Professor Bantval Jayant Baliga wird als die Person mit dem weltweit größten negativen CO2-Fußabdruck bezeichnet. Dieser Spitzname ist ein Beweis für seine Erfindung, den Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), den er in den 1980er Jahren entwickelt hat. Seitdem hat diese Innovation zu einer drastischen Reduzierung des weltweiten Stromverbrauchs geführt.
„Als ich 21 war und noch sehr naiv, schrieb ich in meiner Bewerbung für die Graduiertenschule, dass ich etwas schaffen wollte, das der Menschheit zugute kommt. Das war ein großes Ziel, aber es ist erstaunlich, dass es mit dem IGBT tatsächlich wahr geworden ist. Das hat meine kühnsten Träume übertroffen“, sagt Bantval Jayant Baliga, renommierter Professor für Elektrotechnik an der North Carolina State University.
Der IGBT ist eine Komponente, die den Energieverbrauch / Stromverbrauch von Aufzügen und unzähligen anderen Anwendungen, die viele von uns täglich nutzen, revolutioniert hat. In diesem Jahr wurde der in Indien geborene Elektroingenieur für seine Innovation zum Gewinner des Millennium Technology Prize 2024 gekürt. Die Jury würdigte, dass der IGBT eine drastische Senkung des weltweiten Stromverbrauchs ermöglicht und die Lebensqualität der Menschen verbessert hat.
„Wir haben 40 Jahre damit verbracht, das Gerät weltweit zu verfeinern, die Technologie zu optimieren und seine Kosten enorm zu senken. Deshalb hat der IGBT all die Jahre seine Dominanz in diesem Bereich behalten“, erzählt er.
Ein Schlüsselelement in erneuerbaren Energiesystemen
In seiner einfachsten Form sieht der IGBT wie ein flaches schwarzes Rechteck aus, aus dem drei Metallstifte wie die Zinken einer Gabel herausragen. Dennoch ist er zu einem wesentlichen Bestandteil aller erneuerbaren Energiesysteme geworden, von Elektrofahrzeugen, Batterieladegeräten und Kühlschränken bis hin zu vielen anderen Haushalts-, Industrie- und medizinischen Geräten – sogar Hochgeschwindigkeitszügen und Raumfähren.
Unsere Elektroautos werden mit Gleichstrombatterien betrieben, deren Strom von IGBT-basierten Wechselrichtern in Wechselstrom umgewandelt wird, um den Motor anzutreiben.
„Alle erneuerbaren Energiesysteme erfordern den Einsatz von IGBTs. Solarenergie erzeugt beispielsweise Gleichspannung und -strom, aber der IGBT wandelt den Strom in die Form um, die wir in unseren Haushalten verwenden“, sagt Baliga.
„Windkraft erzeugt Wechselstrom mit variabler Frequenz, wenn sich die Turbine mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten dreht, aber man muss diesen in einen gut regulierten Strom umwandeln, den wir nutzen können. Das alles wird mit IGBTs gemacht, genauso wie bei Wellenkraft oder Geothermie. Das bedeutet, dass es auch in Zukunft eine wichtige Komponente für erneuerbare Energien sein wird.“
In den letzten drei Jahrzehnten hat Baligas Entwurf dazu beigetragen, die globalen CO2-Emissionen um schätzungsweise 82 Gigatonnen zu senken, was den Emissionen der Menschheit in drei Jahren entspricht.
Ein bedeutender Durchbruch im Bereich Aufzüge
Die IGBT-Technologie hat eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung des nachhaltigen Aufzugdesigns von KONE gespielt. Mitte der 1990er Jahre gelang uns ein Durchbruch, indem wir IGBT-basierte Frequenzumrichter mit der KONE EcoDisc®-Hebemotor kombinierten und damit einen neuen globalen Standard setzten.
„Anfang der 1990er Jahre haben die neuen Antriebe unsere Aufzüge auf ein völlig neues Niveau der Energieeffizienz gebracht und den Jahresverbrauch von mehr als 10.000 kWh auf rund 6.000 kWh gesenkt. Als wir sie Mitte der 1990er Jahre mit den Permanentmagnet-Direktantriebsmaschinen KONE EcoDisc und Mikrocontrollern kombinierten, sank der Wert weiter auf 3.000 kWh und sogar noch darunter“, sagt Janne Rossi, Leiter der Maschinen- und Antriebsentwicklung bei KONE.
Bis 2017 hatten wir den jährlichen Energieverbrauch eines typischen Aufzugs in einem europäischen Wohnhaus um bis zu 90 % gesenkt, indem wir LED-Beleuchtung, Standby-Modus und immer intelligentere Funktionen mit energieeffizienten Motoren und Antrieben kombinierten. Heute liegt der Jahresverbrauch eines modernen KONE MonoSpace® 500 DX bei ~550 kWh.
