Erhebliche Einsparungen im Vergleich zum klassischen Ladesystem
Reifen statt Steckdose: Elektrobusse laden sich während der Fahrt auf
Winduction, eine Ausgründung der ETH Zürich, hat eine Technologie entwickelt, die Elektrobusse während der Fahrt über die Reifen auflädt. Induktiv und günstiger als bisher.
Sonam Bhuka, Sylvain Fricker und Laurin Schwitter sind die drei Gründer von Winduction. »Wir glauben, dass man Elektrobusse viel billiger betreiben kann, wenn man sie ohne Kabel und regelmäßig während der Fahrt auflädt«, sagt ETH-Absolvent Laurin Schwitter, der CEO des ETH-Spin-offs.
Der Fachbegriff für diese Technologie heißt induktives Laden. Elektroautos können heute schon kabellos geladen werden. Die meisten Systeme versuchen jedoch, Strom direkt von einer Spule im Boden zu einer zweiten Spule am Fahrzeugunterboden zu übertragen. Die Übertragung erfolgt über ein unsichtbares Magnetfeld, das die beiden Spulen verbindet. Dieser Ansatz berge jedoch eine große Schwäche, da der Abstand zwischen Straße und Fahrzeugboden relativ groß sei und je nach Fahrzeugtyp variiere. Für induktive Ladesysteme sei diese Distanz aber entscheidend, da die Effizienz der Energieübertragung mit zunehmendem Abstand sinke, so die ETH Zürich in einer Mitteilung.
Winduction gehe daher einen anderen Weg: »Das Einzige, was bei jedem Fahrzeug immer Kontakt mit dem Boden hat, ist das Rad«, sagt ETH-Alumnus Sylvan Fricker. Aus dieser simplen Überlegung entstand die Idee, die dem Spin-off seinen Namen gab: Winduction steht für »Wheel-based Induction«.
Die Technologie funktioniert mit magnetisch gekoppelten Spulensystemen. In einer Bodenplatte, die in den Straßenbelag eingelassen wird, befinden sich die ersten Induktionsspulen. Sie sind mit dem Stromnetz verbunden und erzeugen ein Magnetfeld. Eine zweite Gruppe von Spulen ist in einen speziell entwickelten Busreifen integriert. Sie nimmt den Strom auf, wenn der Bus anhält, und leitet ihn an die Fahrzeugbatterie weiter.
»Wir minimieren die große Übertragungsdistanz zwischen Straße und Fahrwerk, indem wir Spulen im Rad unterbringen«, erklärt Fricker. Vom Boden bis ins Fahrzeug erreiche das System von Winduction eine Effizienz von über 90 Prozent, weniger als zehn Prozent des über die Bodenplatte eingespeisten Stroms gingen verloren. »Da unsere Technologie auch bei kurzen Ladestopps wirksam ist, kommen die Busse mit kleineren Batterien aus, was in der Anschaffung und im Betrieb deutlich günstiger ist.«
Das neue System, bei dem der Reifen die Energie vom Boden zum Fahrzeug weiterleitet, habe aber auch eine Herausforderung mit sich gebracht. Herkömmliche Busreifen enthalten Stahlgürtel, die für Stabilität sorgen. Dieser Stahl würde aber mit dem Magnetfeld reagieren und einen großen Teil des Stroms in Wärme umwandeln, anstatt ihn zu übertragen.
»Damit unser System funktioniert, arbeiten wir gemeinsam mit Partnern an der Entwicklung eines völlig neuen, stahlfreien Reifen«, sagt Schwitter. Zwar würden dadurch die Kosten für einen einzelnen Busreifen steigen, dies falle im Vergleich zu den gesamten Anschaffungs- und Betriebskosten eines Busses jedoch kaum ins Gewicht.
So würden bei den Kosten die größten Vorteil der Technologie liegen. Gemäß den Berechnungen von Winduction könnten die Gesamtkosten mit dem neuen Ladesystem deutlich sinken. Dies belegen die Gründer anhand der Buslinie zwischen Zürich Flughafen und Zürich Oerlikon. »Unsere Berechnungen zeigen erhebliche Einsparungen im Vergleich zu einem klassischen Ladesystem mit großer Batterie und Ladenstation in der Garage. Wie hoch diese ausfallen, hängt von der Route ab. Eine Machbarkeitsstudie in Zusammenarbeit mit Verkehrsunternehmen quantifiziert dies derzeit«, erklärt Schwitter.
Die Gründe dafür sind vielfältig: Busse mit kleineren Batterien seien günstiger und könnten mehr Personen transportieren. Auch die Bodenplatten von Winduction seien im Vergleich zu einer klassischen Ladeinfrastruktur relativ günstig. Ein weiterer Vorteil sei, dass die Busse immer wieder tagsüber nachladen. Dafür wären auf der Strecke Zürich Flughafen bis Zürich Oerlikon lediglich bei zwei von 24 Stationen Ladenplatten notwendig, auf denen die Busse während 16 Stunden insgesamt drei Stunden lang laden würden. Dadurch seien auch weniger Reservefahrzeuge notwendig.
Zum Vergleich: Aktuell laden die auf dieser Linie eingesetzten Elektrobusse gleichzeitig fünf Stunden lang nachts in der Garage und brauchen dafür viel mehr Strom, als sie mit dem System von Winduction benötigen würden. Der sparsamere Stromverbrauch würde in Zukunft noch deutlicher ins Gewicht fallen, da der Strom mit dem Ausbau der Photovoltaik tagsüber immer günstiger wird. Zudem würden Spitzenlasten im Stromnetz reduziert, da nicht mehr alle Busse gleichzeitig am Abend geladen werden, was wiederum die Kosten senke, erklärt die ETH Zürich weiter.
Unterstützt vom Bundesamt für Verkehr und der Schweizer Klimastiftung, baut Winduction derzeit eine reale Testinfrastruktur in Winterthur auf. Dort entstehen sowohl ein Versuchslabor als auch eine eigene Testhaltestelle. »In einem nächsten Entwicklungsschritt wollen wir sämtliche Komponenten in industrienaher Form zusammenführen«, sagt ETH-Absolvent Schwitter und ergänzt: »Unser Ziel ist es, so schnell wie möglich einen voll umgerüsteten Elektrobus zu bauen, der auch außerhalb unseres eigenen Testgeländes eingesetzt werden kann.«
Für das Jahr 2028 planen die Gründer, den ersten Pilotbetrieb umzusetzen. Gespräche mit mehreren Schweizer Verkehrsbetrieben laufen dazu. Beispielsweise um die Region am Zürich Flughafen. Dort solle der Bus unter realen Betriebsbedingungen getestet werden und erstmals auch Fahrgäste transportieren. Diese würden nichts davon merken, wenn die Bodenplatte Strom in die Batterie überträgt.
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