Städte unter Strom

Abbildung 1: Jakarta Hauptstadt Indonesiens bei Nacht. Geschätzte Einwohnerzahl ca. 12 Millionen
Abbildung 1: Jakarta Hauptstadt Indonesiens bei Nacht. Geschätzte Einwohnerzahl ca. 12 Millionen

Die Weltbevölkerung wächst rasant. Im Jahr 2050, so wird prognostiziert, werden ca. 9,7 Milliarden Menschen auf der Erde leben. 66%1 davon werden in Städten oder Mega-Städten mit mehr als 10 Millionen Einwohnern wohnen. Die fortschreitende Urbanisierung bedeutet eine starke Verdichtung der Bevölkerung auf einer relativ kleinen Fläche. In ihrer Folge sind die vorhandenen Infrastrukturen für die Versorgung der Stadtbewohner nicht mehr ausreichend.

Was macht eine Stadt zu einem attraktiven Wohnort, was erwarten die Einwohner von einer lebenswerten urbanen Umgebung? An erster Stelle und elementar für menschliches Leben sind saubere Luft, sauberes Wasser und gute klimatische Bedingungen. Aber schon heute leiden viele Megastadt-Bewohner unter einer enormen Smog- und Schadstoffbelastung der Luft. Sauberes Wasser wird zunehmend ein knappes und teures Gut und die enorme Hitze in den Städten – gerade in den Sommermonaten – ist für Menschen nur noch mit intensiver Kühlung der Gebäude zu ertragen.


E-Mobilität und E-Ladesäulen

Gerade im Zusammenhang mit der Verbesserung der Luftqualität wird zurzeit sehr stark die E-Mobilität favorisiert. Elektrisch angetriebene Fahrzeuge emittieren keine schädlichen Abgase und sind außerdem extrem leise im Betrieb, was eine deutliche Reduktion der Belastung mit Straßenlärm zur Folge hätte. Die Vorteile liegen auf der Hand, trotzdem ist es schwer, die Menschen zum Kauf eines E-Autos zu bewegen. Die Bedenken sind vielfältig, aber besonders die Problematik des Ladens der E-Autos erweist sich als Hemmschuh.

Es gibt eine Reihe skeptischer Fragen: Wie lange dauert bzw. wie kompliziert ist das Aufladen und wie gut auffindbar und erreichbar ist die nächste E-Ladesäule? Sind die Befürchtungen, die sich in diesen Fragen widerspiegeln, berechtigt oder gibt es dafür schon technische Lösungen? Um das genauer zu ergründen, wurde eine Patentrecherche in der STN Datenbank DWPI durchgeführt. 

STN ist ein Informationsservice für Forschungs- und Patentinformation. Es bietet, auf einer neutralen Plattform gebündelt, den Online-Zugriff auf qualitativ hochwertige Datenbanken. Ein inhaltlicher Schwerpunkt von STN liegt bei der Patentinformation. In Kombination mit den hoch entwickelten Funktionalitäten in Retrieval, Analyse und Visualisierung, gewährleistet STN präzise Recherchen und aussagestarke Analysen der Suchergebnisse. Aus diesem Grund nutzen Informationsspezialisten in Industrieunternehmen und Patentämtern bevorzugt STN.
 
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Betrachtet wurde dabei der Zeitraum von 2006 bis 2017. Was tut sich in puncto Ladesäulen? Auf den ersten Blick in Abb.2 ist gut zu erkennen, dass die Anzahl der Patentpublikationen im Technologiebereich Ladesäulen stark ansteigt.

 

 

Abbildung 2: Entwicklung der Patentanmeldungen im Zeitraum von 2006 bis 2017 im Technologiebereich Ladesäulen für E-Fahrzeuge © FIZ Karlsruhe
Abbildung 2: Entwicklung der Patentanmeldungen im Zeitraum von 2006 bis 2017 im Technologiebereich Ladesäulen für E-Fahrzeuge © FIZ Karlsruhe

Innerhalb der letzten fünf Jahre wurde die Erforschung der Ladestation-Technologien massiv vorangetrieben. In der Regel geschieht die Marktdurchdringung von technischen Innovationen mit einem zeitlichen Verzug. 