Seit den 1990er Jahren konnten wir dank der IGBT-Technologie unsere getriebelose EcoDisc®-Technologie auf alle Aufzüge ausweiten und den Fahrgästen noch mehr Fahrkomfort und eine neue Dimension der Ökoeffizienz bieten. Die Entwicklung geht weiter, und auch heute noch treibt diese Technologie die Aufzüge von KONE an, wobei die neuesten Antriebsgenerationen überschüssige Energie in das Stromnetz des Gebäudes zurückspeisen.
Die regenerativen Antriebe von KONE können bis zu 20-40 % des Gesamtenergieverbrauchs eines Aufzugssystems zurückgewinnen, indem sie die beim Bremsen des Aufzugs erzeugte Energie wiederverwenden. In Zukunft wird die zunehmende Verbreitung von IGBT-fähigen regenerativen Antrieben weiterhin zu einem nachhaltigeren Leben in der Stadt beitragen. Ergänzt wird dies durch andere innovative Technologien, wie immer intelligentere und optimierte Steuerungssysteme, leichtere Aufzugsmechaniken und fortschrittliche Hebetechnologien.
Nachhaltiges Design für ein ganzes Leben
„Vor mehr als 30 Jahren hat KONE erkannt, dass es notwendig ist, Strom zu sparen und nachhaltigere Aufzüge zu entwickeln. Neue Konstruktionen müssen im Vergleich zu früheren Modellen immer den Energieverbrauch senken“, sagt Satu Virkkunen, Leiterin der Abteilung für Nachhaltigkeit und Forschung und Entwicklung bei KONE. Ihrer Ansicht nach passt der IGBT perfekt zu den nachhaltigen Konstruktionsprinzipien von KONE.
„Wir konstruieren für die gesamte Lebensdauer. Wir betrachten die gesamte Lebensdauer des Gebäudes, in dem unsere Anlagen installiert sind.“
Dieser Fokus ist auch ein wichtiger Bestandteil der neuen Strategie von KONE, die Maßnahmen zur Reduzierung der CO2-Emissionen in den Vordergrund stellt. Das Unternehmen möchte die Zukunft der Städte mitgestalten.
„Wie können wir sicherstellen, dass wir für unsere Kunden die Optionen mit den geringsten CO2-Emissionen entwickeln? Wie können wir ein Angebot schaffen, das in unserer Branche am nachhaltigsten ist? Alles, was wir heute entwickeln, ist für Gebäude gedacht, die noch Jahrzehnte lang bestehen werden. Deshalb müssen wir sicherstellen, dass es auch in 50 Jahren noch eine nachhaltige Lösung ist.“
Bantval Jayant Baliga ist mit 76 Jahren weiterhin beruflich aktiv und hat nach wie vor die Zukunft im Blick.
„Mein ganzes Leben dreht sich um die Suche nach dem idealen Leistungstransistor für elektronische Anwendungen. Und natürlich findet man nie das perfekte Ideal. Aber ich habe über 100 US-Patente erworben, indem ich versucht habe, bessere Ideen zu entwickeln, um dem Ideal näher zu kommen.“
Es ist wahrscheinlich, dass der IGBT weiterhin eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung der Energiewende spielen wird.
„Die meisten Hersteller verwenden den IGBT, weil er das kostengünstigste, robusteste und leistungsstärkste Bauteil ist. Seit Beginn seiner serienmäßigen Herstellung haben wir kontinuierlich daran gearbeitet, ihn noch besser zu machen“, fasst Baliga zusammen.
Kurzes Glossar zur Elektrotechnik
Wechselstrom (AC): Elektrizität, die in Zyklen hin und her fließt und üblicherweise zur Stromversorgung von Haushaltsgeräten, Beleuchtung und Industriemaschinen verwendet wird.
Gleichstrom (DC): Elektrizität, die nur in eine Richtung fließt und typischerweise in Batterien für tragbare Geräte, Elektronik und Elektrofahrzeuge verwendet wird.
Antriebsstromkreisplatine: Eine Schlüsselkomponente, die die elektrische Leistung zum Antriebssystem des Aufzugs reguliert und verteilt und so eine reibungslose und effiziente Bewegung der Aufzugskabine gewährleistet.
Aufzugsantrieb: Ein Mechanismus, der die Auf- und Abwärtsbewegung des Aufzugs steuert.
IGBT: Ein Insulated-Gate Bipolar Transistor (IGBT) ist ein Gerät, das wie ein Schalter funktioniert, um große Mengen an Strom effizient zu steuern, und häufig in Stromversorgungssystemen verwendet wird.
Mikrocontroller: Ein Mikrocontroller ist ein winziger Computer auf einem Chip, der andere Geräte steuert und Informationen verarbeitet. Er wird in Aufzügen verwendet, um Aufgaben wie die Türsteuerung und die Etagenauswahl zu verwalten.
Transistor: Ein Transistor ist ein kleines Gerät, das Signale verstärken oder Strom ein- und ausschalten kann und eine Rolle bei der Steuerung der elektrischen Schaltkreise von Aufzugssystemen spielt.
