Strom aus Wärme
9. April 2013
Aus Kohlekraftwerken steigen meist riesige Wolken empor. Davon ist der Großteil oft gar kein Rauchgas, das beim Verbrennen von Kohle entsteht, sondern schlichtweg Wasserdampf aus den Kühltürmen - und dieser Dampf enthält jede Menge ungenutzte Energie: Denn nach Schätzungen wandelt ein solches Kraftwerk nur etwa 40 Prozent der Energie am Ende in elektrischen Strom um.
Ähnlich ist es auch beim Auto: Die Verbrennungsmotoren werden beim Fahren richtig heiß und müssen mithilfe eines Wasserkreislaufs und durch die Luft gekühlt werden. Auch dabei geht viel Energie verloren.
An der Grenze zwischen heiß und kalt
Doch das muss nicht sein: Die überschüssige Wärme lässt sich nämlich gut nutzen, um ohne Umwege daraus Strom zu produzieren. Dies geschieht über Wärmezellen, sogenannte thermoelektrische Bauteile. Ähnlich wie Solarzellen können sie dadurch Strom gewinnen, dass sie an einer Stelle verbaut werden, an der ein Temperaturunterschied herrscht. Auf einer Seite sollte es heiß und auf der anderen Seite relativ kalt sein.
Beim Kühlturm wäre das zum Beispiel zwischen dem heißen Wasserdampf und der kalten Betonwand der Fall. Werden die Zellen dort am Turminneren angebracht, spielt sich in den thermoelektrischen Generatoren folgendes ab: Sobald es innerhalb der Zellen einen Temperaturunterschied gibt, wandern negativ geladene Elektronen von der heißeren zur kälteren Seite des kleinen Generators. Durch eine innen und eine außen sitzende Elektrode entsteht ein Stromkreislauf, aus dem elektrische Energie zum Verbraucher abgeleitet wird.
Passgenau aus dem Drucker
Forschern am Dresdner Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS ist es jetzt gelungen, solche Wärmezellen so zu gestalten, dass sie sich für die verschiedensten Anwendungsgebiete eignen. Der Trick dabei: Die thermoelektrischen Generatoren werden, je nachdem, wo sie eingesetzt werden sollen, passgenau gefertigt - in einem 3D-Drucker.
So lassen sie sich zum Beispiel maßgeschneidert an Abgasrohre von Autos anpassen oder an Rohre, durch die heißes Kühlwasser geleitet wird. Somit könnte der Strom direkt ins Bordnetz des Autos eingeleitet werden.
Auf die störungsanfällige Lichtmaschine können die Autokonstrukteure dann künftig ganz verzichten, denn Strom erzeugen die Zellen genug: Bis zu 600 Watt Leistung haben die Forscher schon am Abgasstrang eines Autos erzeugt - genug, um einen Staubsauger im Normalbetrieb zu nutzen.
Zwar gab es auch bisher schon thermoelektrische Generatoren, aber diese hatten neben der komplizierten Formgebung einen weiteren Nachteil: Sie enthielten giftige Bestandteile, zum Beispiel Blei. Die neuen Wärmezellen sind hingegen aus einem ungiftigen, elektrisch leitenden Kunststoff gefertigt.