Tanken während des Einkaufs

Folglich müssten bald die ersten modernen Ladestationen, an denen E-Fahrzeuge schnell und bequem den nötigen Strom beziehen, in die urbane Infrastruktur Einzug halten. Dies sollte nur noch eine Frage der Zeit sein. Dann könnte ein E-Auto zum Beispiel auf dem Parkplatz betankt werden, während der Fahrer seine Einkäufe erledigt, so wie in dieser Patentzeichnung zu sehen:

Abbildung 3: Patentzeichnung (US20170341519) einer kabellosen, in den Parkplatz integrierten Aufladestation.
Abbildung 3: Patentzeichnung (US20170341519) einer kabellosen, in den Parkplatz integrierten Aufladestation.

Das Betanken erfolgt unterirdisch und kabellos, zusätzlich erhält der Fahrer im Inneren des Wagens Manövrieranweisungen, damit das Fahrzeug genau an der richtigen Position über der Induktions-Ladespule geparkt wird.


Tanken während der Fahrt

Die nachfolgende Lösung des Stromtankens erscheint ebenso simpel wie elegant. Herzstück ist die präparierte Straßenoberfläche. In ihr befinden sich elektromagnetisch induktive Emissionsspulen zum Beladen. Rollt das E-Auto über diese Straßenflächen, wird es automatisch wieder mit Strom betankt sozusagen en passant. Nicht beschrieben ist, wie die Abrechnung des abgenommenen Stroms erfolgt.

Abbildung 4: Patentzeichnung (CN107323303), die Straßenbeschichtung (3) enthält die Induktionsspulen
Abbildung 4: Patentzeichnung (CN107323303), die Straßenbeschichtung (3) enthält die Induktionsspulen

Tanken durch fliegenden Wechsel

Abbildung 5: Pferdepostkutsche
Abbildung 5: Pferdepostkutsche

Schon in früheren Jahrhunderten wurden die erschöpften Pferde einer Postkutsche an der Poststation gewechselt und die Kutsche fuhr mit frischen Pferden weiter. Auf dem gleichen Prinzip beruhen die Erfindungen, bei denen nur die Batterie getauscht wird. Bisher ist diese Idee nur mit kleinen E-Vehikeln umsetzbar, denn E-Autos haben in der Regel sehr große, schwere und nicht genormte Batterien, die in den Boden des Fahrzeugs intergiert sind. Ein Austausch erscheint unter diesen Umständen kompliziert und langwierig. Trotzdem wurde die Idee im Kleinen schon umgesetzt: Bei diesem landwirtschaftlich genutzten batteriebetriebenen Futter- oder Einstreu-Verteilwagen ist ein Teil der Batterien austauschbar (10). Die folgende Abbildung zeigt so einen Agra-Truck, der in Ställen zum Einsatz kommt im Querschnitt:

Abbildung 6: Patentzeichnung des batteriebetriebenen Futter- oder Einstreu-Verteilwagens (DK2015000669)
Abbildung 6: Patentzeichnung des batteriebetriebenen Futter- oder Einstreu-Verteilwagens (DK2015000669)

Bis es aber so weit ist, dass E-Autos flächendeckend, problemlos und schnell betankt werden können, müssen Hilfsanwendungen her. Der Albtraum jedes E-Mobilbesitzers ist das Liegenbleiben seines E-Autos aufgrund einer leeren Batterie. Mit einem Ersatzkanister mit Strom kann man sich hier nicht behelfen, also sollte es möglichst nicht zu dieser Notsituation kommen.

Die folgende Erfindung der Firma Hyundai Motors / Kia Motors behandelt genau das Problem der Ladesäulenverteilung auf dem Fahrweg. Die Infrastruktur von elektrischen Ladesäulen ist momentan noch nicht so flächendeckend ausgebaut wie für Kraftstoff-Tankstellen. Das E-Auto verfügt deshalb über einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass alle Ladestationen auf dem Weg zwischen dem Startpunkt und dem Ziel angezeigt und die Routen dementsprechend berechnet werden. Der Fahrer muss dank dieses Systems nicht fürchten, unterwegs aufgrund einer leeren Batterie liegenzubleiben. Die verfügbaren Ladesäulen (S) auf dem Weg werden angezeigt, ebenso die Information, ob sie mit dem Ladestand der Batterie noch erreichbar sind. Zusätzlich werden alternative Fahrwege berechnet.

