Technologietransfer

Technologieangebot: Gewinnung von Strom aus Wärme

Thermoelektrische Generatoren ermöglichen es Wärme direkt in Strom umzuwandeln. Dabei wird der so genannte Seebeck-Effekt genutzt, nach dem ein Temperaturgefälle in einem Leiter einen Stromfluss erzeugt. Erhitzt man einen Leiter an einer Seite über Abwärme, so entsteht über einen zur kühleren Seite hin entstehenden Temperaturunterschied elektrische Spannung. Jedoch wird die Technik aufgrund ihres niedrigen Wirkungsgrades bisher nur sehr wenig genutzt. Forscher des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung haben eine neuartige Methode und neuartige Materialien entwickelt, die den Seebeck-Effekt verstärken und thermoelektrische Generatoren noch effizienter machen sollen.

Bild: Nanokristallines Strontiumtitanat (SrTiO3) zur Herstellung von Thermoelementen zur Gewinnung von Strom aus Wärme

Kraftwerke und Müllverbrennungsanlagen produzieren Abwärme. Aber auch bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen geht der überwiegende Teil der Energie aus Benzin oder Diesel als Abwärme verloren. Die Nutzung dieser Energie durch Umwandlung in Strom ist daher sehr sinnvoll, wenngleich die Idee nicht neu ist. So wird seit langer Zeit bei vielen großen Industrieanlagen über Abwärme Wasser erhitzt. Der entstehende Wasserdampf wird über Turbinen und Generatoren zu Strom umgewandelt. Diese Methode ist jedoch dort nicht zur Anwendung geeignet wo nur wenig Platz zur Verfügung steht oder rotierende Teile nicht eingebaut werden können. Thermoelektrische Generatoren überwinden diese Einschränkungen und könnten insbesondere zur Stromgewinnung aus Automotoren oder kleinen privaten Feuerungsanlagen genutzt werden. So könnte direkt und ohne Umwege Strom aus Abwärme von KFZ-Motoren für Navigationsgeräte, Autoradios, Bordcomputer und sogar für Lichterzeugung gewonnen und verwendet werden. Der geringe Wirkungsgrad verhindert jedoch bisher einen Einsatz in diesem Umfeld. Dieser beruht maßgeblich auf der Tatsache, dass viele stromleitende Materialien auch wärmeleitend sind. So nimmt die Temperaturdifferenz von der erhitzten zur kühlen Seite eines Leiters über die Zeit hin ab und die gewonnene Elektrizität vermindert sich dadurch. Es ist daher wichtig, aus einer gegebenen Temperaturdifferenz soviel Spannung wie möglich zu gewinnen. Die Forscher des Max-Planck-Instituts in Stuttgart haben eine Methode entwickelt, mit der es möglich ist mehr Spannung pro Temperaturdifferenz aus bestimmten Leiter-Materialien zu gewinnen (Steigerung des Seebeck-Koeffizienten). Sie haben dafür verschiedene Metalloxide (insbesondere SrTiO3) zunächst zu einem nanokristallinen Pulver verarbeitet (Körnung <100nm) und dieses anschließend zu festen Blöcken gepresst. Messungen zeigen, dass die Nanokristall-Blöcke einen deutlich höheren Seebeck-Koeffizienten aufweisen als die ursprünglichen Materialien.

Mit Hilfe des neuen zum Patent angemeldeten Verfahrens könnten künftig energieeffiziente Thermoelemente für die Thermovoltaik hergestellt werden. Das Verfahren ist kostengünstig, einfach in der Handhabung und darüber hinaus umweltfreundlich.

Kontakt

Dr. Bernd Ctortecka
Patent- und Lizenzmanager
Tel.: 089 / 29 09 19-20
ctortecka@max-planck-innovation.de

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