Buch der Synergie
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TEIL C
Druckluft-Speicher (Pneumatischer Speicher)
Bei Druckluftspeichern ist die absolute Dichte des Speichers die wichtigste Bedingung. Das erste Druckluftspeicher/Gasturbinen-Kraftwerk der Welt wird von der Firma Nordwestdeutsche Kraftwerke AG im niedersächsischen Elsfleth-Neuenhuntorf, zwischen Bremen und Oldenburg, errichtet, die Idee zu dieser Speichermethode ist da allerdings schon rund 30 Jahre alt.
Der billigere Nachtstrom wird dazu genutzt, um mit einer, an einen 60 MW-Elektromotor angeschlossenen Pumpe Luft in zwei ausgelaugten Salzstöcken zusammenzupressen. Diese zylindrischen Salzkavernen mit je 150.000 m2; liegen in 600 - 800 m Tiefe und besitzen zusammen eine Leistung von 290 MW über 2 Stunden. Bei Spitzenbedarfszeiten nährt die herausdrängende Luft die Erdgasverbrennung zum Antrieb von Stromgeneratoren im Kraftwerk. Durch diese Methode wird auch das allgemeine Übel der Gasgeneratoren aus der Welt geschafft, nämlich der geringe Wirkungsgrad und die damit verbundene niedrige Leistung dieser Generatoren.
Das Projekt wird 1975 gestartet, die Kostenkalkulation beläuft sich auf 92 Mio. DM, und der Baubeginn erfolgt Anfang 1978. Die Luftfüllung bis zu einem Druck von 70 bar dauert acht Stunden. In den zwei Stunden, in denen die wieder austretende Luft die Verbrennung verstärkt, sinkt der Druck von 70 auf 45 Bar – wonach dem System ‚die Puste ausgeht’. Sehr aufwendig bei dieser Speichermethode ist auch die notwendige Wasserspülung mit Süßwasser, damit die Salzreste die Turbinen nicht angreifen.
Eine ähnliche Anlage arbeitet seit 1991 in Alabama, allerdings liegt der Wirkungsgrad nur zwischen 40 % und 50 %. Bei dieser Anlage in McIntosh handelt es sich um eine Salzkaverne von 538.000 m2 Volumen in 450 - 750 m Tiefe, die 110 MW über einen Zeitraum von 26 Stunden verfügbar macht. Gespeichert wird die Luft bei einem druck zwischen 45 - 76 bar.
Der Wirkungsgrad der Anlage Neuenhuntorf wird dagegen mit 70 % bis 95 % angegeben, wobei den Unterschied eine angekoppelte Wärmerückgewinnungsanlage erwirtschaftet.
Andere Systeme beschränken sich auf die Komprimierung der Luft und nutzen die reine Preßluft (ohne Gaszufuhr) zur Spitzenlastdeckung. Bei diesen Systemen muß die Kompressionswärme allerdings in einem Wärmeträger gespeichert werden, weil der Gesamtwirkungsgrad sonst zu klein wäre.
Inzwischen nimmt die Druckluftspeicherung für dezentrale Anwendungen zu. Auch die Methoden der Luftkomprimierung können variieren. Ein Ausschuß der amerikanischen National Academy of Sciences gräbt 1976 einen Bericht aus dem Jahre 1907 aus (!), in dem von einer Methode die Rede ist, der zufolge in einem Rohr von 1,50 m Durchmesser und 22 m Höhe Wasser zum Fallen gebracht wird, womit Luft auf 8 bar komprimiert werden kann. Mit diesem System soll eine Leistung von etwa 750 kW erzielt werden– bei einem Wirkungsgrad von 85 %. Ein funktionsfähiges Modell soll sich in einem naturwissenschaftlichen Museum in Toronto befinden.
Durch den weiteren Ausbau der Windenergie verschärft sich der Bedarf an so genannter Regelenergie zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage, die bislang von sogenannten Schattenkraftwerken (meist schnell anfahrende Gasturbinen) zur Verfügung gestellt wird. Experten rechnen damit, daß dieser Bedarf bis 2015 auf rund 3.200 MW steigen wird.
Im März 2006 verlautet seitens dem Energieversorger EnBW daher, daß man am Bau einer Anlage zur unterirdischen Speicherung von Druckluft in Salzstöcken arbeitet, in dem Energie aus unsteten Quellen wie der Windkraftanlagen zwischengespeichert werden soll.
Bei einem Überangebot an Strom, vor allem nachts, wird Luft mit bis zum 100fachen des normalen Atmosphärendrucks in zwei Salzkavernen mit 150.000 Kubikmetern Fassungsvermögen gepreßt. Diese unterirdischen Hohlräume liegen rund 800 m tief, sie sind etwa 200 m hoch und zwischen 50 und 80 m breit. Übersteigt die Nachfrage an Strom dagegen das Angebot, treibt die Druckluft Turbinen an, die über einen Generator Strom erzeugt.
In einem europäischen Forschungsprojekt (AA-CAES) prüfen 19 Unternehmen und Institute ab 2003, wie das ganze wirtschaftlich machbar ist. Beteiligt sind Energieversorger wie RWE und Eon, Kraftwerkhersteller wie MAN Turbo und Alstom, sowie das DLR.
Das geplante EnBW-Kraftwerk soll zunächst wie das in Huntorf mit Gasbefeuerung arbeiten, während in der zweiten Phase das so genannte ‚adiabate’ Prinzip umgesetzt werden soll. Adiabat (ohne Wärmeaustausch verlaufend) bedeutet in diesem Fall, daß die bei der Kompression entstehende Wärme von bis zu 600°C zwischengespeichert und später zum Anheizen der Luft bei der Rückumwandlung genutzt wird – ohne Zufeuerung fossiler Brennstoffe. Die Dimension der Anlage soll zwischen 150 und 600 MW liegen, die Kosten werden auf 75 bis 300 Mio. € geschätzt, mit dem Baubeginn wird in der zweiten Hälfte 2009 und mit der Inbetriebnahme 2011 gerechnet.
Weltweit werden derzeit rund zehn Druckluftspeicher alten Typs geplant, insbesondere in den USA, wo man damit das labile Stromnetz stabilisieren will (Stand 1998).
