Tetraedrit-Kristalle

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Science
10/09/2014

Neue Materialien gewinnen Strom aus Auto-Abwärme

Billige, in Massen vorkommende Mineralien wie Tetraedrit erlauben eine effiziente Umwandlung von Hitze in Strom und können so Autos und Industrieanlagen wirtschaftlicher machen.

Der Verlust von Energie in Form von Wärme ist eine der größten Inneffizienzen in der modernen Technik. Bei Autos zum Beispiel geht rund ein Drittel der im Treibstoff vorhandenen Energie in Form von ungenutzter Abwärme verloren. Verfügbare Methoden zur Umwandlung der Hitze in nutzbare Energie sind nicht sonderlich ergiebig und teuer. Das soll sich jetzt ändern. Die US-Firme Alphabet Energy hat einen Generator auf Basis von Tetraedrit, einem billigen und massenhaft vorkommenden Schwefelwasserstoffsalz, entwickelt, der Wärme effizienter in Energie umwandeln kann als alle bisherigen thermoelektrischen Module. Dabei wird der Effekt genutzt, dass in einigen Materialien Elektronen, also Strom, von der wärmeren zur kälteren Seite fließen, wenn sie einem Temperaturunterschied ausgesetzt werden.

“Die ersten Geräte befinden sich in Tests und sollen im Verlauf des Jahres 2015 auf den Markt kommen. Tetraedrit ist bisherigen Materialien in puncto thermoelektrische Leistung deutlich überlegen, aufgrund des hohen Wirkungsgrades im Temperaturbereich zwischen 50 und 400 Grad Celsius. Das liegt an der hohen elektrischen aber niedrigen thermischen Leitfähigkeit des Materials”, erklärt Matt Scullin, Mitbegründer von Alphabet Energy im Gespräch mit der futurezone. Bisherige thermoelektrische Generatoren benötigten seltene und teure Materialien, Tetraedrit hingegen ist das häufigste Schwefelsalz der Welt. “Wir fertigen unseren Rohstoff aus Kupfer, Antiomon und Schwefel günstig im Labor”, so Scullin.

Billiges Material

Es ist vor allem der niedrige Preis, der Tetraedrit attraktiv für die Rückgewinnung von Wärmeenergie macht. Zwar ist auch der Wirkungsgrad höher als bei herkömmlichen Materialien, aber berauschend ist er trotzdem nicht. So kann mit Tetraedrit zwar nur fünf bis zehn Prozent der Wärmeenergie nutzbar gemacht werden, das ist aber mehr als doppelt so viel wie bisher. Das Potenzial ist allerdings auch bei diesen niedrigen Werten riesig. “Die Amortisationszeiten sind sehr attraktiv für unsere Kunden. Die Generatoren sind weit billiger als bisher verfügbare thermoelektrische Elemente”, sagt Scullin. Grundsätzlich funktionieren die Generatoren auch bei geringsten Temperaturunterschieden, die Materialeigenschaften machen aber vor allem einen Einsatz bei hohen Temperaturen, etwa in Autos, Industrieanlagen und im militärischen Bereich, wahrscheinlich.

“In Autos könnten wir den Treibstoffverbrauch um bis zu zehn Prozent senken, ohne Änderungen am Design vornehmen zu müssen. Unsere Technologie ist der kosteneffizienteste Weg, die Wärme, die sonst ungenutzt verloren geht, zu nutzen. Tetraedrit kann einiges dazu beitragen, die strenge nächste Generation der Effizienz-Richtlinien für Verbrennungsmotoren in den USA und Europa zu erreichen”, sagt Scullin. Für geringe Temperaturunterschiede, wie etwa bei Körperwärme, eignet sich Tetraedrit nicht. Andere Materialien, zum Beispiel Kohlenstoff-Nanoröhrchen, versprechen aber einen besseren Wirkungsgrad und könnten in Zukunft vielleicht auch solche geringen Unterschiede nutzbar machen.