Umweltfreundliches Minikraftwerk aus Silizium entwickelt

  • Der neu entwickelte thermoelektrische Generator aus Nano-Silizium.
    foto: aif / iuta

    Der neu entwickelte thermoelektrische Generator aus Nano-Silizium.

Thermoelektrische Generatoren wandeln ungenutzte Wärme in nutzbare Energie um, enthielten bisher aber meist problematische Rohstoffe wie Blei, Selen oder Tellur

Thermoelektrische Generatoren sind klein und handlich und wandeln ungenutzte Wärme in nutzbare Energie um. Dennoch sind sie verhältnismäßig selten im Einsatz: Sie werden vor allem in Raumfahrtprojekten oder in Spezialanwendungen verwendet und enthalten in der Regel umweltschädliche und seltene Rohstoffe wie Blei, Selen oder Tellur, die auch nur mit hohem Aufwand entsorgt und recycelt werden können. Nun haben deutsche Wissenschafter einen 18 Millimeter breiten, 21 Millimeter langen und 6 Millimeter hohen thermoelektrischen Generator entwickelt, der erstmalig als Basismaterial das unbegrenzt verfügbare und umweltfreundliche Silizium nutzt

Die Forscher am Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA), der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH arbeiten derzeit gemeinsam daran, die neue Technologie so zu optimieren, dass sie bei gleichem Wirkungsgrad kostengünstiger wird und sich für die Massenproduktion eignet.

"Neben der Wirtschaftlichkeit ist inzwischen auch die Nachhaltigkeit ein wesentlicher Faktor, damit sich Innovationen am Markt durchsetzen können", betont Stefan Haep, Geschäftsführer des IUTA, "deshalb und weil der Bedarf an Energieversorgern jeder Art rasant wächst, rechnen wir mit einem großen Interesse seitens der Wirtschaft. Wir eröffnen hier neue Nutzungspotentiale für die Automobilindustrie sowie für die Energie- und Umwelttechnik, aber der Zukunftsmarkt liegt in der Industrie 4.0 - wo drahtlose Netzwerke mit unzähligen Sensoren und Knotenpunkten zu versorgen sein werden."

Strom aus Strahlung, Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen

Um Silizium für solche kleinen Generatoren zu nutzen, hat das Forscherteam des IUTA zusammen mit dem Institut für Verbrennung und Gasdynamik (UDE) ein Syntheseverfahren für Nanopartikel entwickelt - erstmalig im Kilogramm-Maßstab. Diese wurden anschließend am Institut für Nanostrukturtechnik (UDE) in einem Sinterprozess in die benötigte Form gebracht. Da innovative Materialien auch neuartige Fügetechnik erfordern, holte IUTA die AiF-Forschungsvereinigung für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS in das Projektkonsortium. Die Verbindungsspezialisten orientierten sich an den Technologien aus dem Raumfahrtsektor und entwickelten eine weniger kostenintensive Methode, die in Zukunft auch eine wirtschaftliche Produktion von robusten, stabilen und langlebigen Modulen ermöglichen könnte.

"Wir arbeiten hier an Grundlagen für zukünftige industrielle Anwendungen in allen Bereichen der Energierückgewinnung", betont der Projektleiter, Stefan Peil vom IUTA, "demnächst wird es möglich, wirtschaftlich und ökologisch Strom aus umgebenden Energiequellen wie Strahlung, Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen zu erzeugen. Der von uns entwickelte Demonstrator kann als Ausgangspunkt für Produkte dienen, die sich hervorragend in den ‚Green Energy'-Markt einfügen." (red, derstandard.at, 24.05.2012)

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Wirkungsgrad? Heißseitentemperatur? Kühlertemperatur?

Teelicht-Radio

Angeblich wurden solche Generatoren früher in abgelegenen Gebieten zum Betrieb von Rundfunkempfängern benutzt, beheizt mit Petroleum.

So ein Teelicht-Radio wäre doch eigentlich eine nette Spielerei. Bei 30 Watt Wärmeleistung der Kerze würden wohl schon etwa 2 Watt Strom damit herausschauen.