Im Januar 2007 wird das Projekt Iowa Stored Energy Park (IESP) bekannt gegeben. Unterstützt durch das US Department of Energy, planen eine Gruppe von Stadtwerken in Iowa und den umliegenden Staaten den Bau eines neuen Energie-Park, bei dem ein 75 - 150 MW Windpark mit der Compressed Air Energy Storage (CAES)-Technologie verbunden wird. Die Überschußenergie des Windparks soll in Dallas Center, Iowa, in Form von Druckluft in einer unterirdischen Schicht aus porösem Gestein in einer Tiefe von gut 900 m gespeichert werden. Die Kosten für die Speicher-Infrastruktur und den damit verbundenen Systemen wird auf 200.000 – 225.000 $ geschätzt.
Ende Juli 2007 meldet die Presse, daß Shell WindEnergy, eine Tochterfirma des britischen Ölkonzerns, gemeinsam mit dem US-amerikanischen Energieversorger TXU in einem besonders dünn besiedelten Bezirk (Briscoe County) im Bundesstaat Texas den bisher weltweit größten Windpark mit einer Gesamtleistung von 3.000 MW plant. Zugleich wollen TXU und Shell hier auch ein Druckluftkraftwerk errichten, mit der Energie in absatzarmen Zeiten gespeichert werden kann.
Im September 2007 gibt die US-Firma General Compression aus Massachusetts eine neue Technik bekannt (Dispatchable Wind Power System DWPS), mit der es möglich ist, Windenergie fast ohne Energieverlust zu speichern. Im Gegensatz zu den bisherigen Systemen produzieren die Windräder des Unternehmens keinen Strom, sondern gewinnen direkt Druckluft – statt dem sonst üblichen Generator befindet sich in der Kanzel der Windräder ein Druckluft-Kompressor. Den Energieverlust beziffert General Compression auf rund 25 %.
Verschiedene Investoren haben bisher 8 Mio. $ Startkapital zur Verfügung gestellt, bis zum Herbst sollen weitere 30 Mio. $ eingesammelt werden. Die Gesamtkosten schätzt das Unternehmen auf das Anderthalbfache eines herkömmlichen Windparks. Für 500 MW wären also gut 750 Mio. € erforderlich. Die ersten Prototypen könnten 2010 gebaut werden, die kommerzielle Produktion dann 2011 beginnen.
Inzwischen hat die Druckluft-Speichermethode auch einen gängigen Namen: Sie wird Dudelsack-Technik genannt.
Zur kurzzeitigen Energieversorgung bietet 2006 das US-Unternehmen Active Power, das sich auch mit Schwungrad-Speichern beschäftigt, mit dem CoolAir System einen Thermal- und Druckluft-Speicher an, der ein Maximum von 80 kW für 15 Minuten bereitstellt. Es ist mit Druckluftflaschen und einem Thermalspeicher mit 1.300°C bestückt, der beim Betrieb die Druckluft vorheizt, bevor sie durch die stromerzeugende Expansionsturbine geleitet wird. Zur Überbrückung der Anlaufzeit von einigen Sekunden beinhaltet das System auch eine kleine Schwungscheibe.
Der britische Professor Seamus Garvey von der Nottingham University schlägt im April 2008 vor, anstatt Kavernen, riesige auf den Boden des Ozeans abgesenkte, rund 80 m durchmessende rundpyramidenförmige Säcke aus luftdichten Kunststoff- und Textilmaterialien als Druckluftspeicher zu nutzen. In einer Tiefe von 600 m lassen sich pro Kubikmeter Inhalt bis zu 25 Megajoule speichern. Als Energiequelle für die Druckluft nennt er die Gezeitenenergie und Meeresströmungen, wobei die Luft – ähnlich wie beim Konzept der Firma General Compression – auf direktem Wege mittels eines hydraulischen Widders komprimiert werden soll.
Luftdruck-Uhren
von Lössl
Bevor ich das Thema der Druckluft im mobilen Einsatz behandle, möchte ich noch kurz auf ein sehr spezielles Gebiet eingehen – der Nutzung des atmosphärischen Luftdrucks zum Betrieb von Uhrwerken.
Als erstes gelingt es dem französischen Uhrmacher Le Plat im Jahre 1751 Luft als Antrieb zu gebrauchen, wobei er Zugluft mittels eines großen Schaufelrades nutzt. Der englische Automatenbauer Cox nutzt ab 1770 Luftdruckschwankungen als Antriebsmedium für eine Bodenstanduhr. Die erste rein durch den Luftdruck betriebene Uhr gelingt rund einhundert Jahre später dem österreichischen Ingenier Friedrich Ritter von Lössl. 1880 wird die erste von Lössl angefertigte autodynamische Uhr im Wiener Cottagegarten aufgestellt. Die Werke und Aufzugsvorrichtungen seiner Uhren sind bald so ausgefeilt, daß er über Jahrzehnte hinweg ihre Betriebssicherheit garantiert.
Die sich selbst durch die Luftdruckschwankungen aufziehende Lössl-Uhr auf dem Foto stand bis 1894 in Wien, mußte aber dem Stadtbahn-Bau am Währingergürtel weichen. Lössl schenkte sie daraufhin 1897 der Gemeinde Aussee (heute Bad Aussee), wo sie heute noch steht – inzwischen wird sie allerdings elektrisch betrieben.
Der Schweizer Ingenieur Jean-Léon Reutter entwickelt 1928 die ersten Prototypen einer Tischuhr, die ihre Energie aus kleinsten atmosphärischen Veränderungen schöpft, und erhält bereits ein Jahr später ein französisches Patent darauf. Weitere Konstrukteure, die an dem Konzept weitergerabeitet haben sind C. Paganini, T. Dieden und J. L. Reutter.
Auf letzteren geht auch die heute wohl bekannteste Uhr zurück, welche die Erfindung von Friedrich Ritter von Lössl nutzt, die Atmos von Jaeger-LeCoultre. Im Gegensatz zu den rein mit Umgebungsluft funktionierenden Lössl-Uhr verwendet Reutter als Arbeitsmittel für seine Uhr ein Flüssigkeitsgemisch, das ebenso auf Temperatur- wie auch auf Luftdruckschwankungen reagiert.
Die Firma Jaeger LeCoultre verwendet heute Äthylchlorid, das bereits bei 12°C verdampft. Der Atmos-Uhr genügt dabei ein Temperaturunterschied von nur 1° um 48 Stunden lang zu funktionieren. Da diese Uhr in der Schweiz einen großen symbolischen Wert besitzt und als Aushängeschild für die andauernde Funktion und exakte Präzision eines schweizer Uhrwerks dient, wird sie von der Schweizer Regierung noch heute an Staatsgäste und Prominente verschenkt.
