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Kabellose Energieübertragung aus dem All: US-Militär beamt Strom einen Kilometer weit
Forschern im Auftrag des US-Militärs ist es am Jahresanfang gelungen, elektrische Energie drahtlos über eine größere Strecke zu transportieren. Dafür erzeugten sie aus der elektrischen Energie zuvor Mikrowellen. Militär soll so künftig aus dem Weltall mit Strom versorgt werden.
In der Regel leiten Kabel aus Kupfer den elektrischen Strom von den Kraftwerken durch ein Leitungsnetz bis zu jeder Steckdose. Allerdings geht bei dieser Übertragung durchaus auch viel Energie verloren. Auch deshalb war der Visionär Nikola Tesla zeit seines Lebens sehr von einer Idee besessen, Energie künftig ganz ohne lästige Kabel übertragen zu können. Doch seine kühnen Pläne ließen sich nicht effektiv in die Praxis umsetzen, und die drahtlose Energieübertragung war damit zunächst für lange Zeit vom Tisch. Inzwischen haben Forscher jedoch andere Möglichkeiten gefunden, um elektrische Energie kabellos zu übertragen. So auch ein Forscherteam im Auftrag für das US-Militär, dem es nun gelang, elektrische Energie über eine größere Entfernung zu "beamen" – und zwar durch auf dem Weg über die Umwandlung in Mikrowellen.
Bereits seit fast zehn Jahren wird am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena an Möglichkeiten geforscht, Solarenergie im Weltall zu sammeln und diese dann in Form von Mikrowellen zur Erde zu schicken. Ein erster, für die Übertragung der Mikrowellen benötigter Satellit soll 2023 für entsprechende Tests in den Erdorbit geschickt werden.
In einem Versuch auf der Erde gelang es allerdings jetzt bereits dem Naval Research Laboratory (NRL), einem Forschungslabor der US-Marine und des Marine Corps, mit einer Leistung von 1,6 Kilowatt elektrische Energie ganz ohne Kabel über eine Entfernung von einem Kilometer zu übertragen. Nach Angaben des NRL handele es sich hierbei um "die bedeutendste Demonstration von Power Beaming seit fast 50 Jahren".
Um Energie drahtlos durch die Luft übertragen zu können, erzeugten die Forscher mit dem elektrischen Strom Mikrowellen-Energie. Diese wurden dann in einem gerichteten Strahl zu einem Empfänger gesendet. Als Sendeantenne diente eine übliche Parabolantenne in Gestalt einer Schüssel, die es ermöglicht, den Strahl zu fokussieren und auszurichten.
Auf der Empfängerseite wiederum setzte das Forscherteam auf eine sogenannte gleichrichtende Antenne, eine Rectenna. Diese besteht aus einer Anordnung von vielen kleinen Mikrowellenantennen, die im X-Band arbeiten, einem Frequenzbereich zwischen 7 und 11,2 Gigahertz (GHz). Die auftreffenden elektromagnetischen Mikrowellen werden dann von einer Diode in Gleichspannung umgewandelt.
Ziel des Forschungsversuchs "Safe and Continuous Power Beaming – Microwave (Scope-M)" war es laut dem Forschungsinstitut ursprünglich, ein Kilowatt an elektrischer Leistung über eine Entfernung von einem Kilometer zu übertragen. Eine Absicht, die bei den Tests auf einem US-Stützpunkt in Blossom Point, einer Stadt im US-Bundesstaat Maryland, deutlich übertroffen wurde. Den Forschern gelang es nämlich überraschenderweise, kabellos 1,6 Kilowatt Leistung in Form von Mikrowellen-Energie zu beamen. Dabei habe die Übertragung nach Angaben der Forscher selbst bei starkem Regen noch funktioniert.
Grund für die Experimente des NRL sind etwaige Pläne des US-Verteidigungsministeriums, US-Truppen im Einsatz künftig mit Energie aus dem Weltall statt mit jener aus fossilen Brennstoffen zu versorgen. Das soll die Soldaten unabhängig von der Treibstoffversorgung an ihrem jeweiligen Einsatzort machen.
Für die futuristischen Bestrebungen könnte in Zukunft auch das umstrittene, aber dennoch zunehmend etablierte 5G-Netz eine Rolle spielen. Denn auch dieses Netz arbeitet zur schnellen Datenübertragung mit Mikrowellen. Bereits 2021 gelang es Forschern der Universität von Georgia, das 5G-Netz zum Aufladen eines Smartphones über die Luft zu nutzen.
Hierfür nutzten auch diese Wissenschaftler eine spezielle Antenne, die die elektromagnetischen Wellen auffängt und dann Gleichspannung daraus erzeugt. Dabei gelang es ihnen erstmals, den Versuch mit Wellen im 28-GHz-Band umzusetzen – das ist eine der Wellenlängen, die für die Mobilfunk-Technologie 5G freigegeben sind. Diese Erkenntnisse sind vermutlich auch den NRL-Forschern des Powerbeaming-Projekts des US-Verteidigungsministeriums zugutegekommen.
Der Vorteil all dieser Forschungsbemühungen liegt auf der Hand: Geräte könnten in Zukunft mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass man das mit Batterien oder einem Kabel extra sicherstellen müsste. Und egal, ob hierbei eine militärische oder zivile Nutzung im Vordergrund steht – die Grundlagen für den damals sehr futuristischen Traum von Nikolas Tesla, elektrische Energie drahtlos zu übertragen, sind nunmehr jedenfalls geschaffen.
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