NASA Space Tech könnte helfen, Elektrofahrzeuge in 5 Minuten aufzuladen, aber brauchen wir das wirklich?
24 October 2022
Der Weltraum ist ein schwieriger Ort. Die Leute beschweren sich online darüber, dass das Wetter in Texas in nur wenigen Tagen oder Stunden von heiß auf eiskalt schwankt (und vielleicht sogar innerhalb einer Woche Wetter anzeigt, das zu allen vier Jahreszeiten gehört), aber nur ein paar hundert Meilen über dem Staat sind die Schwankungen noch wilder. In der Nähe der Erde kann der orbitale Raum im Schatten bis zu 100-150 Grad unter Null kalt sein, aber im Sonnenlicht bis über den Siedepunkt hinaus.
Aber Menschen in Raumfahrzeugen, in Raumanzügen oder sogar auf der Internationalen Raumstation sterben normalerweise nicht an diesen offensichtlich tödlichen Temperaturen. Die NASA ist also nicht nur eine Agentur, die sich mit Luft- und Raumfahrt auskennt, sondern auch ziemlich gut darin ist, Dinge zu heizen und zu kühlen. Der Beweis liegt im Pudding (oder im Mangel an gefrorenen/kochenden Astronauten). Außerdem sollten wir nicht davon ausgehen, dass die NASA aufgehört hat, Dinge zu erfinden, als das Space Shuttle entworfen wurde, also muss sich ihre HLK-Technologie noch verbessern, oder?
Viele anstehende NASA-Weltraummissionen werden fortschrittliche Wärmeübertragungsfähigkeiten für die thermische Kontrolle benötigen, die für eine korrekte Ausführung erforderlich ist. Mehrere Systeme werden sich auf diese Technologie stützen, darunter: Kernspaltungsenergiesysteme für zukünftige Missionen zu Orten wie Mond und Mars, Dampfkompressionswärmepumpen zur Unterstützung von Mond- und Marslebensräumen und auch an Bord von Raumfahrzeugen selbst, die thermische Kontrolle und fortgeschrittenes Leben bieten Unterstützung.
Also, ja, Fortschritt und Erfindungen gehen weiter, selbst bei so langweiligen Dingen wie Heizung, Klimatisierung und Kühlung lebenswichtiger Raumsysteme.
Ein von der NASA beauftragtes Team entwickelt eine hochmoderne Technologie, die es Weltraumsystemen nicht nur ermöglichen wird, die richtigen Temperaturen effizienter zu verwalten, sondern auch die Größe und das Gewicht der zugehörigen Hardware zu reduzieren. Wieso den? Da der Transport von Gewicht in den Weltraum teuer ist, ist eine Gewichtsreduzierung unerlässlich.
Ich weiß nicht, wie es Ihnen geht, aber das klingt sehr nach der Technologie, die Elektrofahrzeuge brauchen. Batterien (insbesondere beim Schnellladen) erzeugen viel Wärme, und Sie können keine riesige Klimaanlage aus einem Gebäude in ein Elektrofahrzeug einbauen, wenn Sie überhaupt Reichweite haben möchten.
Das Flow Boiling & Condensation Experiment
Ein Forscherteam unter der Leitung von Issam Mudawar, dem auch Experten der Purdue University angehören, hat das Flow Boiling and Condensation Experiment (FBCE) entwickelt, um Zweiphasen-Fluidströmungs- und Wärmeübertragungsexperimente in der Mikrogravitation zu ermöglichen. Durch die Verwendung einer Flüssigkeit mit niedrigerer Temperatur und deren Umwandlung in Dampf kann Wärme effizienter übertragen werden. Wenn die dem Kanal zugeführte Flüssigkeit unterkühlt wird (bei einer Temperatur weit unter dem Siedepunkt), wird dieser Prozess stark verbessert. Diese neue Technik des „unterkühlten Durchflusssiedens“ führt zu einer weitaus besseren Wärmeübertragungseffizienz als andere Methoden und könnte möglicherweise zur Temperaturregelung von Systemen im Weltraum verwendet werden.
Das FBCE wurde im August 2021 an die ISS geliefert und begann Anfang des nächsten Jahres mit der Bereitstellung von Mikrogravitations-Strömungssiededaten. Die Ergebnisse dieser Experimente werden effizientere Designs zukünftiger Weltraumsysteme ermöglichen, die eine Temperaturregelung erfordern.
Menschen hier auf der Erde zugute kommen
Eines der großen Dinge, die NASA- und SpaceX-Skeptiker gerne sagen, ist, dass das Geld für Dinge ausgegeben werden sollte, die die Menschen auf der Erde brauchen. Aber wie so oft (Sonnenbrillen sind ein großartiges Beispiel) findet die Weltraumtechnologie oft ihren Weg dorthin zurück, wo sie herkommt, und wird zum Wohle der Menschen hier am Boden eingesetzt.