Im April 2008 gibt die bereits 1997 gegründete Schweizer Firma URWERK SA die Markteinführung der weltweit ersten Armbanduhr namens UR-202 bekannt, die mit Druckluft betrieben wird, welche von zwei Mikroturbinen generiert wird.
Druckluft im mobilen Einsatz
Noch viel mehr Interesse wird der Druckluft im Verkehrs- und Transportwesen entgegengebracht. Der französische Physiker und Mathematiker Denis Papin (1647 – 1712) schlägt bereits 1687 der Société Royale in London den Einsatz von Druckluft vor, um Energie von einem Ort zum anderen zu transportieren. Es dauert allerdings bis 1838, bis Andraud und Tessié du Motay ein Fahrzeug konstruieren, das mittels Druckluft fortbewegt und 1840 in Paris öffentlich vorgestellt werden kann. In Deutsch beschrieben wird das Fahrzeug in dem Buch von C. H. Schmidt ‚Ueber die comprimirte Luft als universelle Triebkraft und unentgeltliches Ersatzmittel der Dampfkraft’ (Voigt, Weimar 1841).
Ebenfalls 1838 erhält der Wiener Pfarrer Andorfer ein Patent auf seine durch Preßluft angetriebene Lokomotive. 1872 beginnt dann der Franzose Louis Mékarski mit seinen Arbeiten, Straßenbahnen der Creusot-Werke für den Druckluft-Betrieb umzubauen, und die Versuche laufen von 1876 bis 1879, als auf der Strecke ‚Tramways-Nord’ der erste reguläre Betrieb zwischen Doulon und Chantenay bei Nantes aufgenommen wird. Im Laufe der folgenden zehn Jahre werden noch weitere Orte an das Druckluft-Straßenbahnnetz angeschlossen, sobald auch dort Nachfüllstationen aufgebaut sind. Ähnliche Drucklufttrams werden in Vichy und la Rochelle eingesetzt.
Zwischen 1890 und 1902 sind auch in Bern Drucklufttrams im Einsatz. Die 10 Triebwagen der Maschinenfabrik Bern vom System Mékarski, Frankreich, werden im alten Tramdepot beim Bärengraben vor ihrer Fahrt mit Druckluft versorgt, die in einer Kompressorenanlage mit Wasserkraft der Aare erzeugt wird. Die Technologie hat allerdings zwei entscheidende Nachteile. Erstens reicht die gespeicherte Energie manchmal nicht aus, um die Tram wieder zur Auffüllstation zurück zu bringen, und zweitens zeigten die Preßluftschläuche die Tendenz, ab und zu mit einem großen Knall zu platzen und die Passagiere zu erschrecken.
Eine der Mékarski-Straßenbahnen, die 1917 aus dem Verkehr genommen wird, ist die einzige Überlebende jener Epoche – sie befindet sich heute im Besitz des AMTUIR-Museums (Musée des transports urbain, interurbain est ruraux) in Colombes.
Zwischen 1896 und 1930 verkauft die H. K. Porter Company aus Pittsburgh hunderte von druckluftbetriebenen Zugwagen an die Kohleminen im Osten der USA. Ihr Erfinder Charles B. Hodges ist einer der wenigen Entwickler von Druckluftantrieben, dem noch zu Lebzeiten vergönnt ist von seiner Innovation zu profitieren. Das zweiphasige System besitzt einen Wärmetauscher, der die teilweise expandierte Druckluft durch die Nutzung der Umgebungsluft wieder aufwärmt. Bis in die 1920er Jahre hinein wird auch in Europa eine auf Hodges Patent berunde Weiterentwicklung mit einer um 60 % höheren Reichweite zu Tausenden in den Kohleminen Belgiens, Frankreichs und Deutschlands eingesetzt. Auch hier wurde die sonnenerwärme Umgebungsluft genutzt, sobald die Zugwagen wieder aus den Minen herausfuhren.
Von 1892 – 1900 fahren in Ney York City Druckluftlokomotiven von Robert Hardie mit einem einphasigen Expansions-Druckluftantrieb. Hardies Entwicklung wird von General Herman Haupt unterstützt, der seinerseits an Druckluft-Autos arbeitet. Im Gegensatz zu der Mekarski-Maschine wird hier schon eine Rückgewinnung von Bremsenergie integriert.
Nachladestation
Um seine und die ebenfalls in New York fahrende Hoadley-Knight Druckluft-Lokomotiven (1896 – 1900) mit ihrem Betriebsstoff zu versorgen, wird in Ney York City eine Druckluft-Nachladestation mit einem 1.500 PS Dampf-betriebenen Kompresser gebaut, die es sogar auf den Titel des Magazins Scientific American schafft. Die Tanks der Lokomotiven können so innerhalb nur weniger Minuten aufgefüllt werden.
Bill Truitt aus McKees Rocks, Pennsylvania, baut 1920 ein Druckluftauto, dessen Entwicklung er aber erst 1970 vervollständigt – und dann der NASA und der US-Army vermacht. Weitere Informationen darüber scheinen deshalb Top Secret zu sein.
(1930)
Um 1930 soll die Drucklufttechnik in Deutschland bei Zügen eingesetzt worden sein. Bei einer 1.200 PS Lokomotive, die mit dem System ausgerüstet worden ist, sei eine Steigerung der Reichweite um 26 % erreicht worden. Der bordeigene Kompressor wurde mit einem Dieselmotor betrieben, dazu wurde auch noch die Abwärme in Druckluft umgewandelt, der wiederum die Hybrid-Lokomotive antrieb.
1931 baut der Ingenieur Roy Jerome Meyers aus Los Angeles ein luftbetriebenes Auto mit einem 6-Zylinder-Luftmotor mit mehr als 180 PS, das bei niedrigen Geschwindigkeiten mehrere hundert Kilometer Reichweite aufweist. Meyers, dessen erste Patente bis 1913 zurückreichen, arbeitet sechs Jahre an dieser Entwicklung und schafft es immerhin, daß sein Fahrzeug in der Januarausgabe des US-Magazins Modern Mechanix vorgestellt wird. Außerdem beschäftigt es sich mit einem Absorber, der Elektrizität direkt aus der Atmosphäre abzapfen soll.
