Abw\u00e4rme, zum Beispiel von Heizungsanlagen, verpufft in der Regel. Sie heizt Kellerr\u00e4ume und ihre Umgebung in der Industrie unn\u00f6tig auf, ohne einen Nutzen zu haben. Zu einer nachhaltigen Energieversorgung geh\u00f6rt aber, dass diese Abw\u00e4rme in die Energieversorgung mit einbezogen wird. Deutsche und japanische Wissenschaftler sind dem Ziel, Abw\u00e4rme bei geringen Temperaturdifferenzen in Strom umzuwandeln, nun einen gro\u00dfen Schritt n\u00e4hergekommen.<\/p>\n\n\n\n
Bei vielen technischen Prozessen wird die eingesetzte Energie nur zum Teil genutzt. Ein unterschiedlich gro\u00dfer Rest verl\u00e4sst das System als Abw\u00e4rme, die sich wiederum selbst zur W\u00e4rmebereitstellung oder zur Stromerzeugung verwenden lie\u00dfe, wenn sie nicht ungenutzt verpuffen w\u00fcrde. Dabei gilt, dass es desto einfacher und kosteng\u00fcnstiger w\u00e4re, diese Abw\u00e4rme zu verwerten, je h\u00f6her ihre Temperatur ist. Es gibt aber auch eine M\u00f6glichkeit, niedrig temperierte Abw\u00e4rme zu nutzen. Durch thermoelektrische Generatoren, welche die W\u00e4rme direkt in Strom wandeln. Bisher besteht hier jedoch ein Problem: thermoelektrische Materialien sind teuer und teilweise toxisch. Dar\u00fcber hinaus erfordern thermoelektrische Generatoren gro\u00dfe Temperaturdifferenzen um relativ geringe Wirkung zu erzielen.<\/p>\n\n\n\n
Es gibt aber eine Alterative. Bereits im 19. Jahrhundert stellten Forschende die ersten Konzepte f\u00fcr thermomagnetische Generatoren vor. Mittlerweile stellen solche Generatoren, die auf Legierungen basieren, deren magnetische Eigenschaften stark temperaturabh\u00e4ngig sind, eine vielversprechende Alternative zu den thermoelektrischen Generatoren dar. Hier induziert die wechselnde Magnetisierung in einer angelegten Spule eine elektrische Spannung. Der Haken dabei ist, dass die elektrische Leistung dieser Generatoren bisher allerdings zu w\u00fcnschen \u00fcbrig lie\u00df.<\/p>\n\n\n\n
Weitere Artikel zum Thema Nutzung von Abw\u00e4rme finden Sie hier<\/a>.<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n Wissenschaftlern am Institut f\u00fcr Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT<\/a> sowie an der Universit\u00e4t T\u014dhoku<\/a> in Japan ist es nun gelungen, die elektrische Leistung von thermomagnetischen Generatoren im Verh\u00e4ltnis zur Grundfl\u00e4che erheblich zu steigern. \u201eMit den Ergebnissen unserer Arbeit k\u00f6nnen thermomagnetische Generatoren erstmals mit etablierten thermoelektrischen Generatoren konkurrieren\u201c, sagt Professor Manfred Kohl, Leiter der Forschungsgruppe Smart Materials and Devices am IMT des KIT. \u201eWir sind damit dem Ziel, Abw\u00e4rme bei kleinen Temperaturunterschieden in Strom zu wandeln, wesentlich n\u00e4hergekommen.\u201c Die Arbeit des Teams ist Titelthema in der aktuellen Ausgabe der Energieforschungszeitschrift Joule<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Magnetische intermetallische Verbindungen, sogenannte Heusler-Legierungen, erm\u00f6glichen als D\u00fcnnschichten in thermomagnetischen Generatoren eine gro\u00dfe temperaturabh\u00e4ngige \u00c4nderung der Magnetisierung und eine schnelle W\u00e4rme\u00fcbertragung. Auf dieser Grundlage basiere das neuartige Konzept der resonanten Selbstaktuierung, erkl\u00e4re die Forscher. Selbst bei geringen Temperaturunterschieden lie\u00dfen sich die Bauelemente zu resonanten Schwingungen anregen, die effizient in Strom gewandelt werden k\u00f6nnten.<\/p>\n\n\n\n Die elektrische Leistung einzelner Bauelemente sei jedoch gering, und bei der Hochskalierung k\u00e4me es vor allem auf Materialentwicklung und Bauweise an. Die deutschen und japanischn Forscher stellten in ihrer Arbeit anhand einer Nickel-Mangan-Gallium-Legierung fest, \u201edass die Dicke der Legierungsschicht und die Grundfl\u00e4che des Bauelements die elektrische Leistung in entgegengesetzter Richtung beeinflussen\u201c. Aufgrund dieser Erkenntnis konnten sie die elektrische Leistung im Verh\u00e4ltnis zur Grundfl\u00e4che um den Faktor 3,4 steigern. Dazu erh\u00f6hten sie die Dicke der Legierungsschicht von f\u00fcnf auf 40 Mikrometer.<\/p>\n\n\n\n Daraufhin erreichten die thermomagnetischen Generatoren eine maximale elektrische Leistung von 50 Mikrowatt pro Quadratzentimeter. Bei einer Temperatur\u00e4nderung von nur drei Grad Celsius. \u201eDiese Ergebnisse ebnen den Weg zur Entwicklung ma\u00dfgeschneiderter parallel geschalteter thermomagnetischer Generatoren, die das Potenzial zur Abw\u00e4rmenutzung nahe Raumtemperatur besitzen\u201c, erkl\u00e4rt Kohl.<\/p>\n\n\n\n Titelbild<\/em><\/strong>: <\/em>Die thermomagnetischen Generatoren basieren auf magnetischen D\u00fcnnschichten mit stark temperaturabh\u00e4ngigen Eigenschaften. <\/em>\u00a9 IMT\/KIT<\/em><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Abw\u00e4rme, zum Beispiel von Heizungsanlagen, verpufft in der Regel. Sie heizt Kellerr\u00e4ume und ihre Umgebung in der Industrie unn\u00f6tig auf, ohne einen Nutzen zu haben. 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