Von der Straße direkt in die Batterie So laden sich Elektrobusse während der Fahrt auf

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Reifen statt Steckdose: Das Start-up Winduction hat ein kabelloses Ladesystem entwickelt, das Elektrobusse direkt über deren Räder an der Haltestelle mit Strom versorgt. Dadurch sollen Buslinien deutlich günstiger betrieben werden können.

Die Elektrifizierung von Busflotten schreitet in der Schweiz und Europa voran. Aktuell setzen Verkehrsbetriebe vor allem auf eine Kombination aus großen Batterien und leistungsstarken Ladestationen – also auf dicke Kabel. Beides ist teuer in der Anschaffung und im Unterhalt. 

Geladen wird zudem nachts in der Garage mit Strom, der meist noch nicht vollständig aus erneuerbaren Quellen kommt. Und die riesigen Batterien machen den Bus schwer, was zu einem höheren Verschleiß einzelner Komponenten führt und wertvollen Platz kostet.  

Genau diesen Ansatz hinterfragen Sonam Bhuka, Sylvain Fricker und Laurin Schwitter. Gemeinsam haben sie das ETH-Spin-off Winduction gegründet. „Wir glauben, dass man Elektrobusse viel billiger betreiben kann, wenn man sie ohne Kabel und regelmäßig während der Fahrt auflädt“, sagt ETH-Absolvent Laurin Schwitter, der CEO.

Wie kann man Elektrobusse induktiv und viel günstiger laden?

Der Fachbegriff für diese Technologie heißt induktives Laden. Dabei handelt es sich grundsätzlich um keine neue Technologie. So gibt es etwa kleine Platten für den Schreib- oder Nachttisch, auf die man sein Handy zum Aufladen legen kann. Auch Elektroautos können heute schon kabellos geladen werden. 

Die meisten Systeme versuchen jedoch, Strom direkt von einer Spule im Boden zu einer zweiten Spule am Fahrzeugunterboden zu übertragen. Die Übertragung erfolgt über ein unsichtbares Magnetfeld, das die beiden Spulen verbindet.  

Dieser Ansatz birgt jedoch eine große Schwäche. Der Abstand zwischen Straße und Fahrzeugboden ist relativ groß und variiert je nach Fahrzeugtyp. Für induktive Ladesysteme ist diese Distanz aber entscheidend, da die Effizienz der Energieübertragung mit zunehmendem Abstand sinkt.

Viel kleinere Batterien und weniger Stromverlust 

Die drei Gründer von Winduction gehen daher einen anderen Weg: „Das Einzige, was bei jedem Fahrzeug immer Kontakt mit dem Boden hat, ist das Rad“, sagt ETH-Alumnus Sylvan Fricker. Er ist im Jungunternehmen für die Technologie verantwortlich. Aus dieser simplen Überlegung entstand die Idee, die dem Spin-off seinen Namen gab: Winduction steht für „Wheel-based Induction“. 

Die Technologie funktioniert mit magnetisch gekoppelten Spulensystemen. In einer Bodenplatte, die in den Straßenbelag eingelassen wird, befinden sich die ersten Induktionsspulen. Sie sind mit dem Stromnetz verbunden und erzeugen ein Magnetfeld. Eine zweite Gruppe von Spulen ist in einen speziell entwickelten Busreifen integriert. Sie nimmt den Strom auf, wenn der Bus anhält – und leitet ihn an die Fahrzeugbatterie weiter. 

„Wir minimieren die große Übertragungsdistanz zwischen Straße und Fahrwerk, indem wir Spulen im Rad unterbringen“, sagt Fricker. Vom Boden bis ins Fahrzeug erreicht das Winduction-System eine Effizienz von über 90 Prozent. Das heißt, weniger als zehn Prozent des über die Bodenplatte eingespeisten Stroms gehen verloren. „Da unsere Technologie auch bei kurzen Ladestopps wirksam ist,  kommen die Busse  mit kleineren Batterien aus, was in der Anschaffung und im Betrieb deutlich günstiger ist“, ergänzt der ETH-Absolvent.

Bus-Reifen ohne Stahl 

Das neue System, bei dem der Reifen die Energie vom Boden zum Fahrzeug weiterleitet, brachte aber auch eine Herausforderung für die drei Gründer von Winduction mit sich: Denn herkömmliche Busreifen enthalten Stahlgürtel, die für Stabilität sorgen. Dieser Stahl würde aber mit dem Magnetfeld reagieren und einen großen Teil des Stroms in Wärme umwandeln, anstatt ihn zu übertragen.  

