiß als leichtere Brennstofffahrzeuge. Es gibt einen wachsenden Trend, Elektroautos für längere Stunden pro Tag zu nutzen, vielleicht mit mehreren verschiedenen Fahrern während eines 24 Stunden-Tages. Neue Pkw-Modelle sind so konstruiert, dass sie leicht recycelt werden können, doch die heutigen Gummireifen sind fast unmöglich zu recyceln. In einigen Fällen werden sie geschreddert und im Straßenbau verwendet, aber die meisten wandern einfach in den Müll. Die neuen sogenannten „Non-Pneumatic“-Reifen sind so konzipiert, dass sie leicht zu recyceln sind. Es gibt ein Sprichwort im Englischen „Re-inventing the wheel“ und das ist es, was jetzt passiert. Nur noch eines – könnte das bitte jemand den Russen sagen?

Elektroautos und das Steuerproblem

In Großbritannien wird beim Kauf eines neuen Pkw eine Anfangssteuer fällig. Für einen sehr kleinen Pkw können das 30 Euro sein. Für die größten Fahrzeuge, wie z. B. einen R8, sind es ca. 2500 Euro. In allen folgenden Jahren beträgt die Steuer 180 Euro. Dann wird Benzin oder Diesel mit ca. 0,65 Euro pro Liter besteuert. Zusammen bringen diese Steuern der britischen Regierung jährliche Einnahmen von ca. 30 Milliarden Euro. Gegenwärtig gibt es in Großbritannien etwa 500.000 reine Elektrofahrzeuge (ohne Hybride), und die Zahl hat sich 2020 und 2021 verdoppelt. Für jedes dieser Fahrzeuge verliert die Regierung Steuern, weil sie keinen Brennstoff verbrauchen. Auf Strom wird ein Mehrwertsteuersatz von 5 % erhoben. Jedes Jahr, wenn die Zahl der Elektroautos wächst, verliert der Staat also mehr Steuereinkommen. Wie soll das ersetzt werden? Die britische Regierung ist noch unentschlossen, aber es wird vorgeschlagen, jeden elektrischen Pkw mit einem Satellitenortungsgerät auszustatten. Die einfachste Methode wäre eine Abrechnung nach Kilometern, aber es wäre auch möglich, je nach Tageszeit oder je nachdem, ob sich die Pkw auf einer Hauptstraße oder einer Autobahn befindet, höhere oder niedrigere Gebühren zu erheben. Ich weiß nicht, wie andere europäische Länder mit diesem Problem umgehen, und es könnte noch schwieriger werden, wenn man von einem Land in ein anderes fährt. Wird es eine EU-Lösung für dieses Problem geben, und wenn ja, was wird mit Nicht-EU-Mitgliedern geschehen? Und wie würde die Steuer eingezogen werden? Vielleicht jeden Monat? Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet, aber soweit ich weiß, sendet ein Fahrzeug, das mit einem Satellitenortungsgerät ausgestattet ist, ein Signal aus. Wenn dieses Fahrzeug z. B. in einer Tiefgarage geparkt wird, ist dieses Signal nicht mehr zu erkennen. Ich frage mich, ob Kriminelle mit dem Wissen um die Abschirmung in der Lage wären, das Signal ihres Pkw oder Lkw zu verbergen – und damit die Steuer zu umgehen? Könnte dies durch sorgfältige Positionierung einer Kupfer-Masche geschehen?

