Der sich über die Räder aufladende Bus, ein schweizerisches Projekt

Die Aufladung des Busses erfolgt direkt über die Räder, wodurch die Zeit für die nächtliche Ladung im Depot reduziert wird und es möglich ist, kleinere Batterien zu verwenden, was Vorteile in Bezug auf Platz, Gewicht und Kosten des Fahrzeugs bringt. Das Projekt entstand in der Schweiz durch das Spin-off Winduction der ETH Zürich, das ein drahtloses Ladungssystem entwickelt hat, das während der Halte an den Haltestellen aktiv ist.

Wenn die Trinkflaschenladung von der Straße auf die Räder wechselt

Die Trinkflaschenladung, also die Aufladung in kleinen Dosen während des Betriebs, ist keine völlige Neuheit: In Europa und auch in Italien werden bereits Pantografen eingesetzt, in Spanien haben wir an der Demonstration der Induktionsladung von Alstom teilgenommen (hier das Video), und es gibt weitere Lösungen. Jetzt kommt auch die Schweizer Idee, bei der die Spule vom Chassis auf das Rad verlegt wird.

Die schweizerischen Forscher gingen von einem Problem aus: Die meisten Elektobusse werden nachts in den Depots aufgeladen und transportieren tagsüber schwere Batterien mit sich – eine kostspielige Methode. Zudem ist es tagsüber einfacher, erneuerbare Energien zu nutzen. Schauen wir uns die Lösung an, wie sie von den Autoren beschrieben wird: „Das hintere Rad des Busses, ein etwas veraltetes Modell, ruht auf einer Platte, die etwa so groß ist wie ein Einkaufswagen. Plötzlich beginnt die Batterie des Busses sich aufzuladen – 10 Prozent, 20, 30 – der Anzeiger steigt stetig an, ohne dass ein Kabel das Fahrzeug mit der Platte verbindet.“ Das sagen Sonam Bhuka, Sylvain Fricker und Laurin Schwitter, die drei Gründer von Winduction.

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Neben den Beispielen, die wir bereits von Mobiltelefonen bis zu Elektroautos genannt haben, gibt es zahlreiche Lösungen auf Basis der Induktionsladung. Laut dem Schweizer Trio treten jedoch Effizienzprobleme auf, die bei Bussen im Vergleich zu Autos deutlicher sind. Es wird darauf hingewiesen, dass „es eine große Schwäche gibt“, nämlich „die Distanz zwischen der Straße und dem Fahrzeugboden ist relativ groß und variiert von Modell zu Modell. Diese Distanz ist ein entscheidender Faktor in Systemen der induktiven Ladung, denn die Effizienz des Energietransfers nimmt mit zunehmender Trennweite ab“.

Die ursprüngliche und (vielleicht) erfolgreiche Idee: Der Reifen berührt stets die Straße

„In jedem Fahrzeug sind die Räder der einzige Teil, der stets mit dem Boden in Kontakt steht“, erklärt Sylvain Fricker, Absolvent der ETH und Technologieleiter des jungen Unternehmens. Aus dieser einfachen Beobachtung entstand die Idee, nach der das Spin-off benannt wurde: Winduction steht für wheel‑based induction, also induktionsbasierte Antriebstechnologie durch die Räder.

Die Technologie funktioniert mithilfe von magnetisch gekoppelten Spulensystemen. Die ersten induktiven Spulen sind in einer Platte im Straßenbelag untergebracht, die mit dem Stromnetz verbunden ist und ein Magnetfeld erzeugen kann. Eine zweite Gruppe von Spulen, die in einem speziell entwickelten Reifen integriert sind, fängt Energie auf, wenn der Bus anhält, und leitet sie an die Batterie des Fahrzeugs weiter.

„Wir verringern die große Übertragungsstrecke zwischen der Straße und dem Unterchassis, indem wir die Spulen im Inneren des Rades platzieren“, erklärt Fricker. Von der Straße bis zum Fahrzeug erreicht das Winduction-System laut den Forschern eine Effizienz von über 90 Prozent: Mit anderen Worten, weniger als 10 Prozent der in die Platte eingespeisten Energie gehen verloren. „Da unsere Technologie auch bei kurzen Ladepausen effektiv ist, können Busse kleinere Batterien verwenden, was sie sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb deutlich kostengünstiger macht“, fügt der ETH-Absolvent hinzu.

