Züge bewegen sich, Luft bewegt sich. Das ist grundlegende Physik, doch bisher hatte niemand ein Geschäftsmodell im Energiebereich darauf aufgebaut. Die Universität von Manchester Er hat es versucht: Vertikale Windturbinen in Eisenbahntunneln, die den Kolbeneffekt der Züge ausnutzen. Der künstliche Wind der vorbeifahrenden Züge treibt die Rotorblätter an und erzeugt so Energie. Energie, die genau dort benötigt wird: Beleuchtung, Beschilderung, Notfallsysteme. Und das alles ohne ein einziges Gramm CO2-Ausstoß. Das Projekt hat bereits Machbarkeitsstudien bestanden und wird nun für Tests an realer Infrastruktur vorbereitet. Wenn es funktioniert, ist das eine großartige Sache.
Der Kolbeneffekt der Tunnel wird zur Ressource
Ein Konvoi, der in einen Tunnel einfährt, schiebt eine beträchtliche Luftmasse vor sich her. Es handelt sich um ein seit Jahrzehnten bekanntes Phänomen, das vor allem im Hinblick auf die Konstruktion von Notfallbelüftungssystemen untersucht wurde. Durch die Luftkompression werden Strömungen erzeugt, die insbesondere in längeren und stark frequentierten Tunneln eine erhebliche Kraft erreichen können. Das Team Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der englischen Universität, geleitet von Dr. Amir Keshmiri, entwickelte Windturbinen mit vertikaler Achse (VAWT) speziell für diese intermittierenden und multidirektionalen Strömungen entwickelt.
Das Pilotprojekt startet an der Linie Ausbau der Transpennine-StreckeIn Zusammenarbeit mit Q-Sustain Limited, ein Ingenieurberatungsunternehmen mit Sitz in Manchester.
Das Toolkit zur Berechnung der wirtschaftlichen Rendite
Das Herzstück des Projekts sind nicht nur die Turbinen. Es ist VerXis Wind, eine vom Team entwickelte Software zur technisch-ökonomischen Analyse. Geben Sie die Geometrie des Tunnels, die Zugfahrpläne und die Eigenschaften ein. In nur wenigen Minuten liefert das System Finanzindikatoren auf Bankenniveau: Wie viel er produziert, wie viel er kostet und wann er sich amortisiert. Keshmiri erklärt es anschaulich:
„Wir schließen die Lücke zwischen akademischer Innovation und der Umsetzung in der realen Welt und machen Kolbeneffekt-Windturbinen nicht nur technisch machbar, sondern auch wirklich investitionswürdig.“
Azhar Quaiyoom, Direktor von Q-Sustainer addiert:
„Mit VerXis können wir Turbinendesigns für jede spezifische Tunnelumgebung schnell testen und skalieren. Es ermöglicht datengesteuerte Entscheidungen zur Implementierung nachhaltiger Lösungen in der Schieneninfrastruktur, die mit den Netto-Null-Zielen Großbritanniens im Einklang stehen, und berechnet die Kapitalrendite für unsere Kunden.“
Warum vertikale Turbinen besser funktionieren
Vertikalachsturbinen haben in diesem Zusammenhang deutliche Vorteile. Sie müssen nicht dem Wind ausgesetzt sein, da sie Strömungen aus allen Richtungen einfangen. Züge fahren in beide Richtungen, Luft bewegt sich hin und her, VAWTs funktionieren noch. Ein Studie 2020 veröffentlicht am Elektronik hat gezeigt, dass in offenen Eisenbahnkonfigurationen (nicht in Tunneln, sondern entlang der Gleise) ein System vertikaler Turbinen unter Berücksichtigung der vorbeifahrenden Züge bis zu 32,3 MWh pro Jahr erzeugen kann, verglichen mit den 30,6 MWh, die allein durch natürlichen Wind erzeugt werden.
In Tunneln, wo der Kolbeneffekt konzentrierter und vorhersehbarer ist, könnte die Effizienz steigen. Die Turbinen arbeiten mit niedriger Anlaufgeschwindigkeit und werden bereits bei geringem Durchfluss aktiviert. Und sie benötigen weniger Wartung als horizontale Turbinen, deren Installation und Betrieb in engen Räumen schwierig wäre.
Nicht nur Eisenbahntunnel
Das Modell ließe sich erweitern. Straßentunnel, U-Bahnen, sogar industrielle Lüftungsschächte. Immer wenn es einen regelmäßigen, verschwendeten Luftstrom gibt, bietet sich eine Chance. Eine kürzlich veröffentlichte Studie in Wissenschaftliche Berichte analysierte, wie Mikro-Windturbinen die von großen HVAC-Ventilatoren in Rechenzentren erzeugte Luftbewegung nutzen können. In einer kolumbianischen Anlage mit zwei rund um die Uhr in Betrieb befindlichen Kältemaschinen erzeugte ein System mit sechs Turbinen jährlich 513,82 MWh. Das reichte aus, um den Stromverbrauch der Ventilatoren mit einem Überschuss von 131,2 MWh zu decken.
Die nächste Phase des Manchester-Projekts umfasst Tests in realen Tunneln und die Weiterentwicklung des VerXis-Toolkits. Ziel ist es, zukünftige Energiestandards für die Bahn nicht nur in Großbritannien, sondern in ganz Europa zu beeinflussen. Sollte sich das Modell als skalierbar erweisen, könnten innerhalb des nächsten Jahrzehnts Turbinen in Tausenden von Tunnelkilometern installiert werden.
Die Grundidee ist einfach: Wenn sich etwas bewegt und Luft verdrängt, entsteht Energie. Bisher haben wir sie verpuffen lassen. Vielleicht ist es an der Zeit, sie zu nutzen.
