Erfindungen für eine nachhaltige Zukunft

Erfindungen, Windrad alternative Energie

Wenn Nachhaltigkeit und Klimaschutz im großen Stil gelingen sollen, braucht es noch viele neue Ideen und Erfindungen. Ein Blick auf Ladelaternen für E-Autos, Roboter-Müllsammler und Wärmepumpen in der Hausfassade.

Die Fassade für die Wärmepumpe

Wärmepumpen sind eine feine Sache, allerdings eignet sich nicht jedes Haus für die Umrüstung. Die Wärmetauscher von der Größe eines Kühlschranks können nicht beliebig platziert werden. Sie müssen nah am Haus stehen, damit der Wärmeverlust durch lange Rohre vermieden wird, zugleich müssen sie aus Lärmschutzgründen Abstand zum Nachbarhaus halten, sie sollten jedoch auch an einem Platz stehen, an dem sie möglichst effektiv Energie aus der Umgebungsluft ziehen können. Für Einzelhäuser auf dem Land kein Problem, für Häuser in dicht bebauten Siedlungen aber schon, für Reihenhäuser geradezu unmöglich. Das Fraunhofer -Institut für Solare-Energiesysteme hat womöglich die Lösung. Ihre Erfindung „Tabsolar“ sind Betonelemente mit eingebautem Wärmetauscher, der hässliche Kastenlüfter verschwindet damit geräuschlos in der Fassade. Abgeschaut haben sich die Forscher das Prinzip von der Natur. Wie Kapillaren im Blutkreislauf oder den Nährstoffbahnen in Blättern ist auch der Tabsolar-Beton von feinen Kapillaren durchzogen, in denen ein Solarfluid fließt. Die Sonneneinstrahlung erwärmt die Flüssigkeit, die sie dann an den Wärmepumpenkreislauf überträgt.

Wie speichert man grünen Strom? Wie fischt man Plastik aus dem Meer? Wie könnte das E-Auto attraktiver werden? Oder Pflegeberufe? Viele spannende Ideen und Erfindungen zielen auf eine bessere Zukunft. Ob sie sich durchsetzen werden, ist ungewiss.

Grüner Fliegen: Das erste Wasserstoff-Flugzeug

Wenn fossile Treibstoffe knapp werden, wie werden wir denn weiterhin fliegen können? Mit Wasserstoff und Brennstoffzellen, sagt der Stuttgarter Flugzeugbauer H2Fly. Das Unternehmen ist von fünf Luftfahrtingenieuren vom Deutschen Aerospace Center und er Universität Ulm gegründet wurden. Im Sommer dieses Jahres hob erstmals ihr Testflugzeug mit einem Speicher für Flüssigwasserstoff gekoppelt an einer Brennstoffzelle ab. Flüssig wird Wasserstoff nur bei einer Temperatur von unter Minus 253 Grad, eine technische Herausforderung. Der Testflug war erfolgreich. Aus den gesammelten Erkenntnissen wird nun ein 40-sitziges Passagierflugzeug für den regionalen Luftverkehr mit Reichweiten von 2000 Kilometern entwickelt.  

Beach Bot: Kein Müll am Strand

Sommer. Strand. Müll. Wer einmal im Sommer im Sand der berühmten Hamburger Elbstrände saß, versteht die Welt nicht mehr. Tausende Raucher drücken im Sand ihre Kippen aus und lassen sie da stecken. Nichts gegen ein Bierchen mit Blick auf den Hafen, doch viele lassen das Leergut im Sand stehen. Flasche kaputt? Na, dann schnell im Sand verbuddeln, wird schon nicht auffallen. Dazu Aluschalen vom Grillen, und anderes Verpackungsmaterial. Der Beachbot aus Holland hätte hier an der Elbe viel zu tun. Der knuffige Roboter auf vier Rädern ist ein auf Strände spezialisierter Müllsammler, der Müll erkennt, aufsammelt, in seinen Bauch packt und zur Sammelstelle fährt. Noch ist er ein Projekt. Aber wer weiß, vielleicht wir der Beachbot ja der technische Urahn von Walley aus dem gleichnamigen Pixar-Film.

