Walenstadt als Vorbild für Ghanas Stromversorgung
Der Ghanaer Timothy Asare ist Absolvent eines Masterprogramms der Universit?t Ashesi und der ETH Zürich. Heute forscht er bei ETH-Professor John Lygeros an einer nachhaltigen Stromversorgung Ghanas.?
John Lygeros spricht gern über Walenstadt. In der 6000-Einwohner-Gemeinde im Kanton St. Gallen baut er im Rahmen des von ihm geleiteten Nationalen Forschungsschwerpunkts Automation ein Microgrid auf – ein lokales Ministromnetz, basierend auf erneuerbaren Energien und Batterien. ?Eine ideale Gelegenheit, die entwickelten Konzepte im Reallabor zu testen und Daten zu sammeln?, sagt der Professor am Automatic Control Laboratory der ETH Zürich. Doch Walenstadt liegt in einem reichen Land mit einem extrem zuverl?ssigen Stromnetz.
Deshalb treibt Lygeros schon l?nger die Frage um: L?sst sich das Konzept auch dort umsetzen, wo Strom tats?chlich fehlt – etwa in Subsahara-Afrika? Schliesslich prognostiziert die UNO, dass viele afrikanische Staaten den Aufbau eines gut ausgebauten nationalen Stromnetzes überspringen und stattdessen in lokale, unabh?ngige Netze investieren werden. Lygeros wendete sich mit seiner Idee an die Universit?t Ashesi in Ghana und schrieb dort ein Masterprojekt aus. Kurz darauf meldete sich bei ihm ein neugieriger und ?usserst motivierter Student: Timothy Asare. Nachhaltige Energiegewinnung und lokalisierte, dezentrale Stromversorgung – das waren genau seine Themen.
Wissen mit globaler Wirkung
Dieser Text ist in der Ausgabe 26/01 des ETH-????Magazins Globe erschienen.
Fernsehen mit der Autobatterie
Das ist nun zwei Jahre her. Seit Kurzem doktoriert der 32-j?hrige Ghanaer in Lygeros’ Forschungsgruppe in Zürich. Er will in den kommenden vier Jahren Microgrids für Ghana modellieren, die auch elektrische Fahrzeuge miteinschliessen. ?Die Autobatterien k?nnen zur Speicherung von tempor?ren Stromüberkapazit?ten genutzt werden, wodurch das Grid stabiler und effizienter wird?, erkl?rt er. ?Dafür entwickle ich Kontrollmechanismen und Algorithmen und teste sie.? Zugleich will er die Wirtschaftlichkeit und n?tige Regulierung eines solchen Systems für Ghana analysieren.
Asares Weg zum Ingenieur war alles andere als vorgezeichnet. Er wuchs als eines von sechs Kindern in einer Bauernfamilie nahe der Stadt Sunyani im mittleren Gürtel Ghanas auf. ?In den frühen 2000er-Jahren waren die meisten l?ndlichen Gemeinden in Ghana noch nicht ans nationale Elektrizit?tsnetz angeschlossen?, erinnert er sich. ?Wenn wir Nachrichten schauen wollten, holte mein Vater die Batterie aus dem Auto und verband sie mit einem alten Fernseher.? Eine Gaslampe spendete abends etwas Licht. Als Neunj?hriger, nach dem frühen Tod seines Vaters, zog Asare zu seinem Onkel in die Metropolregion der Hauptstadt. ?Accra war damals bereits elektrifiziert und ich erlebte, welche M?glichkeiten dies für die Menschen bot.? Die ?lteren Kinder des Onkels, die sich für Mathematik und Wissenschaften interessierten, wurden zu seinen Vorbildern. Asares Feuer für Technik war entfacht.
Als er für die Highschool zurück nach Sunyani zog, waren zwar die St?dte und die meisten gr?sseren D?rfer ans nationale Elektrizit?tsnetz angeschlossen. Doch weil Bev?lkerung und Industrie rapide wuchsen, war die Kapazit?t schnell ausgesch?pft. Es begann eine ?ra, die in Ghana ?Dumsor? genannt wird, was in der lokalen Akan-Sprache so viel bedeutet wie ?ab und an?. Strom war meist nur an wenigen Stunden am Tag verfügbar. KMUs im Lebensmittelbereich, Kühlhausbetreiber und Landwirte gingen Pleite, weil sie ihre Ware nicht mehr kühlen konnten. ?Diese Erfahrung war mit ein Grund, weshalb ich mich für ein Elektrotechnikstudium entschieden habe?, sagt Asare.
W?hrend des Studiums suchte Asare in seiner Freizeit nach M?glichkeiten, l?ndliche Gemeinden, die noch nicht ans nationale Elektrizit?tsnetz angeschlossen waren, mit Strom zu versorgen. Er fand sie in den Dynamos der Velos, die auf dem Land weit verbreitet sind und h?ufig genutzt werden. ?Wir installierten rezyklierte Batterien an Velorahmen und modifizierten die Dynamos so, dass sie tagsüber die Batterien aufluden?, erkl?rt Asare. Nachts konnten die Bewohnerinnen und Bewohner die Batterie nutzen, um eine LED-Lampe zu betreiben oder ihr Handy aufzuladen. Mit Freunden und 5000 US-Dollar Stiftungsgeldern stattete er schliesslich siebzig Haushalte in zwei D?rfern mit velobetriebenen, mobilen Stromspeichern aus. ?Ich realisierte damals, dass im bescheidenen technischen Wissen, das wir als Studierende hatten, bereits ein Potenzial liegt, um das Leben unserer Mitmenschen zu verbessern.?
