Verbrennungsmotor für Laptops und Handys?

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eröffnet am: 23.06.04 08:35 von: Happy End Anzahl Beiträge: 9
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23.06.04 08:35

95441 Postings, 7557 Tage Happy EndVerbrennungsmotor für Laptops und Handys?

Weltweit tüfteln Forscher an winzigen Verbrennungsmotoren für Laptops und Handys

Der neue Turbo-Power-Notebook mit 3,5 GHz macht Krach, wird heiß, riecht komisch und hat nach einer Stunde den ewig schweren Akku geleert? Nun, es könnte noch schlimmer kommen?

Akkus nerven. Ständig muss man sie aufladen, und wenn man Pech hat, fällt ihre Leistungskurve ausgerechnet dann steil nach unten ab, wenn man sie am nötigsten braucht. Der Grund dafür ist simpel: Akkus haben ? ebenso wie Batterien ? einen geringen Energieinhalt. Lithium-Ionen Akkus zum Beispiel haben eine Energiedichte von 1,2 Megajoule pro Kilogramm, Alkali-Batterien bringen es gerade mal auf die Hälfte. Im Gegensatz dazu sind in flüssigen  Kohlenwasserstoffen wie  Propan oder  Butan ganze 45 Megajoule pro Kilogramm enthalten. Mit anderen Worten: in jedem Wegwerf-Feuerzeug steckt mehr Power als in einer Baby-Zelle.

Forscher geraten bei solchen Zahlen ins Schwärmen. Kein Wunder, dass sie, wie der  New Scientist berichtet, alles unternehmen, um Butan & Co. auch in Handys, Laptops und Gameboys einzubauen. Forscher wie Paul Ronney von der University of Southern California in Los Angeles halten es gar für möglich, dass es eines Tages zur Fusion des Feuerzeug-Giganten BIC mit dem Chiphersteller Intel kommt. Klingt wie ein Witz, ist es aber nicht. Insbesondere in den Vereinigten Staaten wird derzeit in mehreren Labors am Mini-Verbrennungsmotor getüftelt. Dabei werden die unterschiedlichsten Motorentypen geschrumpft und auf ihre Leistungsfähigkeit geprobt.

Power-Notebook mit 50 PS?

Carlos Fernandez-Pello und seine Kollegen von der University of California in Berkeley zum Beispiel haben einen winzigen Wankelmotor gebaut, der nicht viel größer ist als ein Häufchen Kleingeld. Das Herzstück dieses Motors ist eine erdnussförmige Kammer, in der sich ein dreieckiger Rotor mit etwa einem Zentimeter Durchmesser befindet. Der Winzling ? den man auf der Website des Instituts in Aktion sehen kann ? produziert rund 10 Watt, doch die Forscher wollen es auf 30 bis 60 Watt bringen. Soviel braucht es mindestens, um Laptops, PDAs und andere Gerätschaften anzutreiben.

Den Forschern ist bewusst, dass sie noch einiges vor sich haben, aber sie sind überzeugt davon, das Schwierigste hinter sich zu haben. Bislang galt ein Motor mit etwa fünf Zentimetern Durchmesser, wie er in Modellflugzeugen verwendet wird, als kleinstmögliche Lösung. Denn je kleiner der Motor, desto ungünstiger das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Die Folge: Die Flammen kommen in Kontakt mit einer großen, kühlen Oberfläche und erlöschen. Fernandez-Pello und seinem Team gelang es, die Wände warm zu halten, indem sie mehrere Motoren übereinanderstapelten und die Abgase recycelten.

Allerdings mussten sie Kompromisse eingehen, was den Treibstoff angeht: der Winz-Wankelmotor läuft mit Wasserstoff. "Wasserstoff entzündet sich schneller und brennt schneller als Butan" sagt Fernandez-Pello. Dadurch läuft der Motor schneller und liefert mehr Energie. Außerdem wird der Treibstoff komplett verbrannt. Langfristig jedoch wollen die Forscher mit Butan arbeiten, denn Butan ist bei Raumtemperatur flüssig und damit einfacher zu transportieren.

Kolbenmotor oder Gasturbine?

Einen anderen Motortyp haben Forscher am Massachusetts Institute of Technology (  MIT) und an der  Katholischen Universität im belgischen Leuven im Visier: Sie arbeiten an Gas-Turbinen-Motoren auf Mikroskala. Und am  Georgia Institute of Technology in Atlanta tüftelt man an einem Motor, bei dem sich ein Kolben innerhalb einer zylindrischen Kammer frei bewegt. Beide Enden des Zylinders fungieren als Brennkammern und indem auf beiden Seiten Treibstoff verbrannt wird, wird der Kolben in Bewegung gehalten.

