12. März 2019

Ambient-Energy-Harvesting unter Wasser

Bildrechte: Borchee/iStock

Anfang Januar 2019 haben sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der MCN-Fachgruppe Unterwasserkommunikation zu ihrer zwölften Sitzung in Kiel getroffen. Kernthema dieser Veranstaltung war die Durchhaltefähigkeitserhöhung von Unterwasser-Sensornetzwerken durch Ambient-Energy-Harvesting, der regenerativen, autarken Energiegenerierung unter Wasser in den beteiligten autonomen Geräten.

Die Sensornetzwerke im Bereich der ISO/IEC 30140-30143 (Underwater-IoT) mit selbstkonfigurierenden, mobilen oder stationären Sensorknoten wie Floats, Glidern, Autonomous Underwater Vehicles (AUV) und Bodenknoten, aber auch Gateway-Bojen, haben den Auftrag, Ereignisse zu detektieren, zu erkennen und zu protokollieren. Erfasst werden unter anderem extreme Umweltausprägungen (zum Beispiel Monsterwellen oder interne Wellen), vorbeiziehende Wale oder spezielle Schiffsereignisse wie Ölverluste.

Die von den Betreibern von Sensornetzwerken gewünschten Sensorbetriebszeiten liegen im Bereich von mehreren Monaten. Die heutigen Energieressourcen reichen jedoch nur für eine Betriebszeit von wenigen Wochen oder Tagen. Abhilfe sollen Energieeinsparungen bei den Hauptverbrauchern wie Modems und Sendeeinheiten schaffen. Diese Einsparungen reichen aber oft nicht aus, denn das akustische Weiterleiten eines Ereignisses ist energiehungrig.

Damit eine Durchhaltefähigkeit über Monate für ein mobiles Ad-hoc-Netzwerk unter Wasser gewährleistet werden kann, bedarf es einer zusätzlichen Energiegenerierung sowie eines zusätzlichen Energiemanagements während der Standby-Zeiten eines Sensorknotens, damit dieser bei einem Ereignis alle Sensoreindrücke vorauswerten, protokollieren und die Zeitreihen abspeichern kann. Hierfür verwendete Lithium-Akkus werden als Gefahrenstoffe eingestuft, der Transport und die Verladung gestalten sich als schwierig.

Bei der Veranstaltung der Fachgruppe Unterwasserkommunikation wurden Alternativen der autarken Stromerzeugung unter Wasser vorgestellt: in vier Impulsvorträgen zur induktiven Energieübertragung, Wellenenergienutzung, zu Sapropel-Brennstoffzellen sowie zu Salzwasser-Magnesium-Batterien. Diskutiert wurde unter anderem, ob Magnesiumstäbe im Salzwasser zu einer beheizbaren Taucherunterwäsche beitragen, Bakterien bei der Energiezunahme in Bodenknoten helfen oder sich Glider an Stromtrassen induktiv ernähren. Diesen Anwendungen stehen bisher keine Prototypen oder sogar Produkte zur Seite.

Mit der Innovationskraft des Maritimen Clusters Norddeutschland arbeitet die Fachgruppe Unterwasserkommunikation derzeit an einem gemeinsamen Forschungskonzept, aus dem auch Bedarfsanforderungen und Demonstrationsfähigkeiten abgeleitet werden sollen. Biologische, chemische und mechanische Erzeugung, die Zusammenschaltung der Zellen zu Modulen und das Energiemanagement – das Verluste eines aufgeladenen Akkumulators zu kompensieren versucht – sollen im Innovationsprozess berücksichtigt werden. Darüber hinaus wird auch die Produktausprägung und -vermarktung eine Rolle spielen.


Sind Sie an einer Projektbeteiligung interessiert, melden Sie sich bitte bei Laura Eisenblatt aus der MCN-Geschäftsstelle Schleswig-Holstein.

Laura Eisenblatt, Projektmitarbeiterin
Maritimes Cluster Norddeutschland, Geschäftsstelle Schleswig-Holstein
laura.eisenblatt@maritimes-cluster.de, 0431 66666-869