Energie-Effizienz Kunststoff wandelt Wärme in Strom um

Ein beträchtlicher Teil der Energie verpufft beim Autofahren - in Form von heißen Abgasen. Diese Quelle wollen Forscher jetzt anzapfen: mit einem Kunststoff, der aus Temperaturunterschieden Strom erzeugt. Noch ist die Ausbeute aber gering.

Energielieferant: Thermoelektrische Materialien könnten Auspuffwärme nutzen
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Energielieferant: Thermoelektrische Materialien könnten Auspuffwärme nutzen


Eine hauchdünne Schicht aus Kunststoff kann aus Wärme elektrischen Strom erzeugen. Schon Temperaturunterschiede von 30 Grad - beispielsweise auf von der Sonne erhitzten Flächen - reichten dem Kunststoff Polyethylendioxythiophen (PEDOT) aus, um genug Strom für Sensoren oder kleine Schaltkreise zu liefern. Mit der Plastikschicht, welche die Forscher in der Fachzeitschrift "Nature Materials" vorstellen, steht nun ein neues Material aus der Klasse der Thermoelektrika zur Verfügung. Diese Werkstoffe könnten in Zukunft unter anderem die Auspuffwärme von Autos zur Stromerzeugung nutzen und so den Treibstoffbedarf senken. Damit das funktioniert, darf das Material Wärme nicht allzu gut leiten. Dann kann innerhalb der Fläche ein Temperaturgefälle entstehen, wenn nur eine Seite der Wärmequelle zugewandt ist. Dieses Gefälle sorgt für die nötige elektrische Spannung.

Die Grundlage für diese Entdeckung der Chemiker um Olga Bubnova von der Universität Linköping bilden Kunststoffe, die elektrischen Strom leiten können. Diese ließen sich bisher für flexible und biegsame Elektronikbauteile oder Solarzellen verwenden. Um aus diesem speziellen Material ein kleines Stromkraftwerk zu fertigen, mengten die Forscher bei der Kunststoffherstellung eine eisenhaltige Lösung bei. Mit dem noch flüssigen Material beschichteten sie eine Glasplatte hauchdünn.

Noch ist die Ausbeute gering

Das fertige Modul heizten sie nun auf einer Seite auf etwa 50 Grad Celsius auf, die andere Seite dagegen blieb kühl bei einer Raumtemperatur von gut 20 Grad. Dieser Temperaturunterschied versetzte nun die Elektronen in dem Kunststoff in Bewegung. Die Folge dieses sogenannten Seebeck-Effekts: Es fließt elektrischer Strom.

Mit einer Ausbeute von einigen Mikrowatt ist die Effizienz dieser Wärme-Strom-Wandler allerdings sehr gering. Doch reicht sie heute schon aus, um kleine Sensoren beispielsweise für Wasser- oder Luftanalysen zu betreiben. Weitere Steigerungen halten die Forscher nicht für ausgeschlossen.

Viele Forschergruppen arbeiten weltweit an solchen thermoelektrischen Kraftwerken. Das derzeit beste Material ist eine metallische Legierung aus den Elementen Bismut und Tellur. Gegenüber diesen Werkstoffen hat der nun entwickelte Kunststoff den großen Vorteil, dass es Strom zwar gut, Wärme dagegen sehr schlecht leitet. Der zur Stromerzeugung notwendige Temperaturunterschied an beiden Enden des Moduls bleibt daher länger erhalten und erleichtert den Bau effizienter Wärme-Strom-Wandler.

wbr/dapd



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