„Damit unser System funktioniert, arbeiten wir gemeinsam mit Partnern an der Entwicklung eines völlig neuen, stahlfreien Reifen“, sagt CEO Schwitter. Zwar steigen dadurch die Kosten für einen einzelnen Busreifen, dies fällt im Vergleich zu den gesamten Anschaffungs- und Betriebskosten eines Busses jedoch kaum ins Gewicht. 

Geringere Kosten über die gesamte Lebensdauer einer Buslinie 

Genau bei den Kosten sehen die drei Gründer den größten Vorteil ihrer Technologie. Verkehrsbetriebe interessieren sich weniger für den Preis einzelner Fahrzeugteile als für die gesamten Kosten über die Lebensdauer einer Buslinie. Dazu zählen Fahrzeuganschaffung, Energieverbrauch, Wartung, Infrastruktur, Personal- und Finanzierungskosten. 

Gemäß den Berechnungen von Winduction könnten diese Gesamtkosten mit dem neuen Ladesystem deutlich sinken. Dies belegen die Gründer anhand der Buslinie zwischen Zürich Flughafen und Zürich Oerlikon. „Unsere Berechnungen zeigen erhebliche Einsparungen im Vergleich zu einem klassischen Ladesystem mit großer Batterie und Ladenstation in der Garage. Wie hoch diese ausfallen, hängt von der Route ab. Eine Machbarkeitsstudie in Zusammenarbeit mit Verkehrsunternehmen quantifiziert dies derzeit“, erklärt Schwitter. 

Die Vision

Von der Sonne direkt in das Fahrzeug: Winduction will die Brücke zwischen Energieversorgung und Verbraucher schlagen. „Unser Ziel ist, dass jeder Fahrzeugtyp von dieser Technologie profitiert“, erklären die Gründe im Interview mit ihrer Hochschule. 

Der gemeinsame Nenner: Der Bodenkontakt über die Räder. Dieser konstante, geringe Abstand ist ausschlaggebend für die drahtlose Energieübertragung. Das bedeutet: Vom Kleinwagen bis zum schweren Nutzfahrzeug bleibt die zugrunde liegende Infrastruktur identisch.

Tagsüber laden, Stromnetz entlasten 

Die Gründe dafür sind vielfältig: Busse mit kleineren Batterien sind günstiger und können mehr Personen transportieren. Auch die Bodenplatten von Winduction sind im Vergleich zu einer klassischen Ladeinfrastruktur günstig. 

Hinzu kommt, dass die Busse immer wieder tagsüber nachladen. Dafür wären auf der Strecke Zürich Flughafen bis Zürich Oerlikon lediglich bei zwei von 24 Stationen Ladenplatten notwendig, auf denen die Busse während 16 Stunden insgesamt drei Stunden lang laden würden. Dadurch sind auch weniger Reservefahrzeuge notwendig.

Zum Vergleich: Aktuell laden die auf dieser Linie eingesetzten Elektrobusse gleichzeitig fünf Stunden lang nachts in der Garage und brauchen dafür viel mehr Strom, als sie mit dem System von Winduction benötigen würden. 

Der sparsamere Stromverbrauch würde in Zukunft noch deutlicher ins Gewicht fallen, da der Strom mit dem Ausbau der Photovoltaik tagsüber immer günstiger wird. Zudem werden Spitzenlasten im Stromnetz reduziert, da nicht mehr alle Busse gleichzeitig am Abend geladen werden, was wiederum die Kosten senkt. 

Pilotbetrieb ab 2028 am Flughafen Zürich 

Unterstützt vom Bundesamt für Verkehr und der Schweizer Klimastiftung, baut das ETH-Spin-off Winduction derzeit eine reale Testinfrastruktur in Winterthur auf. Dort entstehen sowohl ein Versuchslabor als auch eine eigene Testhaltestelle. „In einem nächsten Entwicklungsschritt wollen wir sämtliche Komponenten in industrienaher Form zusammenführen“, sagt Schwitter. Ziel sei es, so schnell wie möglich einen voll umgerüsteten Elektrobus zu bauen, der auch außerhalb des eigenen Testgeländes eingesetzt werden kann.

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Für das Jahr 2028 planen die Gründer, den ersten Pilotbetrieb umzusetzen. Gespräche mit mehreren Schweizer Verkehrsbetrieben laufen dazu. Beispielsweise um die Region am Zürich Flughafen. Dort soll der Bus unter realen Betriebsbedingungen getestet werden und erstmals auch Fahrgäste transportieren. Diese werden nichts davon merken, wenn die Bodenplatte still und leise Strom in die Batterie überträgt – ganz ohne Kabel.