Heute hat eine Revolution in der Wissenschaft Teslas außergewöhnliche Idee wiederbelebt, die einst als Wunschtraum galt und deren Aussichten unglaublich attraktiv sind.
Tesla-Spule
Tesla Coil ist ein elektrischer Resonanztransformator. HF-Generator zur Hochspannungserzeugung, der einen Transformator mit niedrigen Strömen antreibt. Die Spule arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion: Ein Leiter wird in ein sich änderndes Magnetfeld gebracht und erzeugt eine Spannung über dem Leiter. Tesla organisiert Demonstrationen, die zeigen, wie mit einer Spule mehrere Meter voneinander entfernte Glühlampen drahtlos mit Strom versorgt werden können.
Auch nach modernen Maßstäben war Tesla seiner Zeit weit voraus. Seine Ambitionen gingen jedoch über den Tesla-Spulenprototyp hinaus. Er stellte sich eine Welt vor, in der die gesamte Menschheit billigen oder sogar kostenlosen Strom haben könnte. Er hat die Grenzen überschritten, als er etwas Funktionaleres zum Leben erweckte.
Der Wardenclyffe Tower war eine experimentelle drahtlose Übertragungsstation, die für die Telekommunikation auf der ganzen Welt gebaut wurde.
Teslas Hauptbesessenheit war jedoch die drahtlose Energieübertragung. Er erhielt Mittel für den Bau des Turms und versteckte ihn als Telekommunikationsturm. Er hat bereits bewiesen, dass Hochfrequenzsignale mit Tesla-Spulentransformatoren drahtlos übertragen werden können.
Weitere geheime Experimente in seinem Labor überzeugten ihn davon, dass er Elektrizität unter Verwendung der oberen Schichten der Erdatmosphäre übertragen könne. Der Wardenclyffe Tower war der Prototyp dessen, was Tesla sich als ein Netzwerk von Türmen vorstellte, die sich über den Globus erstrecken und von einer zentralen Station aus drahtlosen Fernzugriff auf Strom erhalten.
Teslas Plan war es, Strom aus einer nahe gelegenen Kohlenmine zu erzeugen und ihn mithilfe eines Turms um die Welt zu senden, ähnlich wie Funkwellen drahtlos über große Entfernungen übertragen werden. In einem Interview mit The American Magazine hielt Tesla seine Vision mit folgenden lebendigen Worten fest:
„Strom kann und wird in naher Zukunft für alle kommerziellen Zwecke wie die Beleuchtung von Häusern und die Steuerung von Flugzeugen drahtlos übertragen werden.“ Ich entdeckte die Grundprinzipien und alles, was übrig bleibt, ist, sie kommerziell zu entwickeln. Wenn dies erledigt ist, können Sie überall hingehen. Punkt der Welt - auf die Spitze eines Berges mit Blick auf Ihre Farm, die Arktis oder die Wüste - und installieren Sie ein kleines Gerät, das Ihnen Wärme zum Kochen und Licht zum Lesen gibt. "
Leider erblickten Teslas ungezügelte Ambitionen nie das Licht der Welt. Der Weg wurde geschlossen, nachdem J.P. Morgan die Finanzierung für das Projekt eingestellt und Tesla bankrott gegangen war. Der unfertige Turm wurde 1917 abgerissen, um einige der finanziellen Verpflichtungen von Tesla zu erfüllen. Bisher wurde das Konzept der drahtlosen Stromversorgung unter den Trümmern bürokratischer, politischer und finanzieller Zwänge begraben.
Drahtloser Strom heutzutage
Mehr als 100 Jahre sind seit dem Zusammenbruch der Hoffnungen vergangen. Mehrere Unternehmen treten jetzt mit Technologien in den Markt ein, mit denen Energie sicher über die Luft übertragen werden kann. Emrod , ein von der neuseeländischen Regierung unterstütztes Startup, führt den Wettlauf gegen die Erwartungen der Verbraucher an, indem es als erstes Unternehmen weltweit drahtlose Hochleistungs-Fernübertragung von Energie einsetzt, um die vorhandene Kupferdrahttechnologie zu ersetzen.