Eines der größten Probleme beim zukünftigen Laden von Elektrofahrzeugen ist die damit verbundene Leistung. Jeder wünscht sich ein Elektrofahrzeug, das in fünf Minuten aufgeladen werden kann, ähnlich wie ein benzinbetriebenes Auto. Aber dazu müssen wir viel Energie durch ein Kabel ins Auto schicken. Wenn Sie genug Strom durch ein Kabel leiten, wird es viel Wärme erzeugen, es sei denn, Sie machen das Kabel riesig, dick und schwer. Das wird nicht gut funktionieren, wenn wir wollen, dass die Leute ihre eigenen Elektrofahrzeuge aufladen können.
Aber die Technologie der NASA könnte die Antwort liefern.
Mudawars Team nutzte kürzlich die Prinzipien des „unterkühlten Durchflusssiedens“, die sie aus den NASA-FBCE-Experimenten beim Laden von Elektrofahrzeugen gelernt hatten. Bei dieser neuen Technologie wird dielektrisches (nicht elektrisch leitendes) flüssiges Kühlmittel durch das Ladekabel gepumpt, um die vom stromführenden Leiter erzeugte Wärme einzufangen. Das unterkühlte Fließsieden ermöglicht es dem Team von Mudawar nicht nur, 4,6-mal mehr Strom zu liefern als jedes andere derzeit auf dem Markt erhältliche Ladegerät, sondern entfernt auch insgesamt bis zu 24,22 Kilowatt Wärme.
Purdue bewies, dass ein neues Ladekabel 2.400 Ampere Strom liefern kann, deutlich mehr als die 1.400 Ampere Schätzungen der NASA, die erforderlich wären, um ein Elektroauto in nur fünf Minuten aufzuladen. Diese neu entwickelte Technologie reduziert die Zeit, die zum Aufladen eines Fahrzeugs benötigt wird, erheblich und kann den Weg für eine viel breitere Verwendung von Elektroautos ebnen, indem sie einen der großen Knackpunkte beseitigt, die die Neinsager ansprechen.
Außerdem ist das Kabel etwas, das der Durchschnittsbürger leicht greifen und in sein Auto stecken kann.
Dies ist nicht das einzige Hindernis
Offensichtlich ist dieses Schnellladeniveau nicht das einzige, was verhindert, dass das 5-Minuten-Laden Realität wird. Batterietechnologie, elektrische Infrastruktur und Ladestationen müssen alle ernsthaft verbessert werden. All diese Fragen werden jedoch von anderen Forschern bearbeitet.
Das andere Problem ist, dass es für viele Anti-EV-Leute nur eine Ausrede ist. Sie könnten auf jede erdenkliche Weise ein Erlebnis bieten, das einfacher und besser ist als benzinbetriebene Autos, und sie würden immer noch einen Grund finden, Veränderungen nicht anzunehmen. Veränderungen sind schwierig und unbequem, und viele Menschen sind festgefahren oder haben seltsame politische Gründe, warum sie nicht umsteigen.
Eine größere Frage: Ist das überhaupt der richtige Ansatz?
Während die Arbeit, die die NASA und Purdue hier hineingesteckt haben, sehr beeindruckend ist, frage ich mich auch, ob es überhaupt der richtige Ansatz für das durchschnittliche Auto ist. Für einige Anwendungen, insbesondere Luftfahrt, Hochseeschifffahrt und große Landfahrzeuge wie Sattelschlepper, wird die Bereitstellung dieser Art von Leistung für die Elektrifizierung wichtig sein. Aber wenn jedes Auto auf der Straße regelmäßig diese Art von Strom verbrauchen würde, müssten wir einige ernsthafte logistische, infrastrukturelle und ökologische Fragen beantworten.
Persönlich denke ich nicht, dass es ein großes Ziel ist, die Erfahrungen mit Benzinautos mit Elektrofahrzeugen zu wiederholen. Die meisten Ladevorgänge müssen zu Hause im Schlaf oder bei der Arbeit mit Solarenergie erfolgen, wenn möglich, wodurch viel weniger Strom verbraucht wird. Schnelles Aufladen muss den menschlichen Bedürfnissen entsprechen und sollte nur sehr selten in fünf Minuten erfolgen. Selbst auf Autofahrten müssen die Menschen für ein paar Minuten auf die Toilette gehen, essen und sich die Beine vertreten. Die Menschen zu ermutigen (wahrscheinlich durch die Preisgestaltung, da ultraschnelles Laden teuer sein wird), wenn möglich langsamere Optionen zu verwenden, würde den Übergang zu Elektrofahrzeugen erheblich erleichtern.
Ausgewähltes Bild zur Verfügung gestellt von der NASA. Die Ladestation für Elektrofahrzeuge der Purdue University kann ein Auto in fünf Minuten aufladen. Das Ladekabel wird intern durch Dielektrikum mittels unterkühltem Fließsieden gekühlt. Purdue University/Jared Pike
