Strom erzeugen mit Wärme

Wie man Strom mit der Umwandlung von Wärme erzeugen kann

Strom gehört mittlerweile zu den alltäglichen Dingen, ohne die unsere Gesellschaft nicht mehr funktionieren könnte. Wenn der Strom ausfällt wird auch schnell mal ein Stromaggregat angeschmissen. Es gibt einige Möglichkeiten, um Strom zu erzeugen, eine davon ist die Umwandlung von Wärme in Elektrizität.

Um diesen physikalischen Vorgang durchzuführen, existieren mehrere Alternativen.

Energy Harvesting

Diese Methode wird benutzt, um kleine Mengen an Wärme in Strom umzuwandeln. Dies macht man durch die Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls. Diese Kristalle haben die Eigenschaft, bei plötzlichen Veränderungen der Temperatur, mit einer Ladungstrennung zu reagieren. Dadurch wird Strom erzeugt, der dann benutzt werden kann, um beispielsweise eine LED-Lampe mit Strom zu versorgen.

Ein einzelner Kristall ist aber nicht in der Lage, viel Energie auf einmal umzuwandeln. Trotzdem eignet diese Möglichkeit sich gut, wenn man nur kleine Mengen an Strom benötigt, da es sehr simpel ist mit den Kristallen Wärme in Strom umzuwandeln.

Thermoelektrische Generatoren

Als Thermoelektrizität bezeichnet man, die gegenseitige Beeinflussung von Temperatur und Elektrizität. Durch den Seebeck-Effekt (benannt nach dem deutschen Physiker Thomas Johann Seebeck, welcher im 19. Jahrhundert diesen Vorgang entdeckt hat) entstehen zwischen zwei elektrischen Leitern, eine elektrische Spannung, wenn zwischen den beiden Leitern eine Temperaturdifferenz herrscht. Die daraus entstehende Spannung ist allerdings zu klein, um sie effektiv zur Stromerzeugung zu nutzen. Mithilfe von elektrothermischen Wandlern, sogenannten „Peltier-Elementen“, lässt sich der Umwandlungsgrad auf drei bis acht Prozent steigern. Mithilfe dieser Wandler werden thermoelektrische Generatoren gebaut, welche in der Lage sind, Wärme in Strom umzuwandeln. Eingesetzt werden diese Generatoren an Orten, in denen bei ihrem Betrieb Abwärme (Wärme, die bei einem Prozess aufkommt, aber bei diesem nicht genutzt wird) entsteht. Da Abwärme ansonsten nicht effektiv benutzt werden kann und normalerweise eine nutzlose Energieverschwendung ist, sind thermoelektrische Generatoren eine gute Möglichkeit, um wenigstens einen Teil der Abwärme in eine nützliche Energieform umzuwandeln. Da man für die Umwandlung hohe Temperaturen benötigt, wird diese Methode nur an Orten wie Verbrennungsanlagen oder Kraftwerken benutzt.

Pyroelektrische Kraftwerke

Eine weitere Möglichkeit, um Strom durch die Umwandlung von Wärme zu erzeugen, wäre der Bau eines pyroelektrischen Kraftwerks. Dieses Feld der Stromerzeugung ist noch ziemlich neu und experimentell, könnte aber eine wichtige Möglichkeit werden, um in der Zukunft viel Strom zu gewinnen. Vom Prinzip her ähneln solche Kraftwerke stark thermoelektrischen Generatoren, sie wandeln genauso Abwärme in Elektrizität um. Der Unterschied ist, dass sie keine Peltier-Elemente, sondern piezoelektrische Kristalle benutzen (dieselben Kristalle die für das Energy Harvesting genutzt werden). Wenn man viele dieser Kristalle an einen Stromkreis anschließt und diesen mit einem elektrischen Gerät verbindet, müssen die Kristalle nur noch mit Wärme erhitzt werden, um das Gerät mit Elektrizität zu versorgen. Im Moment wird intensiv geforscht, um dieses Konzept an vielen Orten anzuwenden, wo Abwärme erzeugt wird. Im Gegensatz zu thermoelektrischen Generatoren besitzen pyroelektrische Kraftwerke den großen Vorteil, dass sie schon bei minimalen Temperaturen zur Energieumwandlung genutzt werden können. Das Anwendungsfeld, wo diese verwendet werden können, wäre dementsprechend um einiges größer.