Ubitricity: Das Auto und die Ladelampe

Wer kein Eigenheim mit einer Wallbox in der Garage hat, zögert beim Umstieg vom Verbrenner auf ein E-Auto. Wo steht die nächste Ladesäule? Und wenn es eine der noch dünn gesäten Säulen in der Nähe gibt: Ist die auch frei, wenn ich sie brauche? Gleichzeitig fragen sich Kommunen, welche Standorte sich für Ladesäulen eignen, ob dafür ausrechend Platz vorhanden ist, wie viele sie benötigen und was es kostet. Das vom Ölkonzern Shell finanzierte Startup Ubriticity hat womöglich die Lösung. Warum nicht nutzen, was in jeder Straße steht, Strom führt und beleuchtet ist: Straßenlaternen. Einen Namen gibt es auch schon: HEINZ. Da die Laternen nur mit maximal 3,7 Kilowatt laden können, sind sie aber perfekt das Stromtanken über Nacht, wenn das Auto ohnehin auf dem Parkplatz stehen würde. Auch E-Motorroller mit festem Akku ließen sich so betanken. Da weder Erdarbeiten noch neue Kabelschächte notwendig sind, ist HEINZ günstig im Vergleich zu einer vollwertigen Ladesäule. Derzeit gibt es die Ladelampen nur in Berlin und London als Pilotprojekte.

Frachtsegler voraus, Herr Kaleun!

Mit HighTech-Segeln Schiffsdiesel sparen. Die Idee ist schon seit ein paar Jahren auf dem Markt. Die meisten Anbieter bieten Kitesegel für Frachtschiffe, die Münchener CargoKite ein Frachtschiff für einen Kite. „Wir entwickeln eine gänzlich neue Schiffsklasse, ein High-Tech-Segelschiff, was auf hoher See ausschließlich mit Wind fährt und dabei bis zu zweimal schneller als konventionelle Schiffe unterwegs ist. Dabei konzentrieren wir uns auf die Steuerungstechnik, die das Stabilisierungssystem am Rumpf und den Kite optimiert“, sagt Tim Linnenweber, Mitgründer von CargoKite. Die Einsparungen bei den Betriebskosten ließen sich so um bis zu 60 Prozent senken. Frachtschiffe mit Kite-Unterstützung sind heute schon unterwegs, doch in der Breite hat sich die Technik noch nicht durchgesetzt. Linnenweber hat dafür eine Erklärung. Es liege am sogenannten Investor-User-Dilemma. Während die Schiffseigner die Investitionen tätigen, profitieren die Charterer, also die Nutzer der Schiffe, von den Treibstoffeinsparungen. Diese lassen sich jedoch nicht präzise quantifizieren und daher nur sehr schwer umlegen. Linnenweber ist sich aber sicher, dass die Segeltechnik bei Schiffen wieder Einzug halten wird, schon auf Grund der steigenden Preise für Kraftstoffe.

Stein für Stein grüne Energie stapeln

Grüne Energie könnte fossil erzeugten Strom ersetzen, wenn sie sich in größerem Maßstab speichern ließe. Die Speicher müssten dafür sehr günstig in der Herstellung und aus gut verfügbaren Materialien bestehen. Ziegelsteinen zum Beispiel. Rondo aus dem US-Staat Kalifornien ist eines jener Unternehmen, die an stromspeichernden Ziegelsteinen arbeiten. Das Prinzip ist simpel: Durch Sonne und Wind erzeugter Strom fließt durch ein Heizelement, wird in Wärme umgewandelt, die dann einen Stapel isolierter Ziegelsteine bis auf 1500 Grad aufheizt. Um die Energie wieder abzurufen, wird Umgebungsluft über die heißen Steine geleitet, dort erhitzt und dann einem Trägermedium zugeführt. Wasser könnte so in Wasserdampf umgewandelt werden, der dann eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt. Die Hitze ließe sich aber auch direkt verwenden, etwa in Industrien mit hitzeintensiven Produktionsverfahren wie der Stahl- oder Zementherstellung. Auch Fernwärme wäre möglich. Die positiven Auswirkungen auf den Klimaschutz wären enorm, die Schwerindustrie ist für rund ein Viertel der weltweiten Emissionen verantwortlich.