Im Zentrum all dieser Versuche stehen konventionelle Motorentypen, doch darüber hinaus gibt es auch Teams, die an neuartigen Lösungen arbeiten. Paul Ronney von der University of Southern California in Los Angeles zum Beispiel verfolgt eine Idee, die  Felix Weinberg vom Imperial College in London vor über 30 Jahren aufgebracht hat. Weinbergs Ziel war eine Apparatur, die in der Lage ist, schwache Treibstoff-Luft Gemische zu verbrennen. Das Problem: Um eine solche Verbrennung am Laufen zu halten, müssen sowohl die Wände der Brennkammer als auch der Treibstoff selbst unentwegt warm gehalten werden. Um das zu gewährleisten, entwickelte er einen Wärmeaustauscher, in welchem das einströmende, kühle Gasgemisch parallel zu den ausströmendem, heißen Abgasen geleitet wird. Um die Wärmewirkung zu erhöhen, verwandelte er das Ganze in eine Spirale. Der Vorteil: doppelter Wärmeaustausch im Inneren der Spirale und minimaler Wärmeverlust an der Außenseite. Die Apparatur erhielt den Namen "Swiss roll" (Biskuitrolle).

Ronney und sein Team glauben, dass die "Swiss roll" der Schlüssel zum Erfolg ist. Sie bauten einen winzigen Prototyp aus Titan und Keramik, kaum größer als ein Stück Würfelzucker. Um die Verbrennung am Laufen zu halten befindet sich im Inneren der Brennkammer ein Katalysator in Form eines Fitzelchens Platin. Indem Treibstoff und Wände vorgewärmt werden, kann die Verbrennung selbst bei Temperaturen zwischen 500 und 700 Grad Celsius ablaufen. Dabei hat das Team etwas entdeckt, das wichtige Hinweise darauf gibt, wie Verbrennungen im Miniaturmaßstab ablaufen. Und zwar konnten die Forscher im Inneren der Brennkammer keine Flamme entdecken. Normalerweise müssten blaue Flammen zu sehen sein ? so wie bei jedem Küchenherd oder Bunsenbrenner. Ronneys Motor dagegen produzierte unsichtbare Flammen. Die Forscher vermuten nun, dass Verbrennung im Miniaturmaßstab eine "kühle Flamme" (New Scientist, 5. Juni 2004, Seite 28), produziert, die bei weitaus geringeren Temperaturen brennt als die Alltagsflamme.

Bislang nur heiße Luft

Noch ist Ronneys Motor nicht einsatzfähig, denn bislang produziert er nichts als heiße Luft. Das Problem ist der hohe Wärmeverlust, der dazu führt, dass für den Antrieb selbst keine Energie mehr übrig bleibt. Deshalb will sein Team thermoelektrische Elemente in die "Swiss roll" einbauen und die Hitze direkt in Energie verwandeln. Auch die kalifornische Firma Microfabrica experimentiert mit der "Swiss roll", und Ronney ist überzeugt davon, dass sich mit der Apparatur mindestens 150 Milliwatt an Energie erzeugen lassen, genug, um Alkalibatterien zu ersetzen.

In eine andere Richtung forschen  Sossina Haile und ihr Team am California Institute of Technology in Pasadena: Sie haben eine Brennstoffzelle innerhalb der Wärmespirale platziert. Allerdings haben sie dazu keine herkömmliche Brennstoffzelle verwendet. Denn die haben eine Reihe von Nachteilen. Zum Beispiel brauchen sie eine hohe Betriebstemperatur, was eine Verwendung in tragbaren Geräten bislang unmöglich machte. Hailes Team jedoch entwickelte eine neuartige Brennstoffzelle ? eine Festoxid-Brennstoffzelle (  SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), die im Inneren eine Hitze von mehreren hundert Grad Celsius produziert ? und außen mit bloßer Hand berührt werden kann. Die Kombination dieser Brennstoffzelle mit der "Swiss roll" könnte die ideale Kombination sein.

Wie so viele Cutting-Edge-Technologien wird auch die Operation Winzmotor von  DARPA, der Forschungsabteilung des US-Militärs, gefördert. Schließlich versprechen Minimotoren mehr Mobilität, und die steht auf der Wunschliste der Generäle ganz oben. Wenn es nach Professor Fernandez-Pello geht, dann dürfen die Herrschaften hoffen. Denn nachdem es Fernandez-Pello gelungen ist, einen Motor auf Zentimetergröße zu schrumpfen, ist sein nächstes Ziel ein Motor, der auf einen Chip passt ? "der neue Pentium-Prozessor mit 8 GHz und 3 PS"?oder die wirklich Formel-1-mäßige Digitalkamera.

heise.de  

23.06.04 08:49

4561 Postings, 6951 Tage lutzhutzlefutzIst doch ganz einfach!

Kurz bei Cyberdine Systems in L.A. anrufen, vielleicht hat der T-1000 aus 1987 auch noch eine kaputte Brennstoffzelle dagelassen, die Wirkung ist ja mittlerweile weithin bekannt.

