E-Mobility

Erneuerbar in die Zukunft

Ramona Casaulta

Dec 19, 2022 • 5 min read

Elektrobusse werden durch erneuerbare Energie (Idunktionsplatten) angetrieben

Kontext

Das Thema Mobilität ist in aller Munde. Wohin sich die Zukunft der Mobilität entwickelt, ist eine der wichtigsten Fragen, die sich momentan die Welt stellt. Somit ist es auch ein besonderes Thema für die PostAuto AG. Die PostAuto AG wird mit der Digitalisierung konfrontiert und muss ihre Infrastruktur, aufgrund der entstandenen Probleme, entsprechend anpassen. Energieengpässe und die Umweltverschmutzung sind Faktoren, die die Unternehmen dazu drängen, moderner zu werden. Die Entwicklung der Mobilität befindet sich aktuell in einem stetigen Ausbau. Nicht nur wegen der Ressourcenknappheit, der CO2-Emissionen und die Auswirkung auf den Klimawandel, sondern auch, da die Mobilität zu unseren Grundbedürfnissen gehört. Es bestehen diverse Herausforderungen in der Welt der Mobilität. Wir wenden uns besonders den Schattenseiten der Mobilität zu, wie die Umweltverschmutzung und der CO2-Ausstoss, der immer mehr im Strassenverkehr zu nimmt.

Für diese Probleme gilt die Elektromobilität als zentraler Baustein, sowie andere nachhaltige und klimaschonende Systeme, die auf Basis von erneuerbaren Energien angestrebt werden. Daher konzentrieren wir uns darauf, durch welche bestehende Technologien, wir die Prozesse und Methoden effizienter und umweltfreundlicher gestalten können. Da die PostAuto AG aktuell Verbrennungsmotoren als Antriebe der Busse benutzen, ist aufgrund der genannten Probleme, dieser Aspekt nicht zeitgerecht. Gemäss Weltklimarat IPCC besitzen Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, die mit Strom aus emissionsarmen Quellen angetrieben werden, über ihren gesamten Lebenszyklus das grösste Klimaschutzpotential aller landgebundenen Transporttechnologien. Herausforderungen, welche die Elektromobilität im öffentlichen Verkehr hemmen, sind insbesondere die vorhandenen Lade- und Energiekonzepte. Die E-Busse haben zum einen eine zu geringe Reichweite und viel zu lange Ladezeiten. Erst mit einer Reichweite von mindestens 400km bei einer Stunde Ladezeit könnte diese Technologie effizient und flächendeckend für den Linienbetrieb genutzt werden. Darüber hinaus gibt es im Land nur sehr wenige Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Wenn diese jedoch überwältigt werden können, besteht ein fortschrittliches und nachhaltiges Betriebssystem für die PostAuto AG.

Ziele

Aktuell werden für die Postautos Verbrennungsmotoren verwendet, welche durch Reibungs- und Wärmeverluste bei der Verbrennung, Abgase ausstossen. Durch diese Abgase kommt es zu verunreinigter Luft, die wiederum der Umwelt schadet. Deshalb wird der Ausstoss von Abgasen bei Verkehrsmitteln vom Gesetzgeber limitiert. Das Projektgesamtziel ist jene Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren zu ersetzen und deren Batterie durch innovative Technologien aufzuladen.

Die aktuellen Postautos werden alle durch Elektrobusse ersetzt. Die Batterien der neuen Elektrobusse werden durch zwei verschiedene Technologien aufgeladen. Die eine Technologie sorgt dafür, dass die Busse keine Ladestopps mehr tätigen müssen, um die Batterien aufzuladen. Eine der beiden Technologien, um die Batterien der neuen Elektrobusse aufzuladen, sind transparente Solarpaneels, die an den Fenstern der Bussen angebracht werden. Durch diese gewonnenen Energie, wird das damit das Innenleben des Busses angetrieben. Die zweite Technologie ist ein drahtloses elektronisches Strassensystem, das mit Induktionsplatten funktioniert. Die Induktionsplatten im Strassensystem ermöglichen, dass die Busse, während dem Fahren, aufgeladen werden. Durch diese Technologie können die Postautos, unabhängig vom Wetter, jede Strecke fahren, die die Induktionsplatten integriert haben.

Methoden

Durch innovative Technologien, den öffentlichen Verkehr elektrifizieren

Das globale Ziel der PostAuto AG ist das Verkehrssystem nachhaltiger zu gestalten und der Antrieb der Fahrzeuge von Verbrenner zu elektrischen Motoren zu wechseln. Sie will bei alternativen Antriebsformen eine Vorreiterrolle einnehmen. Um das Ladeproblem der PostAuto AG zu lösen und die derzeitige Stromknappheit zu lindern, haben wir uns folgende Lösungen ausgedacht.