In den 1970er Jahren soll Vittorio Sorgato aus Mailand ein beeindruckendes Luftdruckauto gebaut haben, das in flüssiger Form gespeicherte Druckluft verwendete. Diese Idee fand in Italien zunächst großen Anklang, geriet dann aber schnell wieder in Vergessenheit.
Ohne Datum ist der Bericht über einen gewissen Joseph P. Troyan, der ein (Druck-?)luftbetriebenes Schwungrad erfindet, das nach dem Prinzip der ‚Verhältnissteigerung von Bewegung in einem geschlossenen System’ ein Auto antreiben kann. Dieser Troyan-Motor (US-Patent Nr. 040.011) konnte auch leicht an einen Generator angeschlossen werden.
Und David McClintock, der auch als der ursprüngliche Erfinder des Differential-Getriebes gilt, erfindet einen Luftdruckmotor (US-Patent Nr. 2.982.261), der keinen Kraftstoff verbraucht, sondern sich mithilfe seines eigenen Luftkompressors selbst antreibt. Bei dem McClintock Air Motor soll es sich um eine Kreuzung zwischen einem 3-Zylinder-Diesel und einer Rotationsmaschine mit verschiedenen Getrieben gehandelt haben, nähere Informationen darüber sind mir nicht bekannt. Ein ähnliches System scheint auch Robert Alexander aus dem kalifornischen Montebello erfunden haben (US-Patent Nr. 3.913.004).
Unter dem Namen Air Car One konstruiert Terry Miller 1979 mit einem Betrag von nur 1.500 $ ein dreirädriges Druckluftfahrzeug, für das er 1983 das US-Patent 4.370.857 erhält. Mit der Hilfe von Toby Butterfield wird das Projekt 1993 wieder zum Leben erweckt, und gemeinsam wird mit von den Herstellern gespendeten Teilen ein Druckluftfahrzeug mit dem malerischen Namen Spirit of Joplin gebaut, das immerhin eine Geschwindigkeit von 60 km/h erreicht.
In den 1980ern wurde von Oskar H. W. Coester in Brasilien eine moderne Druckluftbahn erfunden, an deren Weiterentwicklung sich die Aeromovel Global Corp. beteiligte. Hier sollte die Luftversorgung über eine neben den Schienen verlegte Druckleitung erfolgen. Über eine Umsetzung ist mir nichts bekannt.
Seit 2001 publiziert ein Schweizer ‚Jesus’ aus Dänikon sein Konzept eines Druckluftautos, wobei nicht ganz klar ist ob er dieses tatsächlich gebaut hat oder nicht. Er betrachtet sich jedenfalls als Inkarnation des Nazareners und unterschreibt auch seine Briefe und Aufrufe entsprechend.
Heute besteht das größte Interesse daran, ein Druckluft-betriebenes Auto bis zur Serienreife zu entwickeln, und verschiedene Unternehmen beschäftigen sich auch schon mit dieser Thematik. Am bekanntesten ist wohl Guy Nègre, der mit seinem Franchisekonzept (modular aufzubauende Komplettfabriken für begrenzte Lizenzgebiete) gleich den ganzen Erball aufrollen will... nur daß seine Wagen bislang noch nicht so rollten wie sie sollten:
Der aus Narbonne stammende Ingenieur Nègre beginnt 1991 mit der Entwicklung eines Druckluftautos. Das Modell CityCAT (Compressed Air Technologies), das er 1997 fertig stellt, soll in erster Linie als Taxi zum Einsatz kommen. In den Folgejahren werden diverse Konzeptstudien daraus abgeleitet – angefangen von einer luxuriösen 4-Sitzer Business-Version bis hin zu Kleintransportern für den innerstädtischen Lieferbetrieb. Der spätere MiniCAT, der für 8.000 € auf den Markt kommen soll, hat drei Sitzplätze vorn, mit einen zentralem Steuersitz, ist 2,65 m lang, wiegt 550 kg und soll eine Reichweite von 150 km haben. Die Druckluftflasche ist unter den Sitzen angebracht.
Auf dem Pariser Automobilsalon im Oktober 2002 stellt Nègres Firma MDI den mit Druckluft und Wasserstoff angetriebenen Aircar vor. Herz des 3,84 m langen und 720 kg leichten Sechs-Sitzers ist ein Vierzylinder-Motor mit 800 cm3, der über eine zusätzliche Reaktionskammer verfügt. In dieser Kammer herrscht ein Druck von 20 Bar bei 400°C. Dort hinein wird kalte Druckluft (aus in den Wagenboden eingebaute Flaschen) gespritzt, die sich blitzschnell ausdehnt und den Kolben antreibt. Dieses wiederholt sich für jeden Arbeitsgang der beiden Zylinder. Mit seiner auf 90 Liter komprimierten 90 m3 Füllung hat der Wagen eine Reichweite von 200 - 300 km, seine Höchstgeschwindigkeit liegt bei 110 km/h. Die wageneigenen Druckluft-Flaschen lassen sich in 3 Minuten an einer Druckluftstation oder in 4 Stunden durch einen mitgelieferten elektrischen Kompressor wieder befüllen. Die Kosten pro Tankfüllung liegen unter 2 €. Bislang nur als Konzeptstudie existiert der MultiCAT, der als größerer Lieferwagen oder als Kleinbus zum Einsatz kommen soll.
Besonders großen Einsatz zeigt die MDI bei der Akquise von Lizenznehmern, die einen nach Einwohnerzahlen aufgeschlüsselten Absatzbereich zugesprochen bekommen, für den sie dann auf eigene Kosten Lizenzwerke aufbauen müssen, in denen die Wagen gefertigt werden. Es werden globale Claims abgesteckt und das Unternehmen behauptet bereits 2002, weltweit schon 62 solcher Lizenznehmer als Vertragspartner gefunden zu haben – wobei der Gebietsschutz jeweils 300.000 € kostet! Die MDI-Fertigungshallen inklusive Produktionsanlagen, Schauraum und Büros schlagen dann nochmals mit 9,2 Mio. € zu Buche.
Im Laufe der vergangenen Jahre wurden seitens Guy Nègre jedoch so viele Versprechungen gemacht, die dann nie erfüllt wurden, daß sich eine ganze Reihe früherer Partner wieder von ihm getrennt haben und zum Teil sogar Anzeige wegen Betrugs gestellt haben.
