En mand og hans cykel. Sådan opfatter mange mennesker cykelsporten, men nu til dags er det ikke helt nok.
Manden, hvad end han er professionel eller bare ambitiøs motionscyklist, har nemlig brug for elektronisk gearskifter, gps, pulsur og watt-måler, så cyklen kører godt, og han kan holde øje med sin kørsel undervejs.
Desuden skal de opsamlede data gerne kunne sendes trådløst til venner eller træner i real-time.
Et godt eksempel på en, der kender til denne teknologiafhængighed, er den britiske cykelrytter Bradley Wiggins, der kører i den gule trøje i Tour de France.
Batterierne bliver for tunge
Han og hans hold, Team Sky, arbejder altid ud fra, hvor mange watt, de træder, for på den måde at yde det optimale uden at yde for meget.
Watt-måling kræver selvsagt energi, ligesom alle de andre elektriske cykelkomponenter. Energien kan komme fra almindelige batterier, men der er et problem:
For at opnå energi nok til de mange funktioner bliver batterierne tunge, og det passer ikke til cykelryttere, der er et notorisk vægtbevidst folkefærd.
\ Fakta
Hvad skal brændselscellerne bruges til? Den nyudviklede brændselscelle er tiltænkt brug i for eksempel elektroniske gearskiftere på moderne racercykler, hvor kæden flyttes rundt på klinger og tandhjul ved hjælp af elektronisk styring frem for mekanisk styring. Også energi til bl.a. pulsure, watt-målere, srm-bokse og live transmission af data har brug for strøm, og energitilførslen kan samles i en brændselscelle, fremfor en række batterier.
Derfor er der brug for lettere løsninger, der har større energikapacitet.
Metanol fremfor litium-ion
På Teknologisk Institut - en selvejende non-profit institution, som har til formål at omdanne videnskab til brugbar teknologi - har man i samarbejde med opstartsvirksomheden TrolCell fundet en løsning på cykelrytternes energiproblem.
Løsningen er en videreudvikling af en meget lille brændselscelle, som Teknologisk Institut oprindeligt har udviklet til høreapparater. Brændselscellen kan på samme måde som et traditionelt batteri levere energi til elektriske komponenter, men i en brændselscelle er metanol energibæreren i stedet for litium.
Det betyder, at der kan pakkes mere energi i systemet uden at øge vægten.
»De batterier, der i dag bruges til elektroniske gearskiftere, som der er på mange nye cykler, er for tunge. Den kommende generation af batterier, såkaldte 'race-day batterier' er lettere og kan holde cirka 10 timer ved gearskifterens gennemsnitsforbrug. Men kobler man alle de andre strømkrævende ting som wattmåler, pulsur, trådløs overførsel og så videre, så kan race-day batterierne, der vejer cirka 100 gram, kun holde to timer.«
»Skal man have noget, der kan give energi til alle de her funktioner i længere tid, snakker vi omkring et halvt kilo batterier, og det synes cykelrytterne ikke er attraktivt,« fortæller senior konsulent Asger Laurberg Vig¸ der er ansvarlig for Teknologisk Instituts ende af projektet.
Mere kapacitet på samme plads
Teknologisk Institut har stået for at videreudvikle teknologien bag brændselscellen, der blev brugt til høreapparater, og specialdesigne brændselscellerne og deres energiproduktion, så de kan bruges på en cykel og overleve vind, vibrationer og vejr.
\ Fakta
Sådan virker en brændselscelle Metanol-brændselsceller danner elektricitet ved at omdanne metanol og oxygen (fra luften) til kuldioxid og vand. Basalt set består brændselscellen af tre elementer: 1) En protonledende membran, 2) elektroder med katalyse 3) og et indkapslingssystem. Indkapslingssystemet sørger for, at brændstoffet bliver transporteret til katalysen, hvor metanol reagerer med vand og danner kuldioxid, elektroner og protoner. Elektronerne ledes igennem et kredsløb, f.eks. en elektronisk gearskifter på en cykel, og leverer derved den nødvendige elektriske energi til dette.