Rolls-Royce – Weltberühmt mit wachsenden deutschen Wurzeln

Abb. 4: Stefan Hoeller, CEO, zeigt eine kleine Wasserstoff-Elektrolyseur-EinheitIn England kann man vom Staubsauger bis zum Computer alles als „Rolls-Royce“ bezeichnen. Mit anderen Worten, es ist ein Begriff, der verwendet wird, um Exzellenz zu beschreiben. Tatsächlich ist Rolls-Royce Motors seit über 20 Jahren vollständig im Besitz von BMW. Die Autos werden immer noch in England gebaut, aber ein Großteil der Mechanik stammt von BMW oder verwendet dessen Designs. Ein völlig eigenständiges Unternehmen ist dagegen Rolls-Royce selbst, einer der weltweit führenden Hersteller von Gasturbinen. Das Unternehmen hat in weiser Voraussicht erkannt, dass Flugzeuge, die von Gasturbinen angetrieben werden, die Kerosin verbrennen, in rund 15 Jahren ein Auslaufmodell sein dürften. Daher hat sich das Unternehmen seit vielen Jahren auf andere Bereiche verlegt. Einer der größten Erfolge ist die Verbindung mit MTU Friedrichshafen. Traditionell ein Hersteller von Dieselmotoren (das Unternehmen wurde von der Familie Maybach gegründet), stellt es heute auch Brennstoffzellen her, die für den Antrieb von Schiffen und anderen großen mobilen Geräten bestimmt sind. Nun hat sich ein neues Mitglied, ebenfalls aus Deutschland, der Rolls-Royce-Familie angeschlossen. Die Hoeller Electrolyzer GmbH mit Sitz in Wismar (D) stellt nach eigenen Angaben die weltweit effizientesten Protonenmembran-Wasserelektrolyseanlagen zur Wasserstofferzeugung her. Ihre „Prometheus“-Elektrolyseure sind für Leistungen von 1kW bis 1MW ausgelegt. Abbildung 4 zeigt Stefan Hoeller mit einer kleinen Elektrolyseeinheit.

Nicht nur Rolls-Royce

In ganz Europa gibt es viele andere multinationale Partnerschaften, die an der „Wasserstoffwirtschaft“ beteiligt sind. Der deutsche Riese Schaeffler arbeitet zusammen mit dem britischen Unternehmen Johnson Matthey und anderen europäischen Partnern an der Entwicklung eines eigenen Entwurfs für einen Wasserstoff-Elektrolyseur. Die Metallumformungs- und Beschichtungsexpertise von Schaeffler ist ein entscheidendes Element in dieser Partnerschaft. Schaeffler und Symbio haben vor kurzem ein neues Unternehmen, Innoplate, gegründet, das in Hagenau (FR) bipolare Elektroden vor allem für Brennstoffzellen, aber auch für Wasserstoff-Elektrolyseure herstellen wird. Das Unternehmen plant, bei vollem Betrieb 50 Millionen Bipolarplatten pro Jahr zu produzieren. Dies alles ist Teil des H2-Giga-Projekts, das vom BMBF mit 500 Millionen Euro gefördert wird. Heute gibt es so viele aufregende Entwicklungen im Zusammenhang mit Wasserstoff, für die Industrie, für unsere Häuser, für Pkw und Lkw und sogar für Flugzeuge. Ein solches deutsch-britisches Projekt ist die Verbindung zwischen Bosch und dem britischen Unternehmen Ceres Power (www.ceres.tech).

Abb. 5: Blick auf die Produktionslinie der Elcogen BrennstoffzelleIn Zusammenarbeit mit Ceres Power steht Bosch nach eigenen Angaben kurz vor der Herstellung einer Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) auf der Grundlage der Ceres-Technologie für industrielle Zwecke – insbesondere für Bürogebäude und Rechenzentren – und wird 400 Millionen Euro in den Bau einer Anlage investieren, die bis 2024 200 MW SOFCs herstellen kann. Ceres Power hat auch Lizenzvereinbarungen mit dem südkoreanischen Unternehmen Doosan sowie Vereinbarung mit dem chinesischen Unternehmen Weichai, mit Miura in Japan sowie mit Honda, Nissan und US Cummins Diesel. Aber der vielleicht aufregendste Durchbruch ist die Entwicklung der reversiblen Festoxidzelle. Sie kann sowohl als Brennstoffzelle als auch als Wasserelektrolyseur betrieben werden und ist damit eine Schlüsseltechnologie in der Wasserstoffwirtschaft, die in der Lage ist, Wasserstoff zu erzeugen, der dann gespeichert werden kann, um bei Bedarf Strom zu produzieren.

