Die Aufgabe ist groß. Sie ist sinnvoll – aber auch schwierig: Zwar gelingt die direkte Wandlung von (Ab-)Wärme etwa aus Maschinen in elektrischen Strom. Die Technologie der direkten Umwandlung von Wärme in Strom ist jedoch nicht ausgereift. Ihr Wirkungsgrad liegt bei kaum 10 Prozent. Wäre sie besser als heute, müsste viel bislang noch ungenutzte Energie in Zukunft nicht mehr verpuffen.

Deshalb tüfteln Techniker mit Hochdruck daran, thermoelektrische Elemente immer weiter zu verfeinern. Das ist angewandte Forschung für mehr Nachhaltigkeit: Wissenschaftler versuchen, mit heißer Auspuffwärme etwa die Versorgung elektrischer Anlagen in Autos zu powern oder mit der Abluft in Kraftwerksschloten die Effizienz der Öfen zu pushen. Ihr Prinzip ist stets gleich: Sie wandeln die Abwärme in zusätzlichen Strom und nutzen die Prozessenergie damit mehrfach. Das Potential wäre immens. Allein in Deutschland, so schätzt etwa ein Münchner Startup-Unternehmen, käme die Nutzung der Abwärme auf 5 Gigawatt.

Strom aus Wärme: Im Labor sind hohe Wirkungsgrade erzielbar

Zur Überprüfung ihrer Forschungsergebnisse bauen sich die Wissenschaftler in ihren Labors oft selbst Apparaturen. Jetzt jedoch können sie dafür auch auf neue Messinstrumente wie das „LSR-3“ von Linseis setzen, denn damit „wird der Messbereich erweitert“, betont der Hersteller. Den Vorteil des Instruments beschreibt Linseis: Das Messgerät kann nicht nur „Materialen bis zu höheren Temperaturen vermessen“. Mit dem LSR-3 können die Wissenschaftler mit nur einem Arbeitsgang zugleich den „Seebeck Koeffizienten und den elektrischen Widerstand“ messen.

Damit führt das Gerät „ein Messverfahren für diese Geräteklasse ein („Harman Messverfahren“), was zuvor nur mit verschiedenen Geräten messbar war. Diese Kombination ließ sich der Produzent deshalb patentieren.

Seebeck-Effekt: Energie effizienter nutzen hilft gegen Klimawandel

Das „LSR-3“ erfasst Proben in einem Temperaturbereich von minus 100 bis plus 1.500 Grad Celsius. Es nutzt dabei den nach Thomas Johann Seebeck benannten „Seebeck-Effekt“. Der deutsche Physiker erkannte 1821 dass zwischen zwei Metallen, wenn diese unterschiedliche Temperaturen besitzen, elektrische Spannung entsteht. Der Seebeck-Effekt setzt Elektronen zwischen den beiden unterschiedlichen Metallen frei und lässt so Strom fließen. Diesen Effekt nutzen heute thermoelektrische Generatoren. Einige Wissenschaftler halten damit inzwischen sogar Wirkungsgrade „bis zu zwanzig Prozent“ in greifbare Nähe gerückt.

Damit rückt die Thermoeffizienz wegen der effektiven Nutzung von Abwärme in Zeiten des Klimawandels in den Fokus der Materialwissenschaftler. Der Effekt lässt sich auch umgekehrt anwenden: 1834 erkannte der Physiker Jean Peletier, dass das Anlegen von Strom an zwei unterschiedliche Materialien diese abkühlt. Der Effekt ist nach Peletier benannt.

pit

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