Hasta la Vista baby!

Interessanter Artikel, danke häbbie!  

23.06.04 09:53

129861 Postings, 6512 Tage kiiwiiWie unser rot-grüner Verbrennungsmotor in Berlin:

"Bislang nur heiße Luft

Noch ist Ronneys Motor nicht einsatzfähig, denn bislang produziert er nichts als heiße Luft. Das Problem ist der hohe Wärmeverlust, der dazu führt, dass für den Antrieb selbst keine Energie mehr übrig bleibt."


Schön, nicht ?


Sei gegrüsst, häbbi !
Und Dank dafür, dass Du immer so schöne Artikel findest.


Übrigens:
in Afrika machen sie das bei Handys mit aufziehbaren Uhrwerken.
Funktioniert auch bei Rasierern.  

23.06.04 10:04

4561 Postings, 6951 Tage lutzhutzlefutzKann aber nur der richtige Weg

sein! Normale Accus haben ihre Leistungsgrenze erreicht, weiterführende Technologien können nur auf Basis von Verbrennungsmotoren basieren. LKW´s mit Accubetrieb wird es definitv nicht geben!  

23.06.04 10:29

129861 Postings, 6512 Tage kiiwiiNa, das wird aber heiße Ohren geben:

**Um eine solche Verbrennung am Laufen zu halten, müssen sowohl die Wände der Brennkammer als auch der Treibstoff selbst unentwegt warm gehalten werden. Um das zu gewährleisten, entwickelte er einen Wärmeaustauscher, in welchem das einströmende, kühle Gasgemisch parallel zu den ausströmendem, heißen Abgasen geleitet wird. Um die Wärmewirkung zu erhöhen, verwandelte er das Ganze in eine Spirale. Der Vorteil: doppelter Wärmeaustausch im Inneren der Spirale und minimaler Wärmeverlust an der Außenseite. Die Apparatur erhielt den Namen "Swiss roll" (Biskuitrolle).**

Lieber ein Aufzieh-Uhrwerk. Stinkt auch nicht, und macht keinen Krach.  

23.06.04 10:33

4561 Postings, 6951 Tage lutzhutzlefutzWieviel PS sind

denn notwendig, um die 3,4 kg schweren Zeiger einer Armbanduhr zu bewegen?  

23.06.04 10:45

129861 Postings, 6512 Tage kiiwiiKommt auf das Getriebe an

23.06.04 11:01

4561 Postings, 6951 Tage lutzhutzlefutzMeine hat

das absolut notwendige 16-Gang Automatik-Schaltgetriebe, wie demnächst in allen Luxuskarossen Standard.  

30.06.04 14:54

95441 Postings, 7557 Tage Happy EndGrüne Energie: Spinat treibt Notebooks an

Iglo wirbt also schon aus Sicherheitsgründen mit Prominenten, die extrem unterbelichtet sind. ;-)


"Eine Portion Spinat für mein Notebook, bitte!" - Der moderne Popeye bekommt nicht mehr Muskeln vom Spinat, sondern Strom. Forscher in Boston entwickelten eine Solarzelle, die Proteine aus dem grünen Gewächs nutzt, um elektrische Energie zu erzeugen.
 
29.06.2004 - Spinat treibt das Notebook und andere elektrische Geräte an? Keine Science Fiction: Erste Prototypen der neuen Erfindung wandeln bereits zwölf Prozent der absorbierten Lichtenergie in Strom um. Dies berichtet die Wissenschaftszeitung 'Nature' in ihrer neuesten Ausgabe. Marc Baldo vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) will die Lebensdauer und die Effizienz der grünen Solarzellen noch verbessern.

Während Grünpflanzen bei der Photosynthese ohnehin schon Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln, die dann wieder als Zucker gespeichert wird, setzen die Forscher bereits bei den Molekülen "vor" der Zuckerumwandlung an. Die lichtsensitiven Proteine setzen Energie frei, in der Forschungsarbeit der MIT-Forscher um Baldo allerdings nicht auf die Pflanze, sondern auf eine dünne Goldfolie, die mit einer leitenden Schicht aus Metall verbunden ist.

Die Bio-Solarzellen sollen langfristig die siliziumbasierten Zellen ablösen und damit gleichzeitig die Herstellungskosten senken. Die Effizienz der Spinatzellen sollen, so die Forscher, leicht so anzusteigern sein, dass sie die herkömmlichen Solarzellen erreicht. Wer also künftig grüne Notebooks vor allem in warmen Ländern sieht, weiß: Spinat macht schwache Notebooks stark. (mk)

http://www.testticker.de/Mobile/article.asp?ArticleID=20040629018  

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