Nikolas Tesla wollte ein weltweites System aus gigantischen Türmen schaffen, um die Menschheit drahtlos mit Strom zu versorgen. So passiert ist dies offensichtlich nicht, aber durch Wifi-, Telecom- und Radionetzwerke ist elektromagnetische Strahlung heute trotzdem allgegenwärtig. Energy Harvesting-Technologien nutzen diese Strahlung bereits heute.

Vor über einem Jahrhundert entwickelte der Erfinder Nikola Tesla ambitionierte Pläne, um elektrische Energie drahtlos zu übermitteln. In einer Serie von Experimenten aktivierte er mit elektrostatischer Induktion Lichter verbunden durch eine Metallplatte. Diese wurde wiederum durch einen Transmitter erfasst, der ein starkes elektrisches Feld produzierte.

Wardenclyffe Tower 1904. Prototyp eines weltweiten Netzwerks von Türmen, das die Menschheit mit Energie hätte versorgen sollen.

Basierend auf diesen Experimenten schlug Nikolas Tesla 1898 ein weltweites System von gigantischen Türmen vor. Dieses würde gleichzeitig als globales Kommunikationsnetzwerk dienen und die Menschheit drahtlos mit Elektrizität versorgen. Der Wardenclyffe Tower auf Long Island sollte als Pilotturm den Anfang machen, und mit Financiers wie J.P. Morgan als Unterstützer begann der Bau.

Aber vor seiner Fertigstellung zogen die Investoren ihre Gelder wieder ab, weil sie befürchteten, dass sie die durch die Luft gelieferte Elektrizität nicht messen werden können. Und ohne Stromrechnungen war kein Return on Investment zu erwarten. Dies war das Ende des Projekts in dieser Form – bis heute.

Energy Harvesting

Teslas Vision drahtloser Energie kehrt in bestimmten Formen des Energy Harvesting zurück, einer Technologie, die Umgebungsenergie nutzt. Den Begriff „Energy Harvesting“ verwendet man heute in Abgrenzung zu erneuerbaren Energien für das „Ernten“ von geringen Strommengen für kleinere Geräte, wie zum Beispiel Sensornetzwerke oder Wearable Electronics.

Firmen und Forschungsinstitute verfolgen heute verschiedenste Ansätze für Energy Harvesting, unter anderem die Nutzung von LEDs als Solarzellen. LEDs funktionieren mit entsprechenden Modifikationen wie Solarzellen und nutzen Photonen, welche durch das Fenster der LED einfallen um eine Spannung von 0.7-1.3 Volt erzeugen. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass LEDs bereits heute in Massen gefertigt werden und dadurch günstig in der Anschaffung sind. In der praktischen Anwendung können damit Sensoren an schwer zugänglichen Stellen mit Energie versorgt werden.

Ein weiterer Ansatz ist Piozoelektrizität (πιέζειν piezein, pressen), welche die elektrische Spannung nutzt die auftritt, wenn sich elastische Körper verformen. Ein Anwendungsbeispiel ist der bereits verbreitete Piezo-Schalter, der sein Gedrückt-werden in Strom umwandelt, um ein Signal weiterzuleiten. Solche Schalter können unter extremen Bedingungen platziert werden, da sie ohne Energiezufuhr fast vollständig isoliert werden können.

Piezoelektrizität wird auch im Zusammenhang mit selbstaufladender Kleidung erforscht. Nanofasern, die beim gegenseitigen Reiben durch Bewegung Elektrizität erzeugen gibt es bereits, sind aber noch nicht weit genug entwickelt. Für militärische Zwecke gibt es bereits den Bionic Kinetic Energy Harvester, der die Bewegung des Kniegelenks nutzt um Batterien aufzuladen. Denkbar sind auch Anwendungen im zivilen Bereich, zum Beispiel bei längeren Outdoor-Expeditionen in der Natur.

Energie aus ungenutzter Strahlung

Schliesslich gibt es noch den Ansatz, der Teslas Vision drahtloser Energieversorgung am nächsten kommt: bereits existierende Energie aus Wifi, Telefon- und Broadcast Netzwerken zu nutzen. Dieser Ansatz wird heute von diversen Firmen und Forschungsinstituten verfolgt, unter anderem von Freevolt. Ihr CEO und Vorsitzender, Lord Drayson, stellte Freevolt als revolutionäre Energy Harvesting Technologie vor, die Radiowellen aus der Umgebung in wiederverwendbare Elektrizität umwandelt, um Niedrigenergie-Geräte aufzuladen.

Anwesend am Launch war auch die Bank Morgan Stanley, deren Gründer damals seine Investition von Teslas Wardenclyffe Tower abgezogen hatte. Die Technologie scheint heute wirtschaftlicher und zukunftsträchtiger. Freevolt machte die Lizenz kommerziell verfügbar, und sie wird auch bereits genutzt: CleanSpace betreibt damit Luftsensoren, welche die persönliche Umgebungsluft messen

Smart Energy

Es gibt mehrere Gründe, warum dieses drahtlose Energy Harvesting vielversprechender ist als Teslas Ansatz vor einem Jahrhundert. Erstens haben sich die historischen Bedingungen verändert. Damals war es zuerst notwendig, die Technologie der Elektrizität überhaupt zu verbreiten, und ohne Wirtschaftlichkeit wäre dies schwierig gewesen. Durch Wifi, Radio, Mobilfunk und Satelliten ist elektromagnetische Strahlung heute allgegenwärtig geworden, auch ohne die Errichtung Teslas weltweiten Turmsystems.

Zweitens schafft diese Verbreitung elektrischer Technologien auch einen Markt mit starkem Entfaltungspotential für drahtlose Energieversorgung. Mit dem Internet of Things werden immer mehr alltägliche Geräte Energie benötigen, und diese Lücke gilt es zu füllen. Wenn sich diese Geräte selbst aus ungenutzter Umgebungsenergie aufladen, ist dies nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch praktischer. Man stelle sich ein Smartphone vor, dass man nie aufladen muss. Ein Experiment mit einem batterielosen Mobiltelefon angetrieben mit WiFi Signalen ist bereits gelungen.

Die Technologie des Radiowellen-Harvesting muss nicht auf kleine Geräte beschränkt bleiben. Gemäss Lord Drayson ist die Technologie skalierbar und könnte zum Beispiel eine ganze Innenwand in einem Smart Home abdecken. Zusätzlich schlägt eine Anfangs Monat publizierte wissenschaftliche Veröffentlichung vor, dass mittels Mikropartikeln aus Zikaden-Schweiss ein grösseres Spektrum von elektromagnetischer Strahlung absorbiert werden kann, mit potentiellen Applikationen im Energy Harvesting. Insgesamt ist das Prinzip dem von Tesla nicht unähnlich – nur das statt extra verbreiteter bereits vorhandene Energie genutzt wird, die sonst nicht viel tut.