Die Montage von transparenten Solarpaneels in den Busfenstern ermöglichen erneuerbare Energie zu gewinnen. Die Solarpaneels sind in den Fenstern eingebaut, sodass das Licht weiter ins Innere des Busses fällt und man durch die Fenster auch hinausschauen kann. Hiermit wird die Bewegung des Busses, die für die Instandhaltung des Betriebs notwendig ist, genutzt, um auf intelligente Weise Strom zu erzeugen.

Visulisierung der Induktionsplatten-Technologie

Die transparenten Solarpaneels wurden im Jahr 2016 an der Universität Leipzig vorgestellt. Sie bestehen nicht wie herkömmliche Solarzellen aus Silizium, sondern aus vergleichsweisen preisgünstigen Nickel- und Zinkoxiden. Diese Metalloxide werden hauchdünn auf das transparente Trägermaterial aufgetragen. Damit sie Sonnenlicht in Energie umwandeln können, wurden die Metalloxide so eingestellt, dass sie leitfähig sind. Die Effizienz der transparenten Solarpaneels ist zwar unter der, der herkömmlichen Solarzelle, jedoch als sinnvolle Ergänzung geeignet, um das Innenleben des Busses mit Strom zu versorgen. Die von den transparenten Solarpaneels erzeugte Energie reicht für die Beleuchtung und die Heizung des Busses aus. Auf diese Weise kann auch die Grösse der Busbatterien erheblich reduziert werden, da die erzeugte Energie eine nützliche zusätzliche Energiequelle darstellt. Diese werden bei der Bewältigung der Herausforderungen der Energiewende von Nutzen sein.

Für das Ladeproblem der PostAuto AG haben wir eine weitere Lösung entwickelt. Die Lösung ist ein drahtloses elektronisches Strassensystem, das vom israelischen Unternehmen Electreon entwickelt wurde. Die Energieladung verläuft über Induktionsplatten, die im Asphalt verbaut sind. Die acht Zentimeter unter der Oberfläche befindlichen Platten werden nur in dem Moment aktiviert, in dem ein Fahrzeug über sie hinweg fährt. Die Lösung ist kompatibel mit allen Arten von E-Fahrzeugen, einschliesslich Bussen. Das Laden könnte sowohl an den Haltestellen, wie auch auf einer Fahrt von max. 100km/h stattfinden. So können künftig Postautos sowohl während der Fahrt als auch an der Haltestelle automatisch aufgeladen werden, ohne dass es zu langen Wartezeiten kommt.

Visualisierung Induktionsplatten-Fahrbahn

Ergebnisse

In dieser Arbeit haben wir unser Wissen zum Thema der Dekarbonisierung der Gesellschaft auf ein höheres Niveau gebracht. Dadurch waren wir in der Lage einen ersten Entwurf für ein Marketing-Video zu erstellen. Dieses Video stellt ein Projekt vor, dass die Gesellschaft auf der Ebene des Kunden anspricht. Dieser Bottom-Up Ansatz wurde gewählt, da die Politik in den letzten Jahrzehnten nicht genügen gemacht hat. Um den janusköpfigen Rösti der das Uvek vorsetzt, ist weiter auch nicht viel zu erwarten. Mit unserem Marketing Video tragen wir einen Beitrag dazu bei, dass die Gesellschaft über eine machbare Lösung zur Dekarbonisierung aufgeklärt wird.

Da die Stadt einer der Stakeholder in diesem Projekt ist, weil sie Eigentümer der Strassen sind, haben wir diese ebenfalls eingebunden. Vom Tiefbauamt der Stadt Bern haben wir wichtige Inputs erhalten. Zum einen haben sie eine Teststrecke, welche für Versuche genutzt werden kann. Andererseits haben sie Interesse gezeigt, sowas einmal in einem Pilotprojekt zu versuchen. Für solche Pilotprojekte sind zuerst keine Kostenrechnung zu erstellen. Es geht in erster Linie darum, Daten zu erheben, auf denen die Kostenrechnung für sie spezifisch gemacht werden kann. Weiter haben wir auch erkennen können, wie unterschiedlich verschiedene Gemeinden ihre Strassen und alles darum handhaben. Dies müsste ebenfalls berücksichtigt werden, wenn das Projekt später ausgerollt werden sollte. Zudem werden in der Stadt Bern nie lange Strassenabschnitte erneuert, sondern nur immer kleine Teilstücke. In der Stadt selbst wären solche Induktionsplatten eher schwer umsetzbar. Dies liegt daran, dass es bereits extrem viel in den Strassen verbaut hat und die Strassen ebenfalls nur gerade da erneuert werden, wo es am dringlichsten ist.