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Enerige & Management > F&E - Bessere Abwärmenutzung dank Metall-Legierung
Bild: shutterstock
F&E:
Bessere Abwärmenutzung dank Metall-Legierung
Thermomagnetische Generatoren wandeln Abwärme auch bei kleinen Temperaturunterschieden in Strom um. Die Ausbeute ist bislang aber gering − das könnte sich nun ändern.
 
Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Tohoku in Japan haben eine Vision: eine Abwärmenutzung nahe Raumtemperatur. Ihrem Ziel, Abwärme bei geringen Temperaturdifferenzen in Strom zu wandeln, sind sie nun einen wesentlichen Schritt näher gekommen, schreibt das KIT in einer Mitteilung vom 12. Januar. Die Forscher nutzen dafür thermomagnetische Generatoren.

Technische Prozesse nutzen meist die für sie eingesetzte Energie nur zum Teil; der Rest ist Abwärme. Häufig entweicht diese Wärme ungenutzt in die Umgebung. Sie lässt sich jedoch auch zur Wärmebereitstellung oder zur Stromerzeugung verwenden. Je höher die Temperatur der Abwärme, desto einfacher und kostengünstiger ihre Verwertung. Eine Möglichkeit, niedrig temperierte Abwärme zu nutzen, bieten beispielsweise thermoelektrische Generatoren, welche die Wärme direkt in Strom wandeln. Bisher verwendete thermoelektrische Materialien sind allerdings teuer und teilweise toxisch.

Eine vielversprechende Alternative stellen laut dem KIT thermomagnetische Generatoren dar. Sie basieren auf Legierungen, deren magnetische Eigenschaften stark temperaturabhängig sind. Die wechselnde Magnetisierung induziert in einer angelegten Spule eine elektrische Spannung. Die elektrische Leistung ließ bisher allerdings zu wünschen übrig. Die Ausbeute der Energierückgewinnung ist viel niedriger als die von thermoelektrischen Generatoren.

Schon kleine Temperaturunterschiede reichen aus

Forschern am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT sowie an der Universität Tohoku in Japan ist es nun nach eigenen Angaben gelungen, die elektrische Leistung von thermomagnetischen Generatoren zu steigern. „Mit den Ergebnissen unserer Arbeit können thermomagnetische Generatoren erstmals mit etablierten thermoelektrischen Generatoren konkurrieren. Wir sind damit dem Ziel, Abwärme bei kleinen Temperaturunterschieden in Strom zu wandeln, wesentlich näher gekommen“, sagt Professor Manfred Kohl, Leiter der Forschungsgruppe Smart Materials and Devices am IMT des KIT.

Die entwickelten thermomagnetischen Generatoren basieren auf magnetischen Dünnschichten mit stark temperaturabhängigen Eigenschaften. „Diese Ergebnisse ebnen den Weg zur Entwicklung maßgeschneiderter, parallel geschalteter thermomagnetischer Generatoren, die das Potenzial zur Abwärmenutzung nahe Raumtemperatur besitzen“, erklärt Kohl.

Sogenannte Heusler-Legierungen – magnetische intermetallische Verbindungen – ermöglichen als Dünnschichten in thermomagnetischen Generatoren eine große temperaturabhängige Änderung der Magnetisierung und eine schnelle Wärmeübertragung. Auf dieser Grundlage basiert das neuartige Konzept. Selbst bei geringen Temperaturunterschieden kann so effizient Strom erzeugt werden. 

Anwendungsmöglichkeiten gibt es genug: Bei vielen Prozesse im Alltag und in der Industrie entsteht Abwärme, die nicht heiß genug ist, um sie sinnvoll zu verwenden. Hier könnte das neue Verfahren helfen, künftig mehr Abwärmequellen energetisch zu nutzen.

Weitere Informationen erhalten Interessierte auf der Webseite des KIT   .
 

Heidi Roider
Redakteurin und Chefin vom Dienst
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Dienstag, 12.01.2021, 13:51 Uhr

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