Würde auch als "Notradio" taugen, weil die "Batterie" immer frisch bleibt.

Ihr Teelicht BeTe TEG hat bei 200/50°C ca. 4% Wg.

Lötstellen brechen bei Zyklusbelastungen auf, ...

"...unbegrenzt verfügbare und umweltfreundliche Silizium"

mhm genau, umweltfreundlich. drum amortisieren die co2-emissionen von silizium-photovoltaikanlagen sich auch erst nach ca 10 jahren^^

Diese Zahlen haben sie wohl aus einem Lehrbuch aus den 60er Jahren. Die Solarzellen sind heutzutage wesentlich dünner und schon wegen der Kosten wesentlich effizienter in der Herstellung. Und wenigstens erzeugen diese grünen Strom, darüber sollten sie mal nachdenken...

Das war bei den PV Anlagen von vor 20 Jahren so, heute ist die energetische amortisation nach ein paar Monaten erreicht.

1. was hat das jetzt mit der herstellung von solarzellen zu tun, und 2. 10 Jahre sind recht kurz und die Tatsache dass die sich denn überhaupt amortisieren spricht wohl eher dafür als dagegen.

die behauptung, dass die herstellung von silizium umweltfreundlich ist, wird dadurch widerlegt. und nein, 10 jahre sind bei einer durchschnittlichen lebensdauer von 15 jahren nicht sehr lange.

und die tatsache, dass diese thermogeneratoren einen noch viel mieseren wirkugnsgrad aufweisen als die solarzellen stimmt schon ziemlich kritisch.

es sind auch nicht 10 jahre , sondern bei modernen PV anlagen eher 10 monate.

Find ich spitze, dann kannst von Laptops die Akkulaufzeit um einiges erhöhen, wenn die abwärme wieder in Strom umwandeln kannst

Beispiel Auto

Und wie greifst du die Abwärme vernünftig ab?

Außerdem ist der Wirkungsgrad der Dinger miserabel, insbesondere bei geringen Temperaturgradienten.

Derzeit sind die Dinger, wie im Artikel erwähnt, für die Automobilindustrie im Gespräch. Man könnte die Motor- bzw. Abgaswärme nutzen, damit die Autobatterie laden und auf die Lichtmaschine verzichten. Damit sollen angeblich Treibstoffeinsparungen von bis zu 9 Prozent möglich sein.
Das soll aber keine Illusionen über den tatsächlichen Wirkungsgrad vermitteln: Immerhin werden bei einem Auto ja etwa 80 Prozent des Treibstoffs in Wärme umgewandelt.

Also: Ein Auto verbraucht 50 kWh Treibstoff. 40 kWh werden in Wärme umgewandelt. Und 4,5 kWh können eventuell wieder zu Strom werden.

TEG-Elektroauto?

Weil mich mein vorheriges Beispiel inspiriert hat:

Theoretisch wäre natürlich auch ein Elektroauto möglich, das seinen Strom aus benzinbefeuerten thermoelektrischen Generatoren bezieht.

Nur wäre das noch viel ineffizienter als ein Verbrennungsmotor. Vermutlich auch sehr teuer und schwer.

Lol

wärs nicht einfacher, die Verluste durch Abwärme gar nicht erst entstehen zu lassen? Schon die Kühlung moderner Rechner benötigt mehr Energie als die Prozessoren fürs Rechnen. Wärme ist ein Sympton, seine Ursache liegt in der veralteten, an ihre physikalischen Grenzen getriebenen Halbleiter-Technologie. Würden die großmäuligen Vertriebsfirmen ihre Billionengewinne aus der Informationstechnologie in die Entwicklung neuer Prozessortechnologien investieren, anstatt in Patentrechtsstreitereien, hätten wir längst Quantencomputer. Der Siliziumchip ist längst überholt.

die

"Billionengewinne" sind ja erst durch die Patente möglich gewesen...
ohne Patentschutz tut sich keine Firma kostspielige Entwicklungen an...
dies wird sich erst ändern, wenn die Entwickler ihre oft überzogenen Gehaltsvorstellungen auf ein entsprechendes Maß reduzieren...(warum arbeitet nicht jeder Entwickler so wie Linus Torvalds zumindest in frühen Jahren für n'en Apfel und n' Ei?)

