Körperwärme als Energielieferant im Flugzeug
Stromerzeugung über den Wolken stellt seit jeher eine Herausforderung für die Luftfahrttechnik dar. Die European Aeronautic Defence and Space Company (EADS) arbeitet mit Unterstützung der TU Wien an neuen Konzepten, die den Aufwand hierfür reduzieren und die Sicherheit erhöhen soll. Ein aktueller Ansatz dabei ist die Energiegewinnung mittels thermoelektrischer Generatoren. Diese Generatoren nutzen Temperaturunterschiede, um Strom zu erzeugen.
Somit könnten Sensoren ohne aufwändige Verkabelung betrieben werden. In Zukunft soll diese Technik auch bei den Flugzeugsitzen angewendet werden, wo mittels Sensoren festgestellt werden kann, ob der Passagier angeschnallt oder ob der Tisch hochgeklappt ist. Der Strom für diese Geräte wird mittels Thermoelektrik direkt mit der Körperwärme der Passagiere erzeugt.
Temperaturunterschiede als Grundprinzip
Um dies zu realisieren, entwickelten Ulrich Schmid vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU-Wien gemeinsam mit Dominik Samson und Thomas Becker von EADS Deutschland die Idee des thermoelektrischen "Energieharvesters". Jener stellt das zentrales Herzstück und die Energiequelle dar, um bei den Sensoren weder auf Kabel noch auf Batterien angewiesen zu sein. Der Strom wird dabei unter anderem durch die Temperaturunterschiede zwischen Boden und Reiseflughöhe generiert. So befindet sich in den Energiemodulen ein Wasserreservoir, das eine gewisse Wärmemenge eine Zeit lang speichern und zeitverzögert abgeben kann.
Dieser Innenbereich steht über einen thermoelektrischen Generator in Kontakt mit der kalten Außenhaut. Das Temperaturgefälle wird zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt. Bei der Landung funktioniert das Prinzip auch umgekehrt – nach dem Start wird das Modul durch die sinkende Außentemperatur in der Luft abgekühlt, während sich das Flugzeug und damit auch Harvestermodul nach der Landung wieder aufwärmt.
Höhere Zuverlässigkeit bei geringerem Gewicht
„Sensoren brauche ich, um den Zustand des Flugzeuges zu überwachen, zum Beispiel etwaige Beschädigungen der Außenwände“, sagt Ulrich Schmid zur futurezone. Die gemessenen Daten werden über Funk weitergegeben. Dadurch, dass das System ohne Kabeln auskommt, werden an mehreren Stellen Verbesserungen erzielt. „Der Verkabelungsaufwand des Systems fällt mehr oder weniger komplett weg. Das bewirkt einerseits eine Gewichtseinsparung und andererseits auch eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems“, so Schmid.
Energieautarker Flugzeugsitz
Dieses Prinzip kann nicht nur der Sicherheit, sondern auch dem Komfort der Reisenden dienen. Derartige Sensoren können in den Flugzeugsitzen genutzt werden, um festzustellen, ob Passagiere korrekt angeschnallt sind oder ob der Tisch hochgeklappt ist. Die Energie für diese Geräte könnte direkt über die menschliche Körperwärme erzeugt werden. „Es geht in die Richtung, dass ein komplett energieautarker Stuhl entwickelt werden soll“, so Schmid. „Man müsste die Generatoren dort anbringen, wo der Passagier einen guten Kontakt zum Sitz hat. Das wäre zum Beispiel direkt die Sitzfläche oder der Bereich um die Nieren.“ Als Passagier merkt man von dieser Energiegewinnung nichts: „Es muss so gemacht werden, dass man dem Passagier nicht zu viel Körperwärme entzieht. Grundbedingung ist, dass der Passagier kein unwohles Gefühl hat, wenn er in dem Stuhl sitzt.“
Die Tatsache, dass die Sensoren ihre Energie selbst produzieren, ist für Schmid eine natürliche Entwicklung: „Ich will genau an der Stelle Energie erzeugen, wo sie auch benötigt wird.“ Die neue Technik bringt auch Platzersparnis: „Dadurch, dass wir keine mechanisch bewegten Teile haben, ist eine wesentliche Grundvoraussetzung für die Umsetzung eines kompakten Aufbaus gegeben.“
Zukunftskonzept von Airbus
Ein Dienstag veröffentlichtes Zukunftskonzept von Airbus hat die neue Technik bereits berücksichtigt. Die präsentierte Studie geht allerdings noch weiter. So skizzieren die Luftfahrttechniker etwa eine transparente Flugzeugdecke, über die der Himmel sichtbar gemacht werden kann. Dabei soll das Flugzeug in mehrere Zonen aufgeteilt werden, in einer Interaktionszone sollen die Passagiere etwa einkaufen oder Golf spielen können.
Sitze sollen in Zukunft auch Funktionen wie Massage oder Akupunktur bieten. Das Konzept von Airbus liegt allerdings noch in ferner Zukunft, Entwicklungen wie die energieautarken Sensoren könnten hingegen schon sehr bald umgesetzt werden.