Zu den Personen
Timothy Asare ist Ashesi-Alumnus und nun Doktorand bei John Lygeros.
John Lygeros ist Professor für Control und Computation am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH Zürich.
Erstes Microgrid auf dem 365体育官网_365体育备用【手机在线】
Nach Studienabschluss und ersten Industrieerfahrungen bewarb sich Asare 2021 für einen Studienplatz des neu gegründeten ?Ashesi-ETH Master in Mechatronic Engineering?. In enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern aus der Schweiz bilden Professor:innen aus Ghana und der Schweiz gemeinsam Ingenieur:innen für Afrika aus. Asare erhielt ein Scholarship des Schokoladeproduzenten Barry Callebaut mit Hauptsitz in Zürich, der einen Grossteil seines Kakaos in Ghana bezieht.
Als Asare 2023 nach einem Thema für seine Masterarbeit suchte, stiess er auf Lygeros’ Ausschreibung. Die Universit?t Ashesi plante zu diesem Zeitpunkt ein neues Geb?ude, wofür zus?tzliche Energie n?tig war. Ein perfektes ?living lab? für die Erprobung eines Microgrids in seiner Heimat ? quasi ein kleines Walenstadt für Ghana. ?Wir wollten herausfinden, wie das Netz dimensioniert sein muss?, erkl?rt Asare. ?Und auch, ob sich die Investitionen am Ende überhaupt lohnen.? In Ghana sind die Zinsen für Kredite deutlich h?her als in Europa, was die Kosten der Installation über die gesamte Betriebsdauer erh?ht.
Nach zahlreichen Onlinemeetings reiste Lygeros im Jahr 2024 erstmals nach Ghana, um Asare pers?nlich zu treffen und sich mit den Gegebenheiten vor Ort vertraut zu machen. ?Wenn wir abends vom 365体育官网_365体育备用【手机在线】 ins n?chste Dorf gingen, um etwas zu trinken, sassen wir regelm?ssig im Dunkeln, weil der Strom ausfiel?, erz?hlt Lygeros. Auf dem Ashesi-365体育官网_365体育备用【手机在线】 sprangen dann die Dieselgeneratoren an, um die Lücke zu überbrücken. ?Das ist jedoch l?ngerfristig sehr teuer?, so Lygeros. ?Deshalb haben Microgrids in Afrika auch wirtschaftlich eine Chance.?
Asare analysierte gemeinsam mit seinem Studienkollegen Goodnews Iduku, welche Ger?te und Investitionen n?tig w?ren, um die Stromversorgung des 365体育官网_365体育备用【手机在线】 mit Photovoltaik von ursprünglich 13 Prozent auf 60 Prozent zu erh?hen. ?Es war unglaublich, wie engagiert die beiden waren?, erinnert sich Lygeros. ?Wenn wir komplexe Probleme besprachen, kamen sie oft schon nach wenigen Tagen mit L?sungsvorschl?gen auf mich zu. Ich habe mich manchmal gefragt, wann die beiden überhaupt schlafen.?
Das Engagement zahlte sich aus: Die Ashesi-Schulleitung plante die Energieversorgung des neuen Geb?udes anhand der Berechnungen der beiden Studierenden. Und sie bot Asare an, die Umsetzung nach Abschluss des Studiums noch weitere zehn Monate als Forschungsassistent zu begleiten. Mit den neuen Photovoltaikzellen und Batterien wurden auch Sensoren und Smartmeters eingebaut, die die Leistung des Microgrids nun kontinuierlich überwachen. ?Diese Daten erlauben uns wichtige Erkenntnisse zum Bau von Microgrids in Afrika?, sagt Lygeros.
Mit der Doktorarbeit in Zürich hat sich die Zusammenarbeit zwischen Asare und Lygeros nochmals intensiviert. ?Ich bin ziemlich sicher, dass Timothy sein Wissen aus seiner Zeit in Zürich sp?ter in Ghana einsetzen wird?, sagt der Professor. ?Er fragt sich bei allem, was er hier an der ETH lernt, inwiefern dies für den ghanaischen Kontext relevant ist.? Auf seine Zukunftspl?ne angesprochen sagt Asare, er werde dorthin gehen, wo seine Arbeit die gr?sste Wirkung entfalte. ?Wenn ich in Europa eine neue Technologie entwickle, wird diese das Leben der Bev?lkerung voraussichtlich nur marginal verbessern?, so der Doktorand. ?Aber in Afrika gibt es viele Probleme, zu deren L?sung ich mit meinem Wissen viel beitragen kann.?
Der ETH-Ashesi-Master wird von folgenden Donatoren unterstützt: Adrian Weiss, Arthur Waser Stiftung, B?rbel und Paul Geissbühler Stiftung, Georg und Bertha Schwyzer-Winiker Stiftung, Green Leaves Education Foundation, Louis Dreyfus Foundation sowie dem Staatssekretariat für Wirtschaft.