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Forschung

Strom aus Wärme

Aus heißer Abluft und stinkenden Abgasen Strom erzeugen? Scheint zu funktionieren. Forscher aus Duisburg haben ein Verfahren entwickelt, das auf extrem leitfähigen Silizium-Nanopartikeln basiert.

Um Strom aus Wärme zu gewinnen, muss die Industrie bisher große Umwege gehen. Wasserdampf muss in Druck verwandelt werden, der wird durch Turbinen oder Kolbensysteme gepresst, dadurch entsteht Bewegungsenergie und schließlich mit Hilfe von Generatoren elektrischer Strom.

Das es auch ohne diese Umwege geht, zeigen Forscher der Universität Duisburg-Essen. Nanowissenschaftlerin Gabi Schierning entwickelte spezielle Silizium-Halbleiter, die direkt Wärme in Strom umwandeln können.

So funktioniert Thermoelektrik

Im Prinzip funktionieren diese wie Solarzellen, mit dem Unterschied, dass sie anstelle des Sonnenlichts Wärme als Energiequelle nutzen. Ganz neu ist dieses Prinzip zwar nicht, aber bisherige Verfahren basieren auf sehr seltenen und teuren Materialien oder auf umweltschädlichem Blei. Zudem sei die Energieausbeute bislang zu gering für eine breite Anwendung, sagt Gabi Schierning, die stattdessen auf die Nanotechnologie setzt: "Dadurch kann die Effizienz erheblich gesteigert werden."

Hohe Leitfähigkeit durch angereicherte Nanopartikel

Schierning verwendet winzig kleine Silizium-Nanopartikel. Um das Material besonders leitfähig zu machen, reichert sie die Nanopartikel zusätzlich mit anderen Elementen an - das heißt im Fach-Jargon - das Silizium wird dotiert. Die Forscher der Universität Duisburg-Essen nutzen dazu Phosphor- und Boratome. "Diese sehr hohe Dotierung führt zu hohen elektrischen Leitfähigkeiten", betont die Erfinderin.

Und weil sich sowohl Silizium als auch Phosphor und Bor in großen Mengen kostengünstig herstellen lassen, ist Schierning überzeugt, dass sich die Technologie irgendwann in verschiedensten Bereichen durchsetzen könnte. Beispielsweise um Abwärme zu recyceln, die ansonsten in die Umwelt abgeführt würde. "Abwärme hat man genug: bei allen Verbrennungsprozessen, in der chemischen Industrie oder im Automobil."

Silizium ersetzt Lichtmaschine

So könnte die Wärme-Solarzelle ohne Licht eines Tages sogar die Lichtmaschine am Auto ersetzen. Es gebe schon relativ weit fortgeschrittene Studien, wie man das im Fahrzeug umsetzen könnte, sagt Schierning. Die gewonnene elektrische Energie könne dann direkt ins Bordnetz eingespeist werden. Allerdings werde es noch eine Weile dauern, bis die Wärme-Solarzellen auf den Markt kommen, denn bisher stellt noch kein Unternehmen soviel Material her, wie dazu nötig wäre.

Die Voraussetzungen dafür zu schaffen, ist die nächste große Herausforderung für die Duisburger Forscher. Und vielleicht wird nun auch die Industrie auf die Erfindung aufmerksam werden, denn in diesem Jahr hat Gabi Schiernings Team den ersten Preis der Kölner Messe für Innovative Werkstoffe, den "Innomateria Award 2012" gewonnen.

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