Abbildung 7: Patentzeichnung (US20170343366), mögliche anfahrbare elektrische Ladestationen (S) auf dem Fahrweg.
Abbildung 7: Patentzeichnung (US20170343366), mögliche anfahrbare elektrische Ladestationen (S) auf dem Fahrweg.

China setzt stark auf E-Mobilität

Und welche Länder haben die Nase vorn bei der Erforschung elektrischer Ladesäulen? Dafür wurde analysiert, in welchen Ländern (Prioritätsländer) die Schutzrechte zuerst angemeldet wurden. Die Erstanmeldung eines Schutzrechts erfolgt sehr häufig in dem Land, in dem das forschende Unternehmen seinen Sitz hat. Insofern kann die Auswertung der Prioritätsländer indirekt einen Hinweis auf länderspezifische Forschungsaktivitäten geben. Drei Länder führen die Liste an: China, die USA und Deutschland. Zusammen kommen diese drei Länder auf knapp 85% der Erstanmeldungen. Ganz klar in der Führungsposition ist hierbei China mit mehr als der Hälfte der Erstanmeldungen. Diese Führungsposition ist nicht erstaunlich, denn gerade China hat schon jetzt sehr viele Metropolen, in der die Bewohner mit enormer Luftverschmutzung zu kämpfen haben. E-Mobilität wäre ein Mittel, um dieser Luftverschmutzung Herr zu werden. Dazu passt es auch, dass China in naher Zukunft den Verkauf von Autos mit Verbrennungsmotor verbieten will. Folglich steht auch die Erforschung und Weiterentwicklung von E-Ladesäulen im Fokus. Hier die Übersicht der Top 10 Prioritätsländer für E-Ladesäulen:

Abbildung 8: Prozentuale Verteilung der Prioritätsländer im Bereich E-Ladesäulen © FIZ Karlsruhe
Abbildung 8: Prozentuale Verteilung der Prioritätsländer im Bereich E-Ladesäulen © FIZ Karlsruhe

„Es grünt so grün, wenn ……“

Technischer Fortschritt und Weiterentwicklung der E-Mobilität sind Möglichkeiten, um die Stadtluft qualitativ zu verbessern. Ein anderer Weg, die urbane Luftverschmutzung zu verringern, ist die Besinnung auf die Kleinst-Landwirtschaft im städtischen Umfeld, modern „urban-gardening“ genannt. Die Idee der Stadtgärten ist nicht neu: Schon zu Beginn der Industrialisierung hatte die wachsende ärmere Stadtbevölkerung kleine Gemüsegärten zur Selbstversorgung angelegt, die sogenannten Schrebergärten2  erfreuten und erfreuen sich noch heute großer Beliebtheit. Ein innovatives Beispiel moderner urbaner Gärten hat die Kleinstadt Andernach am Rhein umgesetzt. Sie wurde für ihr Projekt „Andernach, die essbare Stadt“3 im bundesweiten Innovationswettbewerb „Ausgezeichnete Orte im Land der Ideen“ 2013/14 ausgezeichnet. Die Stadtverwaltung Andernachs erlaubt und fördert den Anbau von Gemüse, Obst und Kräuter in öffentlichen Parks und Grünanlagen. Die Stadt wird zum Garten für die Bürger, jeder darf mitmachen, beim Ernten wie beim Jäten. Andernach ist es gelungen die Idee einer urbanen Selbstversorgung mit lokalen Lebensmitteln in die Tat umzusetzen. Mit diesem Projekt könnte die Stadt zum Trendsetter werden.

Heute wird schon vielerorts die Natur bewusst in die Stadtarchitektur intergiert, so dass grüne Wohnhäuser mit Hausgärten entstehen. Ein Vorreiter dieser grünen Architektur steht in Magdeburg, die sogenannte grüne Zitadelle, entworfen von Friedensreich Hundertwasser4, fertiggestellt im Jahr 2005.

Abbildung 9: Die grüne Zitadelle in Magdeburg, Wohn-und Einkaufshaus, entworfen von Friedensreich Hundertwasser. Foto: Andreas Lander.
Abbildung 9: Die grüne Zitadelle in Magdeburg, Wohn-und Einkaufshaus, entworfen von Friedensreich Hundertwasser. Foto: Andreas Lander.

