Sensibilisierte Thermalzellen 25.07.2019, 16:09 Uhr

Geothermie: neue Nutzungsform einer uralten Energie entdeckt

Geothermie ist in der Erdkruste gespeicherte Wärme, mit der auch Strom erzeugt werden kann. Das geschieht aber vergleichsweise selten. Eine neue Form von Thermalzellen könnte das ändern.

Foto: panthermedia.net/natam

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Forschern des Tokyo Institute of Technology und des Automobilzulieferers Sanoh Industrial ist es gelungen, eine neue Nutzungsform für Geothermie zu finden. Sie haben gemeinsam eine Form der Batterie entwickelt, die bereits bei geringen geothermischen Temperaturen eine hohe Stromerzeugung ermöglicht.

Eine neue Chance für die Geothermie

Geothermische Kraftwerke per se sind keine neue Erfindung. Dennoch ist diese Technologie verhältnismäßig wenig im Einsatz. Das liegt nicht zuletzt daran, dass für eine geringe Ausbeute ein erstaunlich hoher Aufwand betrieben werden muss. Die Kraftwerke nutzen zumeist Wasser als Energieträger, das in tiefen Erdschichten auf hohe Temperaturen erwärmt und dann in Form von Dampf oder Heißwasser gewonnen wird. Neue Erkenntnisse könnten dazu in der Lage sein, diesen Sektor des Energiemarktes deutlich zu verändern.

Bisher waren sehr hohe Temperaturen notwendig und es musste immer auf ein Transportmedium wie flüssiges Wasser oder Dampf zurückgegriffen werden, um die geothermale Energie effektiv zu nutzen. Und genau diese Voraussetzung konnten die Forscher des Tokyo Institute of Technology nun umgehen. Ihnen ist es gelungen, eine sensibilisierte Thermalzelle zu entwickeln, die bereits unterhalb einer Temperatur von 100 Grad Celsius in der Lage ist, Energie zu generieren. Dabei muss sie nicht einmal auf die bisher notwendigen Emitter wie Dampf oder Wasser zurückgreifen.

So soll „unendlich“ Energie aus Geothermalquellen gewonnen werden

Die neue sensibilisierte Thermalzelle besteht aus 3 verschiedenen Schichten, die zwischen 2 Elektroden angebracht sind. Jeder der Schichten hat eine Aufgabe: Eine dient als Transportmedium für Elektronen, die zweite Schicht fungiert als Halbleiter und besteht deshalb aus Germanium und die dritte stellt massive Elektrolyten dar, die Kupfer-Ionen transportieren.

Die Umgebungstemperaturen sollen nun dazu führen, dass die Elektronen in der Halbleiterschicht durch die Transportschicht bewegt werden. Durch die Elektrode können diese dann einen externen Kreislauf durchlaufen und durch die zweite Elektrode an die Elektrolytschicht abgegeben werden. Hier kommt es nun zu einer Redoxreaktion (einer Reduktions-Oxidations-Reaktion), durch die schwach elektrische Elektronen zurück in die Halbleiterschicht gebracht werden. Somit kann der Kreislauf immer wieder von Neuem stattfinden. Durch diese Reaktionen und den Austausch der Elektronen kann Energie erzeugt werden. Dabei haben die Forscher zunächst mit einem sehr kleinen Aufbau begonnen, um das Wirkprinzip der neuen Batterie zu beweisen. Weitere Versuche, unter anderem mit einer größeren Skalierung der Batterie, stehen indes noch aus.

Der Vorteil des Systems ist die lange Nutzungsdauer. Denn diese überraschte selbst die Forscher. Sie gingen unter anderem der Fragestellung nach, wie lange der Kreislauf im Inneren der Batterie aufrechterhalten werden kann. Sie stellten fest, dass der Kreislauf an die Dauer der Redoxreaktion gekoppelt ist. Solange sich die Batterie in der heißen Umgebung befindet, kann sie schnell wieder funktionstüchtig gemacht werden. Damit kann diese Batterie also ohne großen Aufwand und nur mit kalkulierbaren Unterbrechungen dauerhaft genutzt werden.

Weiterentwicklungen werden den Energiemarkt aufrütteln

Der Prototyp befindet sich noch in einem sehr frühen Stadium und die Forscher gehen davon aus, dass sie noch verbessern können und müssen. Dennoch könnte diese neue Entdeckung dazu führen, dass sich die Geothermie einen festen Platz in der Energiewirtschaft erstreiten kann. Da sich diese geothermischen Batterien eigenständig regenerieren und somit praktisch „unendlich“ funktionieren können, öffnet sich ein neuer Markt. Die Möglichkeiten, die sich durch diese Forschung ergeben, können durchaus in der Lage sein, den internationalen Energiemarkt zu verändern. Alternative Energieformen gewinnen ohnehin zunehmend an Wichtigkeit. Und geothermale Felder in hinreichender Stärke sind in vielen Regionen der Welt zu finden.

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