Bosch betreibt bereits 50 SOFC-Pilotanlagen an den eigenen Standorten in Bamberg, Homburg, Renningen, Salzgitter, Schwieberdingen, Stuttgart-Feuerbach und Wernau sowie bei Kunden wie den Stadtwerken Bamberg. Diese SOFC-Anlage versorgt das Umland mit Strom und die Wärme wird in einer nahe gelegenen Bäckerei genutzt. Die bei der Reaktion entstehende Wärme liegt bei rund 200 °C und ist damit ideal für Fernwärmeanwendungen. Bosch prognostiziert einen Markt von rund 20 Milliarden Euro bis 2030.

Bosch-Ceres ist nicht das einzige Unternehmen, das reversible Brennstoffzellen entwickelt. Zu den anderen europäischen Konkurrenten gehört Elcogen in Estland, das seit einigen Jahren ein reversibles Brennstoffzellendesign entwickelt. Sie ist auf die Speicherung erneuerbarer Energien ausgerichtet und wurde auf der Grundlage eines von der EU finanzierten Projekts eingeführt, das in ein „Smart Energy Hub“ in Turin in Italien integriert wurde. Elcogen behauptet, dass ihre Brennstoffzellen bei einer niedrigeren Temperatur (650 °C) und mit einem höheren Wirkungsgrad (> 74 %) arbeiten als alle ihre Konkurrenten. Sie geben außerdem eine Lebensdauer von 40.000 Stunden und Kapitalkosten von 500 Euro/kW an. Abbildung 5 zeigt einen Teil der Produktionslinie. Anfang dieses Jahres unterzeichnete Elcogen einen Vertrag für einen reversiblen 200-MW-Brennstoffzellenstapel, der in einem Kernkraftwerk in Südkorea installiert werden soll. Dies wird sogen „Load Nivelling“ ermöglichen, d. h. die Nutzung von überschüssigem Strom, z. B. bei Nachts, Das Unternehmen hat mehrere andere derartige Verträge. Es gibt eine Reihe anderer SOFCUnternehmen in Europa und anderswo, wie z. B. Schlumberger New Energy, das einen sehr ähnlichen Plan verfolgt und mit dem CEA und industriellen Partnern zusammenarbeitet, um ein neues Unternehmen Genvia rund um reversible SOFCs in Grenoble (FR) zu gründen.

Transport und Speicherung von Wasserstoff

Leider ist Wasserstoff nicht einfach zu transportieren oder zu speichern. Er kann bei sehr niedrigen Temperaturen komprimiert oder verflüssigt werden. Es gibt jedoch mehrere vielversprechende neue Technologien, bei denen er in einem Feststoff absorbiert wird – darüber habe ich in der Vergangenheit geschrieben. Deutschland scheint führend in einer alternativen Technologie zu sein – LOHC – Liquid Organic Hydrogen Carriers. Die Hydrogenious LOHC GmbH in Erlangen ist im Gespräch mit Erdölproduzenten im Nahen Osten, um dort Wasserstoff herzustellen und diesen mit Hilfe der Hydrogenious-Technologie nach Europa zu transportieren. Eine weitere spannende Idee ist der Einsatz ihrer Technologie für Schiffsantriebe – Schiffe, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen angetrieben werden. Die Zeitschrift Galvanotechnik hat Leser weltweit. Allerdings bin ich mir nicht sicher, ob Wladimir Putin darunter ist. Es gibt so viele aufregende Entwicklungen in der Wasserstofftechnologie – aber ich bin mir nicht sicher, ob es gute Nachrichten für Russland sind.

