Thermoelektrischer Generator Forscher entwickeln Silizium-basiertes Minikraftwerk

Thermoelektrischer Generator aus Nano-Silizium
Thermoelektrischer Generator aus Nano-Silizium

Einer Gruppe von Wissenschaftlern ist es gelungen, einen nur wenige Millimeter großen thermoelektrischen Generator zu entwickeln, der erstmals als Basismaterial das unbegrenzt verfügbare Silizium nutzt.

Thermoelektrische Generatoren wandeln Abwärme in nutzbare elektrische Energie um. Das ist an sich nichts Neues, allerdings sind die vor allem in Raumfahrtprojekten oder in Spezialanwendungen eingesetzten Elemente bislang noch sehr teuer und enthalten meist umweltschädliche und seltene Rohstoffe wie Blei, Selen oder Tellur, die nur mit hohem Aufwand entsorgt und recycelt werden können.

Ein Forscherteam der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) und des Instituts für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) jedoch hat nun ein sowohl bei der Herstellung als auch bei der Entsorgung ökologisch unbedenkliches Bauelement entwickelt, das auf Silizium basiert.

Um Silizium für solche kleinen Generatoren (18 x 21 x 6 mm) 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. Für alle Belange der Fügetechnik holte das IUTA die AiF-Forschungsvereinigung für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS in das Projektkonsortium.

Gemeinsam arbeiten die Forscher nun 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«, so 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.«

Die Einsatzgebiete für die neuen »Minikraftwerke« sind vielseitig. So könnte bisher ungenutzte Abwärme oder Temperaturgefälle in der Umwelt dazu eingesetzt werden, um Sensoren, Kommunikationstechnik und andere Kleinverbraucher mit Strom zu versorgen. Zudem könnten sie in der Fabrik der Zukunft Sensoren und Steuerelemente drahtloser Netzwerke mit Energie versorgen, oder in größeren Einheiten die Restwärme von Kraftwerks-Abluft verstromen.

Entsprechend vielversprechend beurteilt Haep die Aussichten für die neue Technologie: »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.«

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderte Projekt wurde kürzlich mit dem InnoMateria Award ausgezeichnet. »Wir arbeiten hier an Grundlagen für zukünftige industrielle Anwendungen in allen Bereichen der Energierückgewinnung«, sagt Projektleiter Dr. Stefan Peil. »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.«