Motor- und Körperwärme als Stromquelle

Das Prinzip der thermoelektrischen Stromerzeugung ist relativ einfach: Wird ein geeignetes Material an einer Seite aufgeheizt, während die andere Seite kühl bleibt, gehen Elektronen auf Wanderschaft und gleichen diese Temperaturdifferenz aus. Die Folge: Es fließt ein elektrischer Strom, verursacht durch den sogenannten Seebeck-Effekt. Je größer der Temperaturunterschied, desto effizienter arbeiten Thermoelektrika.

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Für Weltraumsonden werden sie bereits seit Jahrzehnten genutzt. Eingesetzt in Autos, könnten sie mit der Wärme der mehrere Hundert Grad heißen Abgasrohre Strom erzeugen und damit den Spritverbrauch um bis zu zehn Prozent senken. Auch für Elektromobile werden thermoelektrische Module in Pilotprojekten erfolgreich eingesetzt, um die Reichweite zu erhöhen.

Module mit lange bekannten thermoelektrischen Modulen wie Bleitellurid - stabil bis etwa 300 Grad Celsius - sind zwar ausgereift, doch suchen Forscher weiter nach noch effizienteren Materialien, die sowohl für höhere als auch tiefere Temperaturen geeignet sind. So arbeitet an der Universität Wien die Gruppe von Peter Franz Rogl an speziellen, hitzefesten Kristallen - sogenannte Skutterudite aus Eisen, Antimon, Strontium, Barium oder Ytterbium. Ingenieure der Isabellenhütte Heusler in Dillenburg in Mittelhessen setzen auf thermoelektrische Halb-Heusler-Materialien, die bis 600 Grad stabil bleiben. Prototypen mit etwa fünf Prozent Wirkungsgrad und mehreren Hundert Watt Leistung sollen binnen sechs Jahren marktreif sein.

Ein würfelkleiner Generator

Thermoelektrika sind aber auch für Minikraftwerke geeignet. Die Otego GmbH, eine Ausgründung des Karlsruher Instituts für Technologie, hat einen thermoelektrischen Generator in Spielwürfelgröße entwickelt. Die Stromwürfel bestehen aus einer hauchdünnen, vielfach gefalteten thermoelektrischen Folie. Die kleinen Module können an vielen Orten, an denen Abwärme entsteht, einfach montiert werden und so beispielsweise drahtlose Sensornetzwerke in einer Industriehalle günstig und wartungsfrei mit Strom versorgen.

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Noch kleiner gestaltete die Forschergruppe um John Rogers an der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois eine dünne thermoelektrische Folie. Zu einer Spirale aufgerollt ließ sie sich in einen flexiblen Kunststofffilm integrieren, der wie ein Pflaster auf die Haut geklebt werden kann. Diesem Modul reichte der mit 19 Grad geringe Unterschied zwischen Körper- und Umgebungstemperatur, um Strom für medizinische Sensoren zu erzeugen. Acht Spiralen auf einer Fläche von einem Quadratzentimeter lieferten eine Spannung von 51,3 Millivolt bei zwei Nanowatt.

So haben Thermoelektrika derzeit die besten Chancen, in Minikraftwerken zur Umwandlung von Abwärme in Strom eingesetzt zu werden. Doch die Entwicklung der deutlichen günstigeren triboelektrischen Generatoren zeigt eine große Dynamik, so dass bald auch Bewegungen jeder Art der Stromerzeugung dienen werden.

Leseraufruf

Immer wieder versprechen Wissenschaftler und Hersteller bahnbrechende Neuerungen bei Akkus, Brennstoffzellen und anderen Energiespeichern. Akkus laden angeblich schneller, sie haben mehr Kapazität bei gleichem Gewicht, sie sind nicht feuergefährlich. Manches davon ist Humbug, andere Innovationen funktionieren im Labor, brauchen aber Jahre, bis sie serienreif sind.

An den Reaktionen sehen wir immer wieder, dass dieses Thema unsere Leser bewegt. Wir planen daher einen Artikel, der so viele offene Fragen beantwortet wie möglich. Schreibt uns dafür eure Fragen und Wünsche an redaktion@golem.de.

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interlingueX 29. Jun 2019

Werden da schmerzhafte Erinnerungen an deinen Deutschlehrer wach? :p "Machen" ist nicht...

M.P. 25. Jun 2019

Die werden immer schneller, weil sie dem Geruch der nicht waschbaren T-Shirts davonlaufen...

M.P. 25. Jun 2019

Die hier behaupten, einen Position Fix mit 20 mWs hinzubekommen, und damit dem Verbrauch...

demon driver 24. Jun 2019

https://media-cdn.holidaycheck.com/w_1024,h_768,c_fit,q_80/ugc/images/e64d5a77-d69a-3524...



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