Diese Technologie verwendet elektromagnetische Wellen, um Energie drahtlos über große Entfernungen zu übertragen. Die Energie wird von der Sendeantenne in elektromagnetische Strahlung umgewandelt, von der Empfangsantenne (Rectenna) erfasst und dann mit herkömmlichen Methoden lokal verteilt. Das Emrod-System besteht aus vier Komponenten: einer Stromversorgung, einer Sendeantenne, einem Senderelais und einer Empfangsrektenna.
Schematisches Modell des Emrod-Teleenergiesystems
Zunächst wandelt die Sendeantenne Elektrizität in Mikrowellenenergie um und fokussiert die Elektrizität in einen zylindrischen Strahl. Der Mikrowellenstrahl wird durch eine Reihe von Übersetzern gesendet, bis er auf die Rectenna trifft, die den Strahl wieder in elektrische Energie umwandelt. Einfach, richtig?
Das gleiche passiert in jedem Funksystem, aber in einem Radio kann die Energiemenge, die den Empfänger erreicht, winzig sein. Ein paar Picowatt zu fangen reicht aus, um ein klares Signal zu liefern.
Im Gegenteil, es ist die Menge an sauberer, drahtloser Energie, die am wichtigsten ist. Der resultierende Anteil der übertragenen Energie wird zu einem wichtigen Konstruktionsparameter. Daher müssen wirksame Methoden zur Minimierung von Verlusten entwickelt werden.
Emrod hat einen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen. Wir haben die Ideen von Radar und Optik übernommen. Im Vergleich zu früheren Versuchen mit mikrowellenbetriebener Funkleistung verwendet Emrod Metamaterialien (in Relais), um die übertragene Strahlung genauer zu fokussieren.
Leistungsverluste während dieser Übertragung werden minimiert. Laut dem CEO von Emrod arbeitet das System mit einem Wirkungsgrad von 70%, was weniger effizient ist als Kupferdrähte. In einigen Fällen ist das System jedoch immer noch kostengünstig. Das Unternehmen plant, die Energieeffizienz in Zukunft zu verbessern.
Insbesondere ist die Technologie zuverlässig, da sie weder vom Wetter noch von den atmosphärischen Bedingungen beeinflusst wird. Unerwartete Stromausfälle gehören der Vergangenheit an.
Ein Problembereich ist das Thema Sicherheit. Der elektromagnetische Emrod-Strahl arbeitet mit Frequenzen, die als ISM klassifiziert sind - industrielle, wissenschaftliche und medizinische Strahlen, die für die menschliche Gesundheit harmlos sind.
Bisher versucht das Startup, Energie an Gemeinden außerhalb des Stromnetzes zu liefern oder Energie aus Quellen auf hoher See zu übertragen.
Perspektiven für drahtlosen Strom
Es kann argumentiert werden, dass drahtloser Strom eine dieser Erfindungen ist, die für uns nicht erforderlich sind. Immerhin übertragen wir bereits Strom und es funktioniert großartig. Dies ist jedoch weit davon entfernt. Die versteckten Kosten der herkömmlichen Energieübertragung sind extrem hoch.
Die Verlegung und Wartung von Stromleitungen ist teuer, ganz zu schweigen von den geografischen Einschränkungen bei der Verteilung von Stromnetzen auf abgelegene Gebiete. Schiffe auf See, Elektrofahrzeuge oder Flugzeuge können unterwegs tanken. Der Ansatz von Emrod würde das Reichweitenproblem lösen, insbesondere bei den vorgeschlagenen kommerziellen Stromtarifen.
Aber die vielleicht größte Revolution wird die weltweite Umstellung auf saubere, billige erneuerbare Energien sein. Sie können die Skala anhand von zwei Fakten erfassen.
1. Fernübertragung von Sonnenenergie
Laut globaler Energiestatistik betrug der Gesamtenergieverbrauch der Welt im Jahr 2019 13 Milliarden Tonnen Öläquivalent (MTOE). Mit anderen Worten, dies sind 17,3 Terawatt Leistung.