Insider erwarten nicht, daß seine Fahrzeuge jemals tatsächlich in Produktion gehen, auch die seine Nominierung zum Eurosolarpreis wurde wieder zurückgezogen. Danach ist es erst einmal eine Weile ruhig um den sonst so umtriebigen Erfinder.
Im Jahr 2005 tritt die Magesa Trust GmbH aus dem schweizerischen Trimmis auf (ein ehemaliger Lizenznehmer von MDI) und gibt bekannt, daß man im Oktober 2006 mit der Serienproduktion des Aircar Modular 4 beginnen werde, bei dem ein selbstentwickelter 6 Zylinder mit 600 cm3 zum Einsatz kommen soll. Bis dahin erfolge die Beendigung der Testphase und die Herstellung der ersten Vorserie. Als Preis des Wagens in der Grundausstattung wird ein Betrag unterhalb von 10.000.- € genannt. Laut eigenen Angaben habe das Unternehmen bereits 45.000 Vorbestellungen.
Über ein weiteres Luftdruck-Auto wird aus Australien berichtet, wo es von dem Motordesigner Angelo Di Pietro beim Unternehmen Engineair Pty Ltd. in Melbourne entwickelt wurde. Die Petro, 1950 im italienischen Avellino geboren, arbeitete 1969 und 1970 im Stuttgarter Entwicklungslabor von Mercedes Benz am Wankel-Motor, und wanderte 1970 nach Australien aus. 1999 meldet er einen Durchbruch bei der Entwicklung eines besonders effizienten Motors und gründet ein Jahr später die Engineair. Die neuen Luftdruckmotoren werden erfolgreich in kleineren Fahrzeugen, Rollern und sogar als Außenborder für Boote getestet. Im August 2004 stellt das Unternehmen einen marktreifen kleinen, Druckluft-betriebenen Transporter vor, außerdem soll ein weiterer ‚Enginair Carrier’ zum Einsatz im (geschlossenen) Melbourne Wholesale Fruit & Vegetable Market entwickelt werden, wo bislang 300 Transporter mit benzinschluckenden und Abgase emittierenden 2-Kolbenmotoren herumfahren.
Das von Engineair vorgestellte Fahrzeug ist mit einem speziell entwickelten Rotationskolbenmotor ausgestattet und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 50 km/h. Interessenten melden sich aus den USA, China, den Niederlanden und Großbritannien.
Mitte 2005 wird aus Korea bekannt, daß auch die dortige Firma Energine Corporation an der Entwicklung eines Druckluft-Fahrzeugs arbeitet. Das computergesteuerte pneumatic-hybrid electric vehicle (PHEV) besitzt einen Batterie-betriebenen 48 V Elektromotor, der die Luft zum Antrieb des Motors komprimiert. Die Entwicklung geht auf das Jahr 1972 zurück, doch erst 1984 wurden die ersten Testfahrten mit 20 km/h absolviert, die Patente 1992 beantragt. Das Unternehmen selbst wurde 1996 gegründet, und im Jahr 2000 erreichte der Wagen bereits eine Geschwindigkeit von 100 km/h. Das letzte update der Firmenseite stammt allerdings vom 09.11.2005, danach scheint es keine neuen Informationen mehr zu geben.
2006 kommt dafür das Konzept der Scuderi Group LLC in die Presse, als das Unternehmen aus West Springfield, Massachussetts, auf der Industriemesse in Detroit seinen Air-Hybrid split-cycle Motor vorstellt, der auf einer bereits 1914 entwickleten Technologie beruht.
Im März 2006 legt Lothar Hofer an der Karl-Franzens Universität Graz seine Diplomarbeit unter dem Titel ‚Ökonomische und energetische Potenziale des Luftdrucks als alternatives Antriebsmedium’ vor. In diesem beschreibt er auch ausführlich die Entwicklung eines Hochdruckluftfahrzeugs durch den Erfinder Peter Bammer, der sich zuvor mit der Optimierung von Wärmepumpen beschäftigt hat. Bammer entwickelt im Rahmen seiner 2003 gegründeten Firma AirComPower Energietechnik GmbH in Mistelbach, Niederösterreich, spezielle Hochdruckpaneele, die im Dach und in der Bodenpülatte des Fahrzeugs installiert für das notwendige Temperaturdifferenzial sorgen sollen, um den Differentialkolben und den Ölhydraulikmotor anzutreiben. Das Auto braucht daher keinerlei externen Treibstoff mehr, sondern bezieht seine Betriebsenergie aus den eigenen, im fahrzeug befindlichen Luftdruckflaschen, die sich durch die Temperaturdifferenzen der Luft selbständig wider auffüllen. Leider haben sich keine aktuellen Informationen finden lassen, wie es mit dieser innovativen Idee seitdem weitergegangen ist, nachdem sie – laut Hofer – keinerlei ideelle oder finanzielle Unterstützung von Seiten der Industrie oder der EU erhalten hat.
Im April 2006 melden einige Blogs, daß die Rotary Air Engine von Angelo Pietro inzwischen einen Wirkungsgrad von fast 100 % erreicht. Die Druckluft wird in sechs Expansionskammern geleitet und bewegt dadurch einen einzelnen Rotationszylinder. Der Motor ist so klein, daß er sogar direkt als Radnabenmotor eingesetzt werden kann.
Im Juni 2006 berichtet die Presse von dem luftbetriebenen Motorroller von Narayan Prajapati aus dem indischen Dorf Bhanpur Kurdh, der vier Jahre Bauzeit und 150.000 Rupien in dessen Entwicklung gesteckt hat. Der Roller fährt allerdings nur 20 km/h und es gelingt Prajapati nicht, die notwendige Förderung für eine Weiterentwicklung zu bekommen.
Lynn Dickerson aus Idaho wiederum, der zur gleichen Zeit mit seinem Konzept eines Luftdruck-betriebenen KART Bus in die Presse kommt, beschäftigst sich schon seit 35 Jahren mit diesem Thema. Nach einer Patentanmeldung soll sein Motor als nächstes in einem Isuzu Trooper Sportwagen getestet werden. Doch auch von diesem Projekt hört man später nichts mehr.