Superkräfte zum Anziehen

Gut, diese Erfindung hat nichts mit Klimaschutz zu tun, wohl aber mit einer gesellschaftlichen Herausforderung. Ältere werden sich noch an die TV-Serie „Bionic Man – der 6 Millionen Dollar Mann“ erinnern, dem seine Implantate Superkräfte verliehen. 50 Jahre später gibt es mit dem „Cray X“ und „Apogee“ von German Bionic Superkräfte zum Anziehen für Jedermann. Das leichte Exo-Skelett wird auf dem Rücken getragen, der Motor reduziert den Kraftaufwand beim Heben und Absetzen um bis zu 70 Prozent, lenkt zugleich die Belastung vom Rücken auf die Beine um und hält den Rücken gerade. Ursprünglich hatte German Bionic nur die Industrie und Logistik als Anwendungsgebiete im Blick, das neue Modell Apogge greift nun im Wortsinn auch Pflegekräften unter die Arme. Einem Patienten von 60 Kilo oder mehr aus dem Bett oder Stuhl zu heben, geht auf den Rücken oder ist allein nicht mehr zu bewältigen. Beim Apogee kann sich der Patient am Exoskelett der Pflegekraft festhalten, während ihm mit Motorkraft aufgeholfen wird. Möglicherweise eine Technik, die Pflegeberufe attraktiver machen könnte.

Weit mehr als nur Fassade: Energiesenken an der Hauswand

Etwa ein Drittel des Energieverbrauchs in Deutschland entfällt auf Gebäude, was ungefähr 115 Millionen Tonnen CO2 entspricht. Diese Menge an Treibhausgasen soll um 40 Prozent reduziert werden, um die EU-Klimaschutzziele 2030 zu erreichen. Eine Erfindung der Fraunhofer-Institute für Bauphysik könnte den Energieverbrauch von in Skelettbauweise errichteten Bürogebäuden von 3200 Gigawattstunden (GWh) auf 600 GWh senken. Bei der zwischen 1950 und Ende 1990 gängigen Bauweise, besteht die Fassade aus eingehängten Elementen. Die Bauteile lassen sich leicht entfernen und durch eine Hightech-Fassade ersetzen. Das Fassaden-Element der Bauphysiker enthält ein Solarpanel, eine Wärmepumpe, eine Lüftung mit Wärmerückgewinnung und ein Fenster. Jedes Element kann einen Raum von 24 Quadratmetern mit Wärme versorgen – und mit kühler Luft in heißen Sommern. Da jedes Element eigenständig und nicht im Verbund arbeitet, müssen weder Leitungen noch Rohre verlegt werden. Allerdings ist immer noch ein Stromanschluss erforderlich, falls die Sonne einmal nicht scheint.

Mit grüner Energie die Flüsse säubern

Der Trashwheeler ist ein halbautomatischer maritimer Müllfresser. Er wird am Ende von Flüssen zu Wasser gebracht und breitet dort im Wortsinn seine weiten Arme aus, um den antreibenden Müll über ein großes Schaufelrad aus dem Wasser zu holen. Der Müll wird dann über ein Fließband in einen Container befördert. Auf diese Weise schützt er zugleich auch die Meere, dem Endziel aller Flüsse. Angetrieben wird der Trashweehler mit Solarzellen und Wasserkraft. Eine großartige Idee, die es bisher leider nicht über den US-Staat Baltimore hinaus geschafft hat.

Mini-Windkraft für Zuhause

Der dezentralen Energieerzeugung gehört die Zukunft. Photovoltaik für den Heimgebrauch ist heute so einfach wie nie zuvor. Balkonkraftwerk aufstellen, an die Steckdose anschließen, fertig. Wenn die Sonne indes nicht scheint, ist es vorbei mit dem grünen Strom. Nachts sowieso. Diese Lücke in der privaten Stromerzeugung schließt SkyWind mit Mini-Windkraftanlagen für den Heimgebrauch. Das Unternehmen ist vor Jahren aus einer Idee bei „Jugend forscht“ hervorgegangen. Nach eigenen Angaben sollen die Rotorblätter so leise sein, dass der TÜV Nord die Windkraftwerke für den Betrieb in eng bebauten Wohngebieten zertifiziert hat. Der 20 Kilo schwere Generator mit den beiden futuristischen Rototorblättern von 1,5 Metern Durchmesser wird auf einem Stahlrohr montiert und wie ein Balkonkraftwerk an die Steckdose geschlossen. 1000 Watt Nennleistung sind möglich, die sich jedoch auf 600 Watt begrenzen lassen, um das Gerät nicht anmelden zu müssen.

