Energieversorgung 06.02.2013, 18:33 Uhr

Strom aus Abfallwärme

Ein internationales Forscherteam entwickelt preiswerte Werkstoffe, die Energie auf niedrigem Temperaturniveau in Strom umwandeln.

Die Grafik zeigt das Prinzip eines thermoelektrischen Generators auf. Aufgrund der größeren Bewegungsenergie diffundieren die Elektronen beziehungsweise Löcher von der wärmeren zur kälteren Seite. Dabei bauen sie eine Thermospannung auf, die einen Strom für den Verbraucher ‚R‘ erzeugt.

Die Grafik zeigt das Prinzip eines thermoelektrischen Generators auf. Aufgrund der größeren Bewegungsenergie diffundieren die Elektronen beziehungsweise Löcher von der wärmeren zur kälteren Seite. Dabei bauen sie eine Thermospannung auf, die einen Strom für den Verbraucher ‚R‘ erzeugt.

Foto: Universität Würzburg/Professor Jens Pflaum

Wärme mit einer Temperatur von weniger als 200 Grad Celsius lässt sich nur zum Heizen nutzen. In der Industrie fällt so viel davon an, dass sie mangels Abnehmer einfach an die Umwelt abgegeben werden muss. Thermoelektrische Generatoren könnten diese Wärme nutzen, um Strom daraus herzustellen. Doch sie sind zu teuer, weil die effektivsten zu einem Gutteil aus dem seltenen Element Tellur bestehen. Die weltweite Produktionsmenge liegt bei wenig mehr als 100 Tonnen. Viel mehr ist auch nicht drin. Anders ausgedrückt: Wenn man thermoelektrische Generatoren in großem Stil bauen will, stößt man schnell auf ein Versorgungsproblem.

H2ESOT (Heat 2 Electrical Energy via Sustainable Organic Thermoelectrics), ein Projekt der Europäischen Union, soll Abhilfe schaffen. Es startete Anfang des Jahres und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Beteiligt sind Forscher aus Würzburg, Großbritannien, Bulgarien, Lettland und Moldawien. 1,3 Millionen Euro stehen dafür zur Verfügung. Statt Tellur und dem ebenfalls benötigten Wismut, das allerdings in ausreichenden Mengen gewonnen werden kann, wollen sie organisches Material einsetzen, also Kohlenstoffverbindungen. Sie werden schon genutzt, um flächige Leuchtdioden (Oleds) oder Solarzellen herzustellen, allerdings in einem frühen Stadium.

Stromerzeugung beruht auf dem so genannten Seebeck-Effekt

Da Kohlenstoff weltweit im Überfluss vorhanden ist, wird es keine Engpässe geben, wenn die internationale Forschergruppe Materialverbindungen findet, die das Kunststück fertigbringen, Wärme direkt in Strom umzuwandeln. Dazu müssen sie zum einen extrem rein sein. Zum anderen müssen sie sich zu fehlerfreien Kristallen zusammensetzen lassen.

Die Stromerzeugung beruht auf dem so genannten Seebeck-Effekt. Im Prinzip werden dazu zwei unterschiedliche Metalle wie Tellur und Wismut durch einen Draht verbunden. Wenn dieser Draht erhitzt wird, werden die Elektronen aktiv. Die im ersten Metall fühlen sich von der Wärme angezogen, die im zweiten Metall abgestoßen. Dadurch entsteht am anderen Ende der Metalle, am kalten Ende also, eine Spannung, die einen Strom fließen lässt, etwa in eine Batterie oder nach entsprechender Umwandlung ins Stromnetz. Genutzt wird der Effekt versuchsweise bereits in Autos. Dort erzeugen die heißen Abgase Strom, der in die Bordbatterie fließt. Der umgekehrte Effekt, die Erzeugung von Kälte durch elektrischen Strom ­– benannt nach dem Physiker Jean Peltier –, wird bereits häufiger genutzt, etwa in Hotelkühlschränken. Peltier-Elemente arbeiten lautlos.

Experten schätzen, dass ein Fünftel der Wärmeenergie, die die Menschheit etwa durch Verbrennen von Kohle, Erdgas oder Holz erzeugt, verlorengeht, weil sie nicht mehr nutzbar ist.

Von Wolfgang Kempkens
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