Im März 2007 taucht dagegen Guy Negres MDI wieder auf – dieses Mal in Verbindung mit dem größten indischen Auto-Hersteller Tata Motors, der rund 30 Mio. $ in die Zusammenarbeitet investiert. Die beiden Unternehmen schließen eine Vereinbarung, um den Druckluftmotor der MDI als Alternativversion in der zukünftigen Fahrzeugflotte auf dem Subkontinent einzusetzen. Grundlage soll der Mini C.A.T. werden, bei dem die Firma Tata davon ausgeht, daß eine Tankfüllung 2 – 3 $ kostet und eine Reichweite von 200 – 300 km erlaubt. Der Wagen selbst soll rund 7.300 $ kosten, als Erstserie wird eine Stückzahl von 3.000 Fahrzeugen pro Jahr anvisiert, und man will schon Ende 2008 mit der Produktion beginnen.
Ende 2007 melden die Blogs, daß MDI nun auch in Australien auf den Markt kommen will, ebenfalls schon 2008. Hier soll der Wagen für etwa 8.000 US-$ verkauft werden. Im Rahmen eines wieder einmal sehr hoch aufgehängten Fünfjahresplans mit einem Investitionsvolumen von 1,5 Mrd. $ soll die erste Fabrik in Melbourne aufgezogen werden. Und in den USA will Zero Pollution Motors MDI-Fahrzeuge unter Lizenz herstellen und ab 2010 anbieten.
In Europa meldet die Presse Anfang 2008, daß der dreisitzige OneCAT nun ab 2009 in Frankreich hergestellt und dort für nur 3.500 € angeboten werden soll. Die gezeigte Studie ähnelt durch seine geriffelten Türen ein wenig dem altbekannten Kübelwagen – aber bei den sehr geringen Betriebskosten wäre auch dies zu verschmerzen. Durch seinen Luftfilter ist der Luftausstoß des Fahrzeugs bei Druckluftbetrieb außerdem sauberer als beim Lufteinsaugen. Mit einem zusätzlichen 15 PS Motor für den Dreisitzer oder 22 PS Motor für einen Sechssitzer soll man auch über Land 110 km/h fahren können. Auch bei dieser Umsetzung arbeitet MDI mit Tata zusammen.
Die aktuellen Spezifikationen lauten:
Im Zuge der Vereinbarung zwischen Guy Negre und Tata Motors verläßt der Marketingexperte Miguel Celades Rex, der zuvor 8 Jahre lang bei Negre mitgearbeitet hatte, dessen MDI, und gründet die Firma Air Car Factories S.A. in Barcelona. In Zusammenarbeit mit der Universitat Politècnica de Catalunya will man innerhalb weniger Monate einen eigenen Druckluftwagen-Prototyp entwickeln. Mitte 2008 befindet sich das Unternehmen in der Designphase. Der geplante Air Car Eureka 1.1 soll über einen Druckluftmotor mit Mono- oder Bi-Energie angetrieben werden (Elektro- und Druckluftmotor).
Die AP Technologies in Nevada ist ein weiteres Unternehmen auf dem Markt der emissionsfreien Antriebstechnologien, das sich „in weniger als fünf Jahren (...) zu einem führenden Fahrzeughersteller in Europa und weltweit entwickeln“ will – so steht es 2006 jedenfalls auf der Homepage des Unternehmens. Die Forschungsabteilung ist im schweizerischen Chur angesiedelt. APT forscht, entwickelt und plant die Produktion von Antriebssystemen für Fahrzeuge und Boote auf der Basis von Druckluft, flüssiger Luft und Brennstoffzellen.
Kerngeschäft ist die Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von umweltschonender und kostengünstiger Antriebstechnologie basierend auf komprimierter Luft. Die Idee und Vorarbeit wurde durch den Gründer Gerd Mattheiss gelegt. Für die technische Umsetzung zeichnet Klaus Herrmann verantwortlich, ein Ingenieur und Wissenschaftler der sich bereits seit über 20 Jahren mit dieser Technologie auseinandersetzt.
Wenn Luft entspannt wird, kühl sie sich ab. Bei allen Expansionsmotoren, gleich welcher Bauart, ist deshalb die Abkühlung der Luft im Expansionsmotor ein Problem. Bei starker Abkühlung kondensiert die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit. Es kommt zur Eisbildung und zur Verstopfung der Strömungskanäle durch ‚Raureif’. Auch können Bauteile verspröden oder Schmiermittel einfrieren. Druckluft von 300 bar und Umgebungstemperatur kühlt sich bei freier Expansion so stark ab, dass Systembauteile Temperaturen von minus 40°C erreichen können. ATP löst das Problem durch eine Vorerwärmung der Druckluft vor dem eigentlichen Expansionsprozess. Die dafür benötigte Energie lässt sich zu einem großen Teil im Expansionsmotor zurückgewinnen.
Insbesondere mit dem Umbau eines Smart fortwo in ein druckluftbetriebenes Fahrzeug will das Unternehmen nun beweisen, daß druckluftbetriebene Fahrzeuge auch im praktischen Betrieb funktionieren. Die erzielte Reichweite ist mit ca. 50 km eine recht gute Leistung, die aber weiter ausgebaut werden soll. Der Smart wird mit herkömmlichen Tauchflaschen betrieben, und der Motor erreicht eine Leistung von ca. 28 kW/h.
Die APT Antriebsystem sei an Effizienz und Laufruhe weltweit kaum zu übertreffen. Da es sich bei dem Herzstück, dem Motor, um einen Drehkolbenmotor handelt, ist keine statische Aufladung wie bei Hubkolbenmotoren feststellbar. Der 6-Zylinder Motor benötigt lediglich 0,07 bar um die Reibung zu überwinden. Es würde ausreichen, in den Motor hineinzublasen, um ihn in Drehung zu versetzen.
Laut Unternehmen gibt es weltweit keinen vergleichbar effizienten Rotationsmotor der einen Wirkungsgrad von über 85 % erreicht. Das APT Antriebsystem sei damit um ein vielfaches effizienter als alle bekannten Druckluftmotoren weltweit. Für den Betrieb des Motors wird kein Öl zur Schmierung verwendet, die Bauart des Motors ermöglicht eine Luftpolsterung der Kolben und der beweglichen Teile.
