Erstes batterielose Handy – Zeitalter für nachhaltiges Mobiltelefonieren beginnt

  • Keine stromfressenden und umweltbelastenden Akkus mehr in den Handys – ein Traum, der nun zur Umsetzung gelangen könnten.

     

Das kennt jeder: der Akku des Handys ist genau dann leer, wenn man es gerade an wichtigsten benötigt. Die Akkus eines modernen Handys halten oft nicht mehr als gerade mal einen Tag. Zudem sind sie enorme Energiefresser, in Herstellung und Entsorgung höchst umweltbelastend. Das Zeitalter der Unabhängigkeit von Batteriebetriebenen Handys könnte nun eingeleitet worden sein, denn Forscher der University of Washington  erfanden das erste batterielose  Handy, das mit Radiowellen betrieben wird.  Das erste Handy, das komplett auf eine Batterie verzichten kann.

Das aus handelsüblichen Komponenten entwickelte Gerät bezieht die wenigen Mikrowatt Energie, die es zum schnurlosen Telefonieren benötigt, komplett aus der Umgebung – durch Umwandlung von Licht oder Radiowellen. Seine Klangqualität ist zwar noch nicht besonders gut, aber die Vorstellung, das Handy nicht mehr laden zu müssen, weil es die Energie aus Licht- und Funkwellen aus der Umgebung bezieht, ist mehr als reizvoll.

Die Energiemenge, die durch in der Umgebung vorhandene Radiowellen oder Licht bezogen werden kann, beträgt in der Regel zwischen einem und 10 Mikrowatt. Um die Echtzeittätigkeiten eines Telefons zu gewährleisten, mussten gänzlich neue Ansätze für die Konstruktion eines Mobiltelefons gefunden werden.  Denn andere mobile Geräte verlassen sich auf „Energy Harvesting“, also Energiepufferung.  Temperatursensoren oder Feuchtigkeitsmesser zum Beispiel sparen Energie, in dem sie immer nur punktuell aktiv sind und anschließend für längere Zeit in einen Sleep-Modus wechseln. Ein Vorgang, der für ein Telefongespräch jedoch nicht praktikabel ist. Somit musste die Technologie des Handys von Grund auf neu durchdacht werden.

Die Forscher mussten auch einen schlauen Weg finden, um die energiehungrigen Teile der normalen Handys loszuwerden: Die Umwandlung von analogen Audio-Signale in digitale Daten benötigt die meiste Energie. Um diesen Teil des Prozesses auszuklammern, entwickelten die Forscher einen Weg, der die winzigen Vibrationen des Mikrofons und des Lautsprechers nutzt und eingehende und ausgehende Signale kodiert. Das erlaubt dem Telefon jedoch nicht gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Stattdessen muss der Anrufer beim Senden oder Empfangen eine Send- oder Empfangs-Taste halten. In diesem Sinne ähnelt der Prototyp noch eher einem Walkie-Talkie als einem echten Handy.

Im Moment wird das Handy mit der Energie aus Funksignalen, die von einer speziellen Basisstation und einer kleinen Solarzelle gesendet werden gespeist. Aber die Forscher sagen, dass diese Basisstationen in Zellentürmen und Wifi Routern installiert werden könnten, um die Mobilität zu ermöglichen, die wir von unseren normalen, batteriebetriebenen Handys gewohnt sind.

Betrachtet man aber die möglichen Energieeinsparungen, die sich durch einen akkufreien Betrieb eines Mobiltelefons ergeben, ist die Attraktivität dieser neuen Errungenschaft nicht mehr von der Hand zu weisen. Allein in Österreich waren im 3. Quartal 2016 knapp 14 Millionen genutzte SIM-Karten im Umlauf. Das bedeutet, dass fast jeder Österreicher 2 Handys hat.  Bislang hatten Mobiltelefone im Vergleich zu anderen Haushaltsgeräten eine eher geringe Bedeutung in Bezug auf den Stromverbrauch. Mit der stetigen Miniaturisierung der Elektronik wurde zwar die Energieeffizienz deutlich verbessert, aber andererseits werden immer mehr Mobiltelefone genutzt und verbrauchen damit auch immer mehr direkte Energie.

Externe Netzteile, insbesondere Ladegeräte, sind ein wichtiger Bestandteil von Mobiltelefonen. Der Stromverbrauch wird durch die Leistungsaufnahme beim Aufladen in Kombination mit der Häufigkeit und Dauer, d.h. dem Ladezyklus bestimmt. Handy-Ladegeräte verbrauchen auch dann noch Strom, wenn das Handy bereits vollgeladen ist oder das Ladegerät sich noch immer in der Steckdose befindet und gar nicht mit dem Handy verbunden ist. Das Ladegerät verursacht dann sogenannten. Leerlaufverluste.

Eine volle Ladung des iPhone 6 benötigt etwa 10,5 Wattstunden Energie. Bei 365 Ladungen für ein ganzes Jahr ergibt dies 3,8 kWh. Eine Ladung des iPhone 6 Plus benötigt aufgrund des größeren Akkus 16,8 Wattstunden. Wenn das iPhone etwa alle 1 1/2 Tage aufgeladen wird, ergibt sich ein Energiebedarf von 4,2 kWh.

Um 1 kWh zu erzeugen, müsste man 8-10 Stunden mit dem Fahrrad fahren. Um 1 kWh zu verbrauchen, kann man einen Toaster 40-60 Minuten benutzen oder ca. 133 Brotscheiben toasten, eine Waschmaschine 70-100 Minuten laufen oder einmal bei 60° waschen oder eine 20 W Energiesparlampe 50 Stunden lang leuchten lassen.

Grundsätzlich gilt, dass Batterien keineswegs umweltfreundlich sind. Egal, ob es sich um die kleinen Knopfzellen handelt, die teilweise Quecksilber enthalten oder um einen aufladbaren Akku. Die energieintensive Herstellung und letztlich auch die problematische Entsorgung von Batterien und Akkus ergeben immer eine negative Umweltbilanz.

Das erste batterielose Handy kann zwar nur Anrufe tätigen und empfangen und ihm fehlt Touchscreen- oder Datenanschluss, aber es könnte im Notfall entscheidend sein. Und eines ist sicher, es stellt einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigen Entwicklung von Mobilen Geräten dar. Energieeffizienz und Ressourcenschonung durch den Wegfall des umweltbelastenden Akkus.

Dieser Low-Power Prototyp ist ein großer Sprung in der Entwicklung von batteriefreien Geräten und ein wesentlicher Schritt zu einem voll funktionsfähigen batteriefreien Mobiltelefon, sind die Forscher überzeugt.

Quellen:

ACM Battery Free Cellphone

Elekronik Praxis – Batterieloses Handy

Verbraucherzentrale

 
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