Roboter marschieren vorwärts

Roboter können bereits die erstaunlichsten Aufgaben erfüllen. Aber eine Sache fehlt den meisten Robotern: Feedback. Wie kann der Roboter wissen, ob er das tut, was er tun soll? Wissenschaftler in Glasgow haben eine synthetische Haut entwickelt, die „Schmerz“ empfinden kann, was eines Tages Robotern ein „fast menschliches“ Tastempfinden verleihen könnte. Die elektronische Haut, die an der Universität Glasgow entwickelt wurde, ist dem menschlichen Nervensystem nachempfunden. Die Informationen werden teilweise in winzigen gedruckten Schaltkreisen verarbeitet, die in der Haut selbst enthalten sind und die Art und Weise widerspiegeln, in der taktile Empfindungen von den menschlichen Fingerspitzen wahrgenommen werden. Dadurch soll das System empfindlicher und reaktionsschneller sein als andere synthetische Hautsysteme, so die Erfinder, und gleichzeitig den für den Betrieb der Technologie erforderlichen Stromverbrauch drastisch senken. Laut Dr. Fengyuan Liu von der Universität, einem Mitautor der Forschungsarbeit, „könnte dies in Zukunft die Grundlage für eine fortschrittlichere elektronische Haut sein, die es Robotern ermöglicht, die Welt auf neue Weise zu erkunden und mit ihr zu interagieren, oder Prothesen zu bauen, die eine nahezu menschliche Berührungsempfindlichkeit aufweisen“. Die Ausstattung von Robotern mit so etwas wie einem Tastsinn wird von Experten als Schlüssel zur Steigerung ihrer Vielseitigkeit angesehen.

Dank taktiler Rückmeldung können Menschen ihren Griff anpassen, wenn sie Objekte unterschiedlicher Größe und Beschaffenheit anfassen. Ein Roboter mit einer ähnlichen Fähigkeit könnte in der Lage sein, schnell zwischen alltäglichen Aufgaben zu wechseln – vom Ausgießen einer Flüssigkeit aus einer schweren Glasflasche bis zum Aufheben eines zarten Stücks Beerenobst. Geschicklichere Roboter könnten in der Industrie für die Handhabung gefährlicher Materialien, in der Weltraumforschung oder in der Chirurgie eingesetzt werden. Das neue System besteht aus einer gelenkigen, menschenförmigen Roboterhand (siehe Abbildung oben), die mit einem flexiblen Kunststoff überzogen ist und ein Netz von Drucksensoren enthält.

Wenn ein Sensor berührt wird, ändert sich sein elektrischer Widerstand – eine kleine Änderung entspricht einer leichten Berührung, während eine stärkere Berührung eine größere Änderung des Widerstands bewirkt. Damit soll die Funktionsweise der sensorischen Nervenzellen im menschlichen Körper nachgeahmt werden. Bei früheren Generationen elektronischer Haut wurden all diese Informationen an einen Computer weitergeleitet, der sie verarbeitete. Bei dem neuen System fungiert ein in die Haut eingebauter Schaltkreis als künstliche Synapse – eine Nachbildung einer der Stellen im menschlichen Körper, an denen elektrische Impulse von einer Nervenzelle zur anderen weitergeleitet werden. Die künstliche Synapse verfeinert das vom Drucksensor gesendete Signal und wandelt es in eine einfache Spannungsspitze um, deren Frequenz je nach der Höhe des auf die Haut ausgeübten Drucks variiert. „Die Daten werden teilweise in der Haut selbst verarbeitet, um relevante Informationen zu extrahieren“, so Professor Dahiya, der Leiter des Teams.

Wenn die Spannungsspitze einen bestimmten Schwellenwert erreicht, löst sie eine Reaktion aus. In diesem Fall wird die Roboterhand vor einem scharfen Stich in die Mitte ihrer Handfläche zurückweichen. Dr. Dahiya erklärt: „Der Prozess der Reaktion auf Berührungen wird erheblich beschleunigt, da weniger Berechnungen erforderlich sind. Wir glauben, dass dies ein echter Schritt vorwärts ist in unserer Arbeit zur Schaffung von gedruckter elektronischer Haut in großem Maßstab, die in der Lage ist, angemessen auf Reize zu reagieren.“

„Neuro-inspirierte elektronische Haut für Roboter“ Fengyuan Liu et al., Science Robotics, 8 Jun 2022. Bd 7, Issue 67, DOI: 10.1126/scirobotics.abl7344