Wenn wir heute ein 350 km mal 350 km großes Grundstück mit Sonnenkollektoren abdecken, kann dies mehr als 17,4 TW Strom liefern. Das erwähnte Gebiet ist ungefähr 43.000 Quadratmeilen. Die Große Sahara ist ungefähr 3,6 Millionen Quadratmeilen groß und hat mehr als 12 Stunden Tageslicht, was Energie bedeutet.
Dies bedeutet, dass 1,2% der Wüste ausreichen, um den weltweiten Energiebedarf zu decken. Und damit können weder die Kernfusion noch eine andere derzeit in der Entwicklung befindliche Energiequelle mithalten.
Was ist, wenn drahtloser Strom Realität wird? Wir nutzen einen kleinen Teil der Sahara, um Sonnenenergie zu sammeln und weltweit zu übertragen, ohne dass teure Kupferdrähte erforderlich sind. Wird dies nicht ein großer Durchbruch bei der Lösung der Probleme der Energiekrise, der Umweltverschmutzung und des Klimawandels sein?
2. Weltraum Sonnenenergie
Riesige Solarzellen, die Sonnenenergie im Weltraum sammeln und zur Erde zurücksenden, sehen aus wie eine verrückte Science-Fiction-Filmszene.
Die vom russischen Wissenschaftler Konstantin Tsiolkovsky in den 1920er Jahren konzeptionell entwickelte Idee der Weltraum-Sonnenenergie ist weitgehend schwer fassbar geblieben. Aber alles ändert sich. Vor einigen Monaten kündigte die Europäische Weltraumorganisation ihren Plan an, die Solarenergie im Weltraum zu finanzieren, um den Klimawandel durch Förderung der Erzeugung grüner Energie zu bekämpfen.
Eine weltraumgestützte Solaranlage wird überall und überall saubere Energie liefern.
Die Weltraumsolarenergie wird das Konzept der drahtlosen Elektrizität nutzen. Es ist geplant, Elektrizität von Sonnenkollektoren in Energiewellen umzuwandeln und sie mithilfe des elektromagnetischen Feldes zu einer Antenne auf der Erdoberfläche zu übertragen. Die Antenne wandelt dann die Wellen wieder in Elektrizität um.
Dank mehrerer Vorteile ist CSP eine attraktive Lösung für die bevorstehende Energiekrise, die mehr Energie erzeugen wird:
- Es ist immer sonnig mittags im Weltraum. Terrestrische Sonnenkollektoren sind durch Tageslicht und Wetterbedingungen begrenzt.
- Sonnenkollektoren können intensiveres Sonnenlicht erhalten, da keine Hindernisse durch atmosphärische Gase, Wolken, Staub und andere Wetterbedingungen auftreten. Die Erdatmosphäre absorbiert und reflektiert normalerweise einen Teil des Sonnenlichts.
- Der solarbetriebene Satellit kann rund um die Uhr beleuchtet werden. Heute wird Sonnenenergie durchschnittlich 29% des Tages geerntet.
- Lebensmittel können schnell in die Bereiche umgeleitet werden, in denen sie am dringendsten benötigt werden.
Es ist unnötig zu erwähnen, dass CSE immer noch mit zahlreichen Hürden konfrontiert ist, von denen die größten die Kosten für die Einführung und den Einsatz riesiger Solarmodule sind. Derzeit werden neue Herstellungsverfahren untersucht, beispielsweise der 3D-Druck ultraleichter Solarzellen.
Drahtlose Elektrizität: Teslas Traum und unsere zukünftige Realität
Durch die Nutzung des enormen Potenzials der drahtlosen Elektrizität hat unsere Generation viel zu gewinnen und nichts zu verlieren. In den kommenden Jahren können wir nur hoffen, dass die gegenwärtigen Bemühungen, dieses epische Kunststück zu verwirklichen, zu positiven Ergebnissen führen werden. Leider ist Nikola Tesla, der große Erfinder, nicht bei uns, damit er sehen kann, wie sein Traum wahr wird. Ich freue mich, eines von Teslas berühmten Zitaten zu teilen, eine großartige Inspirationsquelle für angehende Wissenschaftler auf der ganzen Welt:
"Wenn Sie die Geheimnisse des Universums aufdecken möchten, denken Sie an Energie, Frequenz und Schwingung."