Das Unternehmen führt bereits folgende fahrtaugliche Prototypen vor:
Bereits im August 2005 geht der GolfCar in Vorserie. Das 140 cm lange Kleinfahrzeug wiegt 110 kg, erlaubt eine Zuladung von 200 kg und eine Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h. Die Reichweite beträgt ca. 15 km – und ab Werk soll der Wagen rund 4.000 € kosten. Der ebenfalls Mitte 2005 fertiggestellte Pick-Up ist ein Fahrzeug mit 175 l Tankinhalt (bei 200 bar) und einer voraussichtlichen Reichweite von 200 km.
Ein weiteres Fahrzeug an dem noch gearbeitet wird ist mit Kevlar Karbon Druckluftbehältern von EADS in Frankreich ausgerüstet und soll mit ca. 300 l komprimierter Luft eine Reichweite von 200 km erzielen. Die Betankung erfolgt mittels Kompressor, dabei entstehen Energiekosten von ca. 2,80 € je ‚Tankfüllung’. Die geplanten CityCars werden anfänglich eine Reichweite von ca. 300 km aufweisen, mit dem Beginn der Serienproduktion rechnet man im 1. Quartal 2007.
Im Juni 2008 stellt die Scuderi Group LLC aus West Springfield, Massachussetts, auf der MTZ-Konferenz in München einen Lufthybrid-Motor vor, dessen Prototyp nun im Rahmen einer Kooperation mit der Bosch Engineering GmbH weiterentwickelt wird. Durch den Einsatz eines kleinen und kostengünstigen Druckluftspeichers soll die Gesamteffizienz um bis zu 50 % angehoben werden, insbesondere durch die Rückgewinnung der Bremsenergie sowie der Strömung des Abgasausstoßes.
Der Erfinder und Fernsehmoderator Jem Stansfield baut 2008 für eine britische National Geographic Fernsehdokumentation namens Planet Mechanics ein Moped auf Druckluft um, mit dem er bei rund 20 km/h pro Tankfüllung eine Strecke von knapp 12 km fahren kann. Die zwei aus Kohlefasern hergestellten Hochdrucktanks (ursprünglich als Feuerlöscher genutzt) lassen sich an jeder Tankstelle in Sekunden wieder auffüllen.
Im April 2008 kommt eine der eher seltenen Meldungen aus Afrika, wo der Ghanese und frühere Luftfahrtingenieur der Ghana Air Force Freddie Green einen druckluftbetriebenen Stromgenerator vorstellt, an dem er bereits seit 1994 arbeitet. Der Erfinder und Besitzer der Firmen Green Inventions und Green Innovations war bereits 1988 für den Black Inventors Award und 1989 für den Toshiba Year of Invention Award nominiert worden.
Fünf Studenten der kanadischen Dalhousie University bauen im Juni 2008 einen konventionellen Go-Kart zum Betrieb mit Luftdruck um und stellen ihn auf der Renn-Kartbahn des Bayer’s Lake Business Park vor. Das Gefährt erreicht eine Geschwindigkeit von 43 km/h, muß jedoch bereits nach kurzer Fahrzeit wieder aufgefüllt werden. Aufgrund der mangelnden Emissionen bietet es sich trotzdem als sinnvolle Alternative für Hallen-Rennbahnen an. Und im Gegensatz zu elektrischen Go-Karts läßt sich die Luft auch innerhalb kürzester Zeit wieder nachtanken.
Schon spielen kann man mit einem Druckluft-betriebenen Modellauto Dragster, das in den USA vertrieben wird. In Deutschland hat es früher auch Spielzeugraketen gegeben, die mit Druckluft ‚abgehoben’ sind.
Eine engagierte Seite zum Thema Druckluftantriebe stammt von Scott Robertson aus Lake Oswego, Oregon (Englisch): http://www.aircaraccess.com
Stickstoff-Speicher
Ca. 78 % der Atemluft besteht aus gasförmigen Stickstoff, wobei 1 Kubikmeter ca. 1,25 kg wiegt. Bei minus 197°C wird gasförmiger Stickstoff flüssig und verkleinert dabei sein Volumen bis zum 800sten Teil. Flüssiger Stickstoff wird mit Hilfe von Verdichtern (Kompressoren) und Tieftemperatur-Rektifikationsanlagen (Gasabscheidern) hergestellt. Die aufgewendete Leistung zur Erzeugung von einem Liter flüssigen Stickstoff beträgt je nach Anlagentyp derzeit zwischen 250 und 380 W.
Alleine in Deutschland gibt es bereits über 1.400 Stickstoff Tankstellen, womit die Versorgung mit flüssigen Stickstoff daher für so gut wie jedermann zugänglich ist. Dies mach den Einsatz des Mediums als Zwischenspeicher für mobile Konzepte besonders sinnvoll – neben seiner Umweltverträglichkeit.
In den USA entwickeln Wissenschaftler an der University of Washington in Seattle, Bundesstaat Washington, bereits 1997 den Prototypen eines ‚Smogmobils’ – einem Auto, dessen Motor mit flüssigem Stickstoff betrieben wird. Des eiskalte Stoff erwärmt sich, beginnt bei einer Temperatur von minus 196°C zu kochen und treibt als Gas wie eine Dampfmaschine den Motor. Diesmal gelingt es auch, das frühere Problem der Vereisung von Antriebteilen zu umgehen. Der Wagen kommt mit einem vollen 75 l Tank allerdings nur 4 km weit, und die Höchstgeschwindigkeit beträgt 35 km/h.
Golf-Wagen
Der Erfinder Heinrich Schmid aus dem bayerischen Deggendorf stellt im Juni 2003 den nach seinen Angaben ersten kommerziellen Stickstoff-Motor der Welt vor, an dem er seit 1999 arbeitet. Mittlerweile hat der frühere Fachlehrer in Deggendorf eine Firma mit 17 Mitarbeitern gegründet. Sitz der N-GINE Corporation ist jedoch in Westlake Village, Kalifornien, da Schmid dort an die Börse gehen will. Eine Anschubfinanzierung über eine Million Euro haben zunächst Privatanleger über einen Investmentfonds sichergestellt. Der Motor, der in Amerika produziert werden soll, arbeitet mit in einem Hochvakuumbehälter gespeicherten und auf minus 197°C heruntergekühlten Flüssig-Stickstoff, der bei Umgebungstemperaturen verdampft, sich dabei um das Achthundertfache des früheren Volumens ausdehnt und die gespeicherte Energie – ähnlich wie bei einen Duckluft-Motor – als mechanische Energie abgibt. Derzeit wird der Motor in einem Boot auf der Donau getestet, außerdem liegt ein Auftrag vor, für das Michael-Schumacher-Kart-Center in dessen Heimatstadt Kerpen zunächst fünf Kart-Modelle auf Stickstoff-Antrieb umzubauen.
