Der Ghanaer Timothy Asare ist Absolvent eines Masterprogramms der Universität 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 zuverlässigen Stromnetz.
Deshalb treibt Lygeros schon länger die Frage um: Lässt sich das Konzept auch dort umsetzen, wo Strom tatsächlich 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, unabhängige Netze investieren werden. Lygeros wendete sich mit seiner Idee an die Universität Ashesi in Ghana und schrieb dort ein Masterprojekt aus. Kurz darauf meldete sich bei ihm ein neugieriger und äusserst motivierter Student: Timothy Asare. Nachhaltige Energiegewinnung und lokalisierte, dezentrale Stromversorgung - das waren genau seine Themen.
Dieser Text ist in der Ausgabe 26/01 des ETH-Magazins Globe erschienen.
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Fernsehen mit der Autobatterie
Das ist nun zwei Jahre her. Seit Kurzem doktoriert der 32-jährige Ghanaer in Lygeros’ Forschungsgruppe in Zürich. Er will in den kommenden vier Jahren Microgrids für Ghana modellieren, die auch elektrische Fahrzeuge miteinschliessen. «Die Autobatterien können zur Speicherung von temporären Stromüberkapazitäten genutzt werden, wodurch das Grid stabiler und effizienter wird», erklärt er. «Dafür entwickle ich Kontrollmechanismen und Algorithmen und teste sie.» Zugleich will er die Wirtschaftlichkeit und nötige 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 ländlichen Gemeinden in Ghana noch nicht ans nationale Elektrizitätsnetz 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 Neunjähriger, 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 Möglichkeiten dies für die Menschen bot.» Die älteren 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 Städte und die meisten grösseren Dörfer ans nationale Elektrizitätsnetz angeschlossen. Doch weil Bevölkerung und Industrie rapide wuchsen, war die Kapazität schnell ausgeschöpft. Es begann eine Ära, 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.
Während des Studiums suchte Asare in seiner Freizeit nach Möglichkeiten, ländliche Gemeinden, die noch nicht ans nationale Elektrizitätsnetz angeschlossen waren, mit Strom zu versorgen. Er fand sie in den Dynamos der Velos, die auf dem Land weit verbreitet sind und häufig genutzt werden. «Wir installierten rezyklierte Batterien an Velorahmen und modifizierten die Dynamos so, dass sie tagsüber die Batterien aufluden», erklärt 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 Dörfern 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.»
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 Campus
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 Universität Ashesi plante zu diesem Zeitpunkt ein neues Gebäude, wofür zusätzliche Energie nötig 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», erklärt Asare. «Und auch, ob sich die Investitionen am Ende überhaupt lohnen.» In Ghana sind die Zinsen für Kredite deutlich höher als in Europa, was die Kosten der Installation über die gesamte Betriebsdauer erhöht.
Nach zahlreichen Onlinemeetings reiste Lygeros im Jahr 2024 erstmals nach Ghana, um Asare persönlich zu treffen und sich mit den Gegebenheiten vor Ort vertraut zu machen. «Wenn wir abends vom Campus ins nächste Dorf gingen, um etwas zu trinken, sassen wir regelmässig im Dunkeln, weil der Strom ausfiel», erzählt Lygeros. Auf dem Ashesi-Campus sprangen dann die Dieselgeneratoren an, um die Lücke zu überbrücken. «Das ist jedoch längerfristig sehr teuer», so Lygeros. «Deshalb haben Microgrids in Afrika auch wirtschaftlich eine Chance.»
Asare analysierte gemeinsam mit seinem Studienkollegen Goodnews Iduku, welche Geräte und Investitionen nötig wären, um die Stromversorgung des Campus mit Photovoltaik von ursprünglich 13 Prozent auf 60 Prozent zu erhöhen. «Es war unglaublich, wie engagiert die beiden waren», erinnert sich Lygeros. «Wenn wir komplexe Probleme besprachen, kamen sie oft schon nach wenigen Tagen mit Lösungsvorschlägen 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 Gebäudes 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 später 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 Zukunftspläne angesprochen sagt Asare, er werde dorthin gehen, wo seine Arbeit die grösste Wirkung entfalte. «Wenn ich in Europa eine neue Technologie entwickle, wird diese das Leben der Bevölkerung voraussichtlich nur marginal verbessern», so der Doktorand. «Aber in Afrika gibt es viele Probleme, zu deren Lösung ich mit meinem Wissen viel beitragen kann.»
Der ETH-Ashesi-Master wird von folgenden Donatoren unterstützt: Adrian Weiss, Arthur Waser Stiftung, Bärbel und Paul Geissbühler Stiftung, Georg und Bertha Schwyzer-Winiker Stiftung, Green Leaves Education Foundation, Louis Dreyfus Foundation sowie dem Staatssekretariat für Wirtschaft.