Klugscheisser

das konzept eines quantencomputers ist aber nicht gerade die zukunft des haushalts-pcs. ;-)
eher für hochspezielle rechenaufgaben in laborumgebung geeeignet.. fall sie überhaupt jemals funktionieren werden.

Ideal zum Testen wären

Hörgeräte!

Stromverbrauch minimal, Körperwärme immer verfügbar!

Keine Batterien/ Akkus mehr wegwerfen

rektal....?

Dann braucht man aber einen Kühlkörper am Ohr

Die thermoelektrischen Generatoren brauchen eine Temperaturdifferenz, um zu funktionieren. Wenn alles Körpertemperatur hat kommt kein Strom raus.

A: Ma, mir is so kalt, gehen wir rein.

B: ...

A: He, Opa! Ich will rein!

B: Warum flüsterst Du?

Das einzig relevante bei der "sauberen" Energiegewinnung ist meiner Meinung nach, wie viel Energie man in die Produktion hineinsteckt und wie viel man über eine realistische Lebenszeit gewinnen kann. Leider konnte ich dazu keine Informationen aus dem Artikel gewinnen.

Es stecken etliche Informationen dazu im Artikel.

Zuerst: Die Forscher... arbeiten... daran, die neue Technologie so zu optimieren, dass sie bei gleichem Wirkungsgrad kostengünstiger wird und sich für die Massenproduktion eignet.
Darüberhinaus haben sie erfahren, daß das Basismaterial Silizium ist, daß keine Giftigen Stoffe verwendet werden und daß der Anwendungsbereich sehr vielversprechend ist.

Es ist übrigens auch sehr wichtig, wo und wie etwas angewandt werden kann, denn die Energiebilanz sollte auch den montagaufwand, transportwege, Platzbedarf und sonstige ökologische, ökonomische, psychologische, soziale und auch kulturelle aspekte beinhalten.

Aber kostengünstiger gibt keinen Aufschluss darüber, ob es auch energieeffizienter wird. So erreicht man meines Wissens nach bei Solarzellen die finanzielle Rentabilität bedeutend früher als die energetische (das kann jetzt allerdings auch an den Förderungen liegen).
Und ob das jetzt aus Silizium oder Tellur gemacht wird gibt auch wenig Informationen zur Energiebilanz (wobei man i.A. davon ausgehen muss, dass giftige Stoffe hier einen Vorteil bieten, da sie sonst nie zum Einsatz kommen würden).

Richtig ist natürlich, dass man Transport und Montage in die Energiebilanz einbeziehen muss. Die anderen Faktoren sollten natürlich auch einbezogen werden, haben aber in der Energiebilanz nichts zu suchen.

"kostengünstiger gibt keinen Aufschluss darüber, ob es auch energieeffizienter wird" - keinen endgültigen, aber es ist ein recht gutes Indiz.
Daß hauptsächlich Silizim verwendet wird beinhaltet 3 wesentliche Punkte:
1) Es ist ein reichlich vorhandenes, billiges Material
2) Das Recycling dürfte einfach sein
3) Es hat so gut wie keinen ökologischen ´impact´, der (teure) Umweltschäden zur Folge hätte

Wenn Kollektoren, Generatoren riesige Geräte sind und/oder Lärm produzieren und dazu in Siedlungsnähe stehen, haben sie sehr wohl Effekte, die Folgekosten haben, Energieaufwand benötigen und somit eigentlich einzubeziehen wären. Die Abschätzung dieser Folgekosten ist natürlich recht schwierig. (Bsp. Windkraftwerke)

Durch konsequente Weiterentwicklung mit Sicherheit mehr als bei Teersanden oder Schiefergas (1:3).

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