Aktuell / 06.06.2012

Thermoelektrischer Generator aus Nano-Silizium

Thermoelektrischer Generator aus Nano-Silizium © AiF
Die neue Technologie-Entwicklung wurde am 22. Mai 2012 in Köln mit dem InnoMateria Award ausgezeichnet. (v.l.: Victor Kessler, UDE, Dr. Sophie Marie Schnurre, UDE, Prof. Dieter Bathen, IUTA, Dr. Gabi Schierning, UDE, Staatssekretär Helmut Dockter, Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes NRW, Tim Hülser, IUTA, Anita Widera, AiF). © Köln Messe
Pilotanlage zur Synthese hochspezifischer Nanopartikel © IUTA

Die neuen Mini-Kraftwerke wandeln Abwärme in nutzbare elektrische Energie um. Sie können in der Fabrik der Zukunft Sensoren und Steuerelemente drahtloser Netzwerke mit Energie versorgen oder in größeren Einheiten die Restwärme von Kraftwerks-Abluft verstromen. Der kleine (18 x 21 x 6 mm) thermoelektrische Generator nutzt als Basismaterial das umweltfreundliche Silizium. Mit der Verwendung von Silizium führen die Forscher eine ökologisch verträgliche Technologie ein. Die bisher vor allem in Raumfahrtprojekten oder in Spezialanwendungen eingesetzten thermoelektrischen Generatoren enthalten meist umweltschädliche und seltene Rohstoffe wie Blei, Selen oder Tellur.

Energie für Drahtlos-Netzwerke

Bisher ungenutzte Abwärme oder Temperaturgefälle in der Umwelt können dazu eingesetzt werden, Sensoren, Kommunikationstechnik und andere Kleinverbraucher mit Strom zu versorgen. Stefan Haep, Geschäftsführer des Instituts für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA), beurteilt die Aussichten für die neue Technologie als vielversprechend: „Wir eröffnen hier neue Nutzungspotentiale für die Automobilindustrie sowie für die Energie- und Umwelttechnik, aber der Zukunftsmarkt liegt in der Industrie 4.0 – wo drahtlose Netzwerke mit unzähligen Sensoren und Knotenpunkten zu versorgen sein werden.“
Die Herstellung der neuen Technologie ist anspruchsvoll, die unterschiedlichen Materialien sind dauerhaft und sicher zu verbinden und so einzuschließen, dass die Generatoren Umgebungseinflüssen, insbesondere hohen Temperaturunterschieden und –schwankungen  widerstehen. Gemeinsam arbeiten Forscher des IUTA, der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der GSI-Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, Niederlassung SLV Duisburg an den dafür erforderlichen speziellen Technologien sowie daran, den Wirkungsgrad der Generatoren zu optimieren und eine kostengünstige Massenproduktion vorzubereiten.
Zusammen mit dem Institut für Verbrennung und Gasdynamik (UDE) wurde ein Syntheseverfahren für Nanopartikel entwickelt, mit dem diese erstmalig im Kilogramm-Maßstab produziert werden können. In einem anschließenden Sinterprozess werden die Partikel in die benötigte Form gebracht. Bei der Fügetechnik für diese innovativen Materialien orientierten sich die Wissenschaftler an im Raumfahrtsektor eingesetzten Technologien; aus diesen entwickelten sie eine wirtschaftlichere Methode zur Produktion von robusten und langlebigen Modulen.
Die Mini-Kraftwerke können bis zu einer Temperatur von 300 °C die Wärmeenergie in Abgasen umsetzen; die Leistung steigt mit der Temperaturdifferenz und reicht beispielsweise dafür, Komponenten drahtloser Sensornetzwerke zu versorgen.

Ein ausgezeichnetes Projekt

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) fördert dieses Vorhaben der Industriellen Gemeinschaftsforschung, das am 22. Mai 2012 in Köln mit dem InnoMateria Award ausgezeichnet wurde.

Der Projektleiter Stefan Peil ordnet das Vorhaben ein: „Wir arbeiten hier an Grundlagen für zukünftige industrielle Anwendungen in allen Bereichen der Energierückgewinnung, demnächst wird es möglich, wirtschaftlich und ökologisch Strom aus umgebenden Energiequellen wie Strahlung, Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen zu erzeugen. Der von uns entwickelte Demonstrator kann als Ausgangspunkt für Produkte dienen, die sich hervorragend in den ‚Green Energy’-Markt einfügen.“

Forschungsvorhaben: „Wandlung von Abwärme in elektrische Energie –
Entwicklung und Herstellung eines thermoelektrischen Generators aus nanokristallinem Silizium unter Berücksichtigung ökologischer Gesichtspunkte“ FKZ: IGF 364 ZN

Ansprechpartner Projekt:
Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V.
Nanomaterial-Synthese & Prozesstechnik
Dr. Stefan Peil, Telefon: +49 0 2065 418-222, peilatiuta.de
Tim Hülser, Telefon: +49 0 2065 418-302, huelseratiuta.de

Weitere Informationen:
www.iuta.de
www.aif.de
www.uni-due.de/ivg

Verknüpfte Projekte

  • Im Projekt wurde das bisherige Vorhaben "Entwicklung und Erprobung einer Freikolbenmaschine für den energiesparenden und umweltschonenden Einsatz in mobilhydraulischen Antrieben" fortgeführt, um im Jahre 2010 autark arbeitende Prototypen, die den verschärften gesetzlichen Emissionsgrenzwerten genügen, für verschiedene Test-Anwendungen zur Verfügung zu haben. ... mehr