Aktuell / 24.04.2013

Generatoren aus dem Drucker nutzen Abwärme

Ein gedruckter thermoelektrischer Generator passt sich flexibel an die Oberfläche eines Musterbauteils an. © Fraunhofer IWS Dresden

 

Thermoelektrische Generatoren nutzen Temperaturgefälle zur Erzeugung von elektrischer Energie. Mit einem neuen Verfahren können Forscher des Fraunhofer IWS großflächige, flexible thermoelektrische Generatoren (TEG) aus nichttoxischen Kunststoffen herstellen.

Das neue Herstellungsverfahren verspricht eine starke Ausweitung der Einsatzmöglichkeiten thermoelektrischer Generatoren. Diese werden bisher arbeitsaufwendig unter Verwendung  toxischer Elemente wie Cadmium aufgebaut. Während die bisherigen Generatoren sich speziell zur netzunabhängigen Versorgung zum Beispiel von Sensoren eignen, können die neuen gedruckten Generatoren auch große Mengen an Strom erzeugen.

Gedruckte Generatoren erschließen neue Anwendungsbereiche

Den Wissenschaftlern vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden ist es gelungen, TEG per Druckverfahren zu produzieren. Sie setzen dazu moderne 3D-Drucktechnologie und eine unbedenkliche thermoelektrisch aktive Polymer-Paste ein. Die daraus hergestellten TEG sind bis ca. 200 °C nutzbar. Die miniaturisierten Generatoren lassen sich auf großen Flächen und flexibel handhabbar herstellen. Außerdem sind die verwendeten Materialien umweltverträglich. Bisher werden TEG größtenteils per Hand und aus Bausteinen, die Bismut-Tellurid enthalten, gefertigt. Sie werden in der Raumfahrt und testweise der Automobilindustrie eingesetzt. Die aufwendige Herstellung sowie toxische und seltene Materialien beschränkten bisher den Anwendungsbereich.

Thermoelektrik kann bisher nicht genutzte Wärmequellen (Abwärme) erschließen und zum Beispiel dazu beitragen, den Wirkungsgrad von konventionellen Kraftwerken zu verbessern. Im Kühlturm  ermöglichen die Temperaturunterschiede zwischen heißen Wasserdämpfen und kühler Betonhaut den  Generatoren die Stromerzeugung.

Abwärmenutzung verbessert Energieeffizienz

Dr. Aljoscha Roch vom Fraunhofer IWS erklärt: „Thermoelektrische Generatoren (TEG) haben momentan einen Wirkungsgrad von etwa acht Prozent. Das hört sich wenig an. Doch wenn wir es schaffen, die TEG kostengünstig, großflächig und aus flexiblen Materialien herzustellen, könnten wir die Innenseiten der konkav geformten Kühlturmwände in großem Stil damit ausstatten. Aufgrund der enormen Energiemenge, die in den riesigen Anlagen entstehen – pro Sekunde verdampfen etwa 1500 Liter Wasser – könnten wir so große Mengen an Strom erzeugen.“ Die Forscher wollen bis Ende des Jahres die ersten Prototypen zur Erprobung bereitstellen.

Da Abwärme im Prinzip beim Betrieb jeder technischen Anlage entsteht, ließe sich ein enormes Potential zur Verbesserung der Energieeffizienz erschließen: Denkbar sind TEG an industriellen Produktionsstraßen, in der Kanalisation, an großen Rechenzentren oder an Abluftsystemen.

Verknüpfte Projekte

  • Wer Strom erzeugt oder industrielle Hochtemperaturprozesse betreibt, produziert Abwärme. Oft wird die Abwärme nicht verwertet, da keine wirtschaftliche Nutzung möglich scheint. Kleine Anlagen mit Organic-Rankine-Cycle (ORC) versprechen Abhilfe: Sie machen die Abwärme als Strom nutzbar, erhöhen die Wirtschaftlichkeit und senken den Kohlendioxid-Ausstoß. Saarländische Forscher haben einen Motor entwickelt, der für ein breites Leistungsspektrum aus Niedertemperaturwärme sehr effizient Strom erzeugt. ... mehr

Weitere Informationen

Dr.-Ing. Aljoscha Roch
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
www.iws.fraunhofer.de