Hier geht es weniger um den Aspekt der Selbstversorgung der Stadtbevölkerung mit frischen Lebensmitteln, als vielmehr darum, eine Stadt grün und mit Pflanzen und Bäumen zu gestalten, denn nachweislich verbessert sich das Mikroklima einer Stadt durch ihre Begrünung. Pflanzen sorgen für Kühlung in heißen Sommermonaten und filtern Staub und Schmutzpartikel aus der Luft. Der Aufenthalt in Parks und Grünflächen hat dazu auch einen erholsamen und entspannenden Effekt auf die Menschen.


Ein jegliches hat seine Zeit

…schließlich auch das Ableben eines Großstadtmenschen. Nur um den Platz für seine sterblichen Überreste ist es schlecht bestellt. Ein Quadratmeter Land in einer Megacity ist kaum noch erschwinglich. Von Städten wie Hongkong wird berichtet, dass dort ein Urnengrab schon heute an die 100.000 € kosten kann. Diese Platznot brachte den Start-up Unternehmer Anthony Yuen auf die Idee einer virtuellen Grabstätte. Sein Unternehmen iVeneration com5 mit Sitz in Hong Kong stellt eine Online-Plattform zur Verfügung, damit Trauernde individuell eine virtuelle Grabstätte anlegen können, um ihrer verstorbenen Familienangehörigen zu gedenken. Darüber hinaus können sich die Trauernden dort auch untereinander verknüpfen, ähnlich wie in den sozialen Medien und virtuelle Ahnenstammbäume anlegen. Über die Akzeptanz dieser virtuellen Friedhofswelten ist noch wenig bekannt. Allerdings entfällt der teure Kauf einer geeigneten Grabstätte in der realen Welt, die Angehörigen werden in der Regel anonym bestattet, ein reales Grab gibt es danach nicht mehr. Diese sehr preiswerte Variante der Beerdigung ist das stichhaltige Argument für den virtuellen Bestattungsdienst, und so wird es auch Kunden geben. Ungeklärt ist die Frage, was mit all den digitalen Grabeinträgen, Dekorationen und Daten geschieht, wenn der virtuelle Dienst einmal schließen sollte. Derartige juristische Fragestellungen sind momentan noch Neuland innerhalb des Rechtswesens. In unserem Bereich für Immaterialgüterrechte in verteilten Informations-Infrastrukturen (IGR) werden genau diese Fragestellungen erforscht.


Wem gehören Forschungsdaten, die in einem Langzeit-Repository abgelegt wurden? Wer haftet bei Datenverlust und wer bestimmt, wann Daten aus einem Repository gelöscht werden können? Mit diesen und anderen Fragen rund um das Großthema Informationsrecht beschäftigt sich die im November 2015 gemeinsam mit dem KIT neu geschaffene Professur für Immaterialgüterrechte in verteilten Informationsinfrastrukturen – kurz IGR. Frau Prof. Dr. Franziska Boehm, die Lehrstuhlinhaberin und ihre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigen sich schwerpunktmäßig mit dem IT-Recht und hier insbesondere dem Themenbereich IT-Sicherheit, ebenso mit der Umsetzung des EU-Datenschutzrechts nach der Datenschutzreform.

Mehr zu IGR


Es bleibt abzuwarten, welche weiteren urbanen Lebensbereiche zukünftig in virtuelle Welten verlagert werden. Das Problem einer umweltfreundlichen Mobilität in Städten wird auf absehbare Zeit nicht gelöst sein. Und so existiert der Bedarf nach Lösungen für das Problem des Stromtankens auch weiterhin in der realen Welt.


Text und Recherche: Dr. Babett Bolle


Fußnoten
1 esa.un.org/unpd/wup/Publications/Files/WUP2014-Report.pdf (zuletzt überprüft am 27.11.2017).
2 Benannt nach dem Arzt und Pädagogen Daniel Gottlob Moritz Schreber, geboren 1808 in Leipzig.
3 www.andernach.de/de/leben_in_andernach/essbare_stadt.html , zuletzt geprüft am 29.1.2018.
4 Friedensreich Hundertwasser, österreichischer Künstler und Architekt, geboren 15. Dez. 1928 in Wien, gestorben 19. Februar 2000.
5 www.iveneration.com/index.php/site/index (zuletzt überprüft am 18.1.2018).