Im Februar 2004 erhält N-GINE auf der SEATEC-Messe in Carrara, Italien, den Qualitec Award, und im September wird Prototyp eines mit Stickstoff betrieben Golf-Wagens präsentiert. Außerdem wird ein Schuhschachtel-großer Motor vorgestellt, der rund 60 kW Leistung haben soll, pneumatisch kontrolliert wird und nur drei bewegliche Teile besitzt. Er besitzt keine Ventile und startet selbständig.
Die Technologie der Druckluft- und Stickstoff-Motoren öffnet jedenfalls ein sehr weites Feld an nicht umweltschädlichen und eher auf ‚low-tech’ basierenden Mobilitätskonzepten, denen man nur viel Erfolg wünschen kann.
Druckgas-Speicher
Eine bisher noch wenig beachtete Möglichkeit der Energiespeicherung besteht in der Kompression von Gas. Auf der Hannover-Messe 2004 stellt die Firma rosseta Technik GmbH (s.u. Schwungradspeicher) daher einen Druckgas-Speicher vor, der künftig mit einem Energieinhalt von 2 kWh und einer Leistung von bis zu 4 kW auf den Markt kommen soll. Der Vorteil der Anlage gegenüber z.B. Bleibatterien besteht in der wesentlich größeren Lebensdauer unabhängig von der Anzahl und Tiefe der Entladungen. Da die Anlagen allerdings größer und schwerer sind, kommen als Anwendungen vor allem der stationäre Einsatz zur Strom-Speicherung alternativer Energiequellen wie Solarzellen, insbesondere in Inselnetzen, in Frage. Der Speicher hat eine fast unbegrenzte Lebensdauer und kennt keine Selbstentladung.
Das Unternehmen begann im Mai 2003 mit einer einfachen Versuchsanlage, die aus einem 50 l Druckgas-Speicher, einer Motor-Pumpeneinheit und einem Ausgleichsbehälter für Flüssigkeiten besteht. Die speicherbare Energiemenge beträgt bei 250 bar Enddruck 150 Wh. Es zeigte sich, daß ein Druckgasspeicher besonders für langsame Speichervorgänge geeignet ist, da die Verluste durch die Erwärmung des Gases bei der Kompression bzw. Abkühlung bei Entspannung in diesem Fall ziemlich gering sind. 2005 will das Unternehmen mit dem Aufbau einer ersten Prototypanlage beginnen.
Supraleitende Magnetspeicher
Supraleitende Magnetische Energiespeicher (SMES) können auch als extreme Kurzzeitspeicher genutzt werden, denn eine Entladung kann hier innerhalb von nur wenigen Millisekunden stattfinden. Die Speicherung der elektrischen Energie findet hierbei in einem Magnetfeld statt, das von supraleitenden Magnetspulen innerhalb von 10 Sekunden aufgebaut wird, und das ähnlich wie ein Fusions-Magnetfeld-Torus beschaffen ist. Solange der supraleitende Zustand erhalten bleibt, kann auch die Ladung beliebig lange erhalten werden. Für bestimmte Experimente wird in den USA ein Magnetspeicher mit der Kapazität von 200 MW/s (= 56 kW/h) entwickelt.
Ein noch gewaltigerer unterirdischer Stromspeicher als Energielieferant für Strahlenwaffen wird 1987 von US-Wissenschaftlern vorgeschlagen. Aus supraleitenden Materialien soll ein Magnetspeicher mit 100 m Durchmesser tief in den Fels gebettet werden, damit sich die ringförmige Riesenspule nicht mit ihren eigenen Kraftfeldern zersprengt. Ein Kampflaser könnte diesem Speicher 1.000 Millionen Watt starke Stromstöße von 100 Sekunden Dauer entziehen. Die hierfür veranschlagten Kosten betragen 800 Mio. $.
Wenn es gelänge, neuartige Materialien einzusetzen, die nicht erst in der Nähe des absoluten Nullpunktes supraleitend werden, könnte das Prinzip auch wirtschaftlich interessant werden: Eine 800-Meter-Spule kann so z.B. über fünf Stunden lang einen Spitzenbedarf von 1.000 MW decken. Die elektromagnetischen Felder einer derartigen Anlage würden allerdings im Umkreis von vier Kilometern jedes elektronische Gerät zerstören, wird hinzugefügt.
1990 erfolgt im Rahmen eines Werkstattgesprächs des BMFT zwischen Fachleuten aus Industrie und Wissenschaft eine Neubewertung der Supraleitung als Speichertechnologie. Man spricht über Spulen, die in Bergwerken tiefer als 400 m installiert werden und als rentable Stromlager für wenigstens 24 Stunden dienen sollen, um Verbrauchsspitzen und Lasttäler auszugleichen. Auch tagsüber gespeicherter Sonnenstrom kann so verlustfrei gespeichert werden.
Im Anschluß an eine Vorstudie, der zufolge SMES mit einer Leistung von 100 MW und einem Energieinhalt von 2 MWh eine sinnvolle Baugröße darstellen, stellt das BMFT 1994 einen Betrag von 1,68 Mio. DM für eine Projektentwicklung bis 1996 zur Verfügung, bei der es darum geht, SMES als sogenannte Sekundenreserve im europäischen Verbundnetz zu nutzen.
Nach dem Stand von 2003 liegt die Energiedichte bei SMES-Systemen über 5 kWs/kg Speichermasse, die Leistung beträgt etwa 7 MW, die Lebensdauer-Zyklenzahl ca. 1 Million und die Energieeffizienz etwa 90 %. Stand-by-Verluste entstehen durch die benötigte Kühlleistung, die Kosten belaufen sich auf 30 bis 200 T€/kWh Speicherkapazität.
Für den Verkehr und zu ähnlichen Zwecken kann das Prinzip wegen seiner überaus komplizierten Beschaffenheit bislang allerdings noch nicht angewandt werden.
Photochemische Energiespeicherung
(Siehe unter ‚Sonnenenergie’ u. ‚Synthetische Kraftstoffe’)
Pumpspeicherkraftwerk
(Siehe unter ‚Wasserenergie’)
Die Übersicht geht weiter mit der Energiespeicherung in Schwungmassen und Schwungscheiben.