»Metanolbrændselsceller bliver i dag brugt i store systemer, der kræver energi i kilowatt (1.000 watt) frem for watt eller milliwatt. Til eksempel bruger en mobiloplader kun nogle få watt på en opladning. Vores innovation er, at vi har tilpasset brændselscellerne til at fungere i helt små udgaver. Den første er udviklet til et høreapparatfirma, som ønskede sig flere funktioner, men ikke større batterier,« fortæller Asger Laurberg Vig.
Her er brændselscellerne leveringsdygtige. Godt 10 gange så meget energi som et batteri kan der være på samme plads.
»Når du bruger et brændstof som metanol, kan du pakke meget mere energi på samme plads, fordi energitætheden i metanol er meget højere end i faststofferne i traditionelle batterier. Som det ser ud nu, kan vi lave systemet, så vi kan pakke op til ti gange så meget energi på samme volumen som et almindeligt batteri,« siger Asger Laurberg Vig.
Opladning uden stikkontakt
En anden fordel ved brændselscellerne er, at de er uafhængige af en stikkontakt, når de skal oplades. I stedet indsprøjter man en portion af den væske, som brændselscellen bruger. I løbet af 30 sekunder er brændselscellen igen klar til at yde.
Til gengæld lider brændselscellerne her af en børnesygdom, som også genopladelige batterier sloges med i starten: For hver genopladning mister cellen ydeevne.
»Stiller man et genopladeligt batteri og en metanolbrændselscelle ved siden af hinanden og lader dem køre og genoplade i et år, vil batteriet opretholde ydeevnen bedre. Det er et problem, som vi arbejder på ved at designe brændselscellens indre helt ned på nano-niveau. Brændselsceller er på et tidligere udviklingsstadie end batterierne, men forbedringerne af brændselscellernes levetid går meget hurtigt, og forventes snart at være på niveau med lithium-ion batterier,« fortæller Asger Laurberg Vig.
Kan bruges til det meste
Den anden aktør i udviklingen af brændselscellerne er opstartsvirksomheden TrollCell, som drives af Lars Knutsen, ph.d. i Information Systems.
\ Fakta
Lars Knutsens firma søger i øjeblikket patent på den nyudviklede brændselscelle og det specifikke design, og derfor er der ingen detaljeret gennemgang af denne teknologi i artiklen.
Idéen til brændselscellen kom oprindeligt fra Lars Knutsen, der opsøgte Teknologisk Institut, fordi han mente, at der var behov for mere energieffektive løsninger til elektroniske sportsprodukter og andre udendørs produkter.
»Vi har lavet er en optimering og videreudvikling af mikrobrændselcelle-teknologien, tilpasset til anvendelse i udendørs produkter som for eksempel elektronik til cykler, LED-lygter, opladere og generelt alt udstyr, der anvendes, hvor man ikke har nem tilgang til – eller tid til at vente på - opladning,« fortæller Lars Knutsen og fortsætter:
»Teknologien kan i princippet udvikles og skaleres, så den også kan anvendes i de fleste normale elektroniske applikationer, vi har i dag. Brugeren skal blot acceptere, at man går fra en elektrisk opladning til en væskebaseret genopfyldning, men så er fordelen også helt klar, idet der ingen ventetid vil være på opladning,« tilføjer han.
Prototype inden for et år
I dette års Tour de France er cykelrytterne stadig afhængige af almindelige batterier, når de skal have opladet deres mange elektroniske hjælpemidler. Det betyder, at mekanikerne skal oplade batterierne efter hver etape, hvilket både kræver udstyr og tid.
Men brændselscellen er ikke langt fra at være klar til at tage kampen op.
»Vi regner med at have demonstratorer, der kan testes på landevejen indenfor et år,« siger Asger Laurberg Vig.
Den videre udvikling er dog afhængig af, at en investor kommer på banen. Lykkes dette, er udsigterne gode.
»Vi søger efter en investor og virksomheder, der ønsker teknologien udviklet til prototypestadie. Status for teknologien lige nu er, at vi vil have en demonstrator kørende på en cykel udendørs i løbet af sommeren. Samtidig arbejder vi videre på patentering,« siger Lars Knutsen.
