Strom erzeugen aus Abwärme

Nanodrähte aus Silizium haben thermoelektrische Eigenschaften

Wissenschaftler aus Kalifornien haben durch Zufall eine Entdeckung gemacht, die möglicherweise einen Teil unserer Energieprobleme löst: Ihnen fiel auf, dass in einem haarfeinen Draht aus Silizium Strom fließt, wenn man ihn an einem Ende erhitzt. Auf diese Weise kann man aus Abwärme beispielsweise in einem Auto Strom erzeugen.

Dass praktisch leeren Batterien oder Handy-Akkus durch Reiben noch ein wenig Leben eingehaucht werden kann, ist ein bekanntes Phänomen. Allerdings reicht diese Ladung allenfalls für einen kurzen Anruf. Dann muss das Mobiltelefon unwiderruflich ans Stromnetz.

Das wollen Forscher vom Lawrence Berkeley Laboratory und der University of California in Berkeley ändern. Sie haben einen Weg gefunden, um Wärme in Elektrizität umzuwandeln. Dazu machen sie sich die so genannte Thermoelektrizität zunutze. Dabei wird ein Stoff mit thermoelektrischen Eigenschaften auf der einen Seite erwärmt. Ab einer bestimmten Hitze wandern Elektronen von der warmen zur kalten Seite. Das bedeutet, es fließt elektrischer Strom.

Die Forscher erhitzten ein Gewebe aus Siliziumdrähten mit einem Durchmesser im Bereich weniger Nanometer. Dabei entdeckten sie, dass das Silizium Strom erzeugte. Die Entdeckung, erzählt Materialwissenschaftler Arun Majumdar, hätten die Forscher durch Zufall gemacht. Sie bauten daraufhin ein Testgerät, das immerhin genug Strom erzeugte, um eine Glühbirne leuchten zu lassen.

Bislang galt Silizium als Stoff ohne gute thermoelektrische Eigenschaften. Laut Peidong Yang, dem Leiter des Forscherteams, ist die Leistungsfähigkeit der Siliziumdrähte jedoch "vergleichbar mit dem besten existierenden thermoelektrischen Material". Der Vorteil hierbei ist, dass das Material bereits in vielen Bereichen im Einsatz ist, etwa in Computerchips oder in Photovoltaik-Anlagen, die Elektrizität aus Sonnenlicht erzeugen.

Bislang funktionierte das Experiment erst im Labor, und Majumdar ist sich nicht sicher, ob es auch im großen Maßstab klappt. Sollte das indes der Fall sein, wäre das ein großer Schritt zur Lösung unserer Energieprobleme. Überall dort, wo Abwärme entsteht, etwa in Autos, in Kraftwerken oder Fabriken, könnte diese zumindest teilweise in elektrische Energie gewandelt werden. "Thermoelektrische Materialien, die die Fähigkeit haben, Hitze in Elektrizität zu verwandeln, können potenziell dafür eingesetzt werden, aus Abwärme, die jetzt verloren geht, Strom zu erzeugen", sagt Majumdar. So lasse sich massiv Benzin sparen und die Kohlendioxid-Emissionen reduzieren.

Im kleinen Maßstab könnten die thermoelektischen Nanodrähte mit der Abwärme des Prozessors den Akku des Notebooks wieder aufladen, oder den Akku des Mobiltelefons einfach mit der Körperwärme. Dann gehört die Ausrede, man habe nicht anrufen können, weil der Akku leer war, endgültig der Vergangenheit an.