An den Reifen muss noch gearbeitet werden, um das Ziel zu erreichen

Die Idee von Winduction ist faszinierend, aber es muss noch viel Arbeit geleistet werden, um sie in die Praxis umzusetzen. Die herkömmlichen Reifen von Bussen enthalten Stahlbänder, die Stabilität gewährleisten, doch dieser Stahl würde mit dem Magnetfeld reagieren und einen Großteil der Energie in Wärme umwandeln, anstatt sie an die Batterie weiterzuleiten.

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„Um unser System zum Laufen zu bringen, arbeiten wir mit verschiedenen Partnern zusammen, um einen völlig neuen Reifen ohne Stahl zu entwickeln“, erklärt Schwitter, der CEO des Unternehmens. Es sind Investitionen erforderlich, doch laut den neuen Gründern „obwohl diese Änderung eine höhere Kosten für einen einzelnen Reifen bedeutet, ist der Anstieg im Vergleich zu den Gesamtkosten für den Kauf und die Betriebsführung eines Busses nahezu unbedeutend“.

Einsparungen und geringerer Druck auf das Netz

Laut den Berechnungen von Winduction könnten die Gesamtkosten erheblich sinken. Die Gründer haben Berechnungen entlang der Strecke zwischen dem Flughafen Zürich und dem Stadtteil Oerlikon durchgeführt. „Unsere Analysen zeigen erhebliche Einsparungen im Vergleich zur Aufladung an einer Station. Der Umfang hängt von der Strecke ab. Derzeit wird eine Machbarkeitsstudie mit den Verkehrsbetrieben durchgeführt, um diese Einsparungen zu quantifizieren“, erklärt Schwitter.

Betrachten wir die Vorteile: Busse mit kleineren Batterien sind günstiger und können mehr Passagiere transportieren. Zudem sind die Ladeplatten von Winduction im Vergleich zu herkömmlichen Ladeinfrastrukturen relativ preiswert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Busse tagsüber mehrfach aufgeladen werden können. Auf der Strecke zwischen dem Flughafen Zürich und Oerlikon wären Ladeplatten nur an 2 der 24 Haltestellen erforderlich, wo die Busse im Laufe eines 16-stündigen Betriebstages etwa 3 Stunden Ladung erhalten würden. Dies würde auch die Anzahl der benötigten Ersatzfahrzeuge verringern.

Die heute auf dieser Linie eingesetzten Elektrobusse werden nachts gleichzeitig für fünf Stunden im Depot aufgeladen und benötigen eine weitaus höhere Leistung als mit dem Winduction-System. Ein geringerer Energieverbrauch wäre in Zukunft noch wichtiger, da der Strom tagsüber dank der Ausweitung der Photovoltaik immer günstiger wird. Gleichzeitig verringern sich die Belastungsspitzen im Netz, da es nicht mehr notwendig ist, alle Busse nachts gleichzeitig aufzuladen, was zu weiteren Kostensenkungen führt. In diesem Punkt ist die Theorie jedoch nicht überzeugend, da der nächtliche Verbrauch – man muss schließlich eine Gesellschaft mit überwiegend elektrischen Fahrzeugen betrachten – derzeit noch geringer und kostengünstiger ist.

Das erste Pilotprojekt im Jahr 2028

Die Spin-off-Firma von ETH Winduction baut derzeit mit Unterstützung des Bundesamts für Verkehr und der Schweizerischen Klimastiftung eine realistische Testinfrastruktur auf. Das Projekt umfasst sowohl ein Testlabor als auch eine eigens dafür vorgesehene Testhaltestelle. Schwitter betont: „Unser Ziel ist es, so schnell wie möglich einen vollständig umgerüsteten Elektobus zu schaffen, der auch außerhalb unseres privaten Testgebiets eingesetzt werden kann.“

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Die Gründer planen, das erste Pilotprojekt im Jahr 2028 in Gang zu setzen. Es laufen Verhandlungen mit verschiedenen Schweizer ÖPNV-Anbietern. Ein Beispiel ist das Gebiet am Flughafen Zürich, wo der Bus unter realen Betriebsbedingungen getestet und erstmals Passagiere transportieren wird.

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