Nutzlose Abwärme wird wertvoller Strom
Japanische Forscher entwickeln preiswerten und umwelfreundlichen Konverter
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Struktur des Generators und das Produkt (Bild: Xi Zhang, Yuqiao Zhang, Hiromichi Ohta) |
Sapporo (pte002/13.07.2022/06:00)
In der Industrie und im privaten Bereich, etwa in Autos mit Verbrennungsmotor, deren heiße Abgase nutzlos verpuffen, fallen gigantische Mengen an Abwärme an. Sie lässt sich meist nicht wirtschaftlich nutzen, weil das Temperaturniveau zu niedrig ist und thermoelektrische Generatoren, die diese Form der Energie nutzen können, zu teuer sind, weil sie seltene Metalle enthalten, oft auch Giftstoffe. Ein Team um Hiromichi Ohta vom Research Institute for Electronic Science der Hokkaido University http://global.hokudai.ac.jp hat nun einen thermoelektrischen Konverter aus Bariumkobaltoxid synthetisiert, der preiswert herzustellen ist. Auch ist er bei Temperaturen bis zu 600 Grad Celsius stabil und effizient - einer Temperatur, die von Abwärme nie erreicht wird.
Erste Konverter waren instabil
Die Umwandlung von Wärme in elektrische Energie wird vom Seebeck-Effekt angetrieben. Wenn eine Temperaturdifferenz zwischen zwei miteinander gekoppelten leitenden Materialien besteht, wird elektrischer Strom erzeugt. Die Effizienz der Umwandlung hängt von der Leistungszahl (ZT) ab, die bei Verwendung von edlen und damit teuren Materialien am höchsten ist. Preiswerte oxidbasierte Konverter konnten bisher nicht mithalten. Das hat sich in jüngster Zeit zwar geändert, doch die Generatoren hatten eine zu kurze Lebensdauer.
Ohta und sein Team arbeiten seit über zwei Jahrzehnten an geschichteten Kobaltoxidfilmen. In dieser Studie hat das Team die thermische und chemische Stabilität dieser Folien untersucht und ihre ZT-Werte bei hohen Temperaturen gemessen. Die Forscher testeten Kobaltoxidfilme, die mit Natrium, Calcium, Strontium oder Barium geschichtet waren, und analysierten ihre Struktur, den spezifischen Widerstand und die Wärmeleitfähigkeit. Am besten schnitt der Kobaltoxidfilm ab, wenn er mit Barium gekoppelt wurde.
Hilfe bei Erdgasmangel
"Wir haben gezeigt, dass Barium-Kobaltoxid-Filme ausgezeichnete Kandidaten für thermoelektrische Hochtemperatur-Konverter sind", freut sich Ohta. "Darüber hinaus sind sie umweltfreundlich und bieten Potenzial für einen breiten Einsatz." In einer Zeit, in der Erdgas knapp wird, sodass es kaum noch für die Verstromung eingesetzt werden kann, könnte diese neue Stromquelle hohe Bedeutung gewinnen.
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