Im Vorübergehen Strom erzeugen

Die Idee ist großartig, doch findet nur sehr langsam Verbreitung. Bewegungsenergie von Fußgängern in Strom verwandeln. Pavegen macht genau das. Das britische Unternehmen hat Gehwegplatten entwickelt, die aus der Be- und Entlastung beim Gehen Strom erzeugt. Pro Platte maximal fünf Watt, doch wenn ein kompletter Gehweg in einer belebten Straße mit ihnen ausgelegt ist, reicht es zum Beispiel für die Gehwegbeleuchtung oder für Ladestationen von Smartphones. In Rio de Janeiro verlegte Pavegen unter dem Rasen eines Fußballplatzes 200 seiner kinetischen Platten. Sind die Kicker auf dem Platz sorgen sie „spielend“ für den Strom ihrer Flutlichtanlage. Praktisch für eine Gegend, in der häufiger der Strom ausfällt. Derzeit gibt es weltweit rund 200 Projekte, allerdings immer noch nicht den großen Durchbruch.

Quell: https://www.stern.de/gesellschaft/elf-erfindungen-fuer-eine-nachhaltige-zukunft_33728918-33729078.html

Technologien im Bereich erneuerbare Energien

Erneuerbare Energien

  • Solarenergie und Photovoltaik
  • Windenergie
  • Wasserkraft
  • Biomasse

Mobilität der Zukunft

  • Elektromobilität
  • Wasserstofftechnologie
  • Fahrradinfrastruktur

Umweltfreundliche Bautechnologien

  • Passivhäuser
  • Grüne Dächer und Fassaden
  • Recyclingbaustoffe

Nachhaltige Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion

  • Vertikale Landwirtschaft
  • Künstliche Intelligenz in der Landwirtschaft
  • Fleischersatzprodukte

Abfallreduktion und Kreislaufwirtschaft

  • Plastikmüllreduktion
  • Kreislaufwirtschaft in Unternehmen
  • Abfallverwertung

Wasser- und Ressourceneffizienz

  • Wasserspartechnologien
  • Effiziente Ressourcennutzung

Innovative Umweltschutztechnologien

  • Luft- und Wasserreinigungstechnologien
  • Artenschutz und Biodiversität

Die Bewältigung des Klimawandels und der Schutz der Umwelt sind globale Herausforderungen, die dringend innovative Lösungen erfordern. Deutschland, als führende Industrienation in Europa, spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Technologien und Innovationen im Bereich der Nachhaltigkeit und des Klimaschutzes.

Dieser Bericht hat das Ziel, 20 herausragende Erfindungen und Innovationen vorzustellen, die in Deutschland entwickelt wurden und einen positiven Einfluss auf die Umwelt und den Klimaschutz haben. Diese Innovationen erstrecken sich über verschiedene Bereiche und tragen dazu bei, nachhaltige Praktiken zu fördern und den CO2-Ausstoß zu reduzieren.

Erfindungen und Innovationen im Bereich erneuerbare Energien

Solarenergie und Photovoltaik

  • Perowskit-Solarzellen: Diese innovative Solarzellentechnologie verspricht höhere Effizienz und geringere Herstellungskosten.

Windenergie

  • Offshore-Windparks: Deutschland ist führend bei der Entwicklung von Offshore-Windparks, die eine stabile Stromversorgung aus erneuerbaren Quellen gewährleisten.

Wasserkraft

  • Unterwasserturbinen: Die Nutzung von Strömungsturbinen in Flüssen und Strömen zur Erzeugung von sauberer Energie gewinnt an Bedeutung.

Biomasse

  • Biogasanlagen: Die Verwendung von Biomasse, wie Mais und Gülle, zur Erzeugung von Biogas, das in das Stromnetz eingespeist wird, hat zugenommen.

Mobilität der Zukunft

Elektromobilität

  • Elektroautos: Deutsche Automobilhersteller entwickeln Elektrofahrzeuge mit immer größerer Reichweite und Ladegeschwindigkeit.

Wasserstofftechnologie

  • Wasserstoff-Brennstoffzellen: Die Nutzung von Wasserstoff als sauberem Treibstoff für Fahrzeuge und Industrieanwendungen gewinnt an Bedeutung.

Fahrradinfrastruktur

  • Fahrradautobahnen: Der Ausbau von Fahrradinfrastruktur in deutschen Städten fördert umweltfreundliche Mobilität.

Umweltfreundliche Bautechnologien

Passivhäuser

  • Passivhäuser: Diese hoch isolierten Gebäude minimieren den Energiebedarf für Heizung und Kühlung.

Grüne Dächer und Fassaden

  • Grüne Dächer und Fassaden: Pflanzen auf Gebäuden verbessern die Isolierung und reduzieren den städtischen Wärmeeffekt.

Recyclingbaustoffe

  • Recyclingbaustoffe: Die Verwendung von recycelten Materialien in der Baubranche verringert den Bedarf an neuen Rohstoffen.

Nachhaltige Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion

Vertikale Landwirtschaft

  • Vertikale Landwirtschaft: Diese innovative Anbaumethode ermöglicht es, Lebensmittel in Gebäuden in urbanen Gebieten anzubauen.

Künstliche Intelligenz in der Landwirtschaft

  • Präzisionslandwirtschaft: KI-gestützte Technologien optimieren den Einsatz von Ressourcen und verbessern die Ernteerträge.

Fleischersatzprodukte

  • Pflanzliche Fleischersatzprodukte: Die Entwicklung von Fleischersatzprodukten trägt zur Reduzierung der Umweltauswirkungen der Fleischproduktion bei.

Abfallreduktion und Kreislaufwirtschaft

Plastikmüllreduktion

  • Biologisch abbaubare Kunststoffe: Die Entwicklung von biologisch abbaubaren Kunststoffen reduziert die Umweltauswirkungen von Plastikmüll.

Kreislaufwirtschaft in Unternehmen

  • Produktdesign für die Kreislaufwirtschaft: Unternehmen gestalten Produkte mit Wiederverwendbarkeit und Recycling im Sinn.

Abfallverwertung

  • Abfallverwertungsanlagen: Moderne Anlagen verwerten Abfälle effizient und erzeugen Energie.

Wasser- und Ressourceneffizienz

Wasserspartechnologien

  • Wasserspartechnologien: Innovative Armaturen und Systeme reduzieren den Wasserverbrauch in Haushalten und Unternehmen.

Effiziente Ressourcennutzung

  • Ressourceneffiziente Produktion: Unternehmen optimieren ihre Produktion, um Ressourcenverschwendung zu minimieren.

Innovative Umweltschutztechnologien

Luft- und Wasserreinigungstechnologien

  • Elektrofilter und Membrantechnologien: Diese Technologien tragen zur Luft- und Wasserreinigung bei.

Artenschutz und Biodiversität

  • Naturschutzprojekte: Initiativen zum Schutz von Artenvielfalt und Ökosystemen in Deutschland.

Die hier vorgestellten Themen sind nur einige Beispiele für die Bemühungen Deutschlands im Bereich Nachhaltigkeit und Klimaschutz. Diese Fortschritte sind entscheidend, um die Umweltauswirkungen zu reduzieren und eine nachhaltige Zukunft zu gestalten.

Die Innovationskraft Deutschlands im Bereich Nachhaltigkeit wird auch in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle spielen. Es ist entscheidend, dass Unternehmen, Regierungen und die Gesellschaft insgesamt zusammenarbeiten, um diese Technologien zu nutzen und weiterzuentwickeln, um die globalen Umweltauswirkungen zu minimieren.

Deutschland hat sich als Vorreiter bei der Entwicklung von Technologien und Innovationen für Nachhaltigkeit und Klimaschutz positioniert. Die aufgezeigten Erfindungen und Innovationen bieten Hoffnung und zeigen, dass eine nachhaltige Zukunft durch Forschung, Entwicklung und Engagement erreicht werden kann.