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Erneuerbare Energie: Forscher wollen Wärmestrahlung der Erde anzapfen

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Wärmestrahlung: Strom aus dem Infrarotlicht der Erde Fotos
Steven Byrnes

Die Sonne erwärmt die Erde - doch ein Teil der Energie geht als Infrarotstrahlung zurück ins All. Forscher glauben, dass sich mit dieser Wärmestrahlung Strom erzeugen lässt - eine bislang ungenutzte Form erneuerbarer Energie.

Hamburg - Wenn es um Solarenergie geht, denken wir zuerst an Photovoltaikanlagen. Dabei lässt sich die Energie der Sonne auch auf anderen Wegen nutzen: mit Sonnenkollektoren auf dem Dach, in denen Wasser erhitzt wird. Oder mit solarthermischen Kraftwerken, die das Sonnenlicht mit Spiegeln fokussieren. Kürzlich hat das weltweit größte derartige Kraftwerk unweit von Las Vegas den offiziellen Betrieb aufgenommen.

Bei all diesen Technologien wird das einfallende Sonnenlicht direkt genutzt. Doch es gibt noch eine weitere Möglichkeit, von der gigantischen Energie der Sonne zu profitieren. Forscher der Harvard University schlagen vor, die Wärmestrahlung der Erde anzuzapfen. Diese entsteht, weil die Erdoberfläche deutlich wärmer ist als das kalte Weltall. Als Infrarotstrahlung gelangt ein Teil der Sonnenenergie wieder zurück in den Weltraum - und diese Energie halten die Wissenschaftler für nutzbar.

Im Fachblatt "Proceedings of the National Academy of Sciences" beschreiben Steven Byrnes und seine Kollegen mögliche Technologien, um die Wärmestrahlung in Strom umzuwandeln, und schätzen ab, welche Leistung ein sogenannter Emissive Energy Harvester (EEH, Strahlungsenergiesammler) erreichen kann.

Wie viel Wärme ins All entweicht, hat wohl jeder schon in einer klaren Sommernacht selbst gespürt. Die Temperaturen fallen rasant, in manchen Wüsten kann es richtig kalt werden. Ist der Himmel hingegen bewölkt, kann nicht so viel Wärmestrahlung entweichen, die Nächte sind deutlich milder.

Die Wellenlänge des nutzbaren Infrarotlichts liege zwischen 8 und 13 Mikrometern, schreiben die Forscher. Die theoretisch nutzbare Energiemenge ist gigantisch: Unser Planet strahlt permanent Infrarotlicht mit einer Leistung von etwa 100.000 Terawatt ab. Zum Vergleich: Der gesamte Leistungsbedarf der Menschheit inklusive Öl, Gas und Kohle lag 2008 bei 15 Terawatt, wovon rund 3 Terawatt auf den Bereich Strom entfielen.

Strom rund um die Uhr

Im Vergleich zu einer Photovoltaikanlage erscheint ein EEH zunächst kaum attraktiv: Statt einer Leistung von 140 bis 200 Watt pro Quadratmeter Panelfläche sind damit maximal 20 Watt pro Quadratmeter möglich. Allerdings hat die Wärmestrahlung einen großen Vorteil: Sie ist auch nachts nutzbar, denn auch dann emittiert die Erdoberfläche Infrarotstrahlung. Laut Messungen der Forscher in Lamont (US-Bundesstaat Oklahoma) sinkt die Intensität der Infrarotstrahlung zwar dann ab, doch nur um 20 bis 30 Prozent gegenüber dem Maximalwert, der nachmittags erreicht wird. Solarzellen hingegen liefern im Dunkeln keine Energie.

Das technologisch vielversprechendste Konzept ist nach Angaben der Forscher eine sogenannte Rectenna, abgeleitet von rectifying antenna. Elektromagnetische Wellen treffen dabei auf eine kleine, flache Antenne, die aus der Strahlung mit Hilfe einer Diode eine Gleichspannung erzeugt. Dieses Prinzip nutzen auch RFID-Systeme, bei denen das Lesegerät eine Spannung in der Antenne des RFID-Chips erzeugt, die der Chip wiederum nutzt, um seine eigene Identifikationsnummer zu funken. Der RFID-Chip selbst hat keine eigene Energieversorgung.

Die Antennen zum Auffangen der Wärmestrahlung seien technologisch keine allzu große Herausforderung mehr, schreiben die Forscher. Man könne sie wahrscheinlich kostengünstig auf große Flächen drucken. Die Dioden hingegen erforderten noch viel Entwicklungsarbeit.

Über die Kosten der Technik wissen die Forscher nur wenig, dazu ist sie noch nicht weit genug entwickelt. Hoffnungen machen aber die großen Fortschritte, die es in den letzten Jahren bei Solarzellen gegeben hat. "Es könnte sein, dass ein EEH-Panel günstiger herzustellen ist als ein Photovoltaik-Panel", sagte Steven Byrnes im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Ich kann mir auch gut vorstellen, dass man beide Techniken kombiniert." Die oberste Schicht einer Solarzelle könnte dann auch nachts Strom erzeugen - aus abgestrahltem Infrarotlicht.

Auch wenn die Herausforderungen noch groß seien, könne die Wärmestrahlung eine praktisch nutzbare Form erneuerbarer Energien werden, sagt der Harvard-Forscher. "Die Energiemenge der Wärmestrahlung ist so riesig, wir sollten sie nicht ignorieren."

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insgesamt 87 Beiträge
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1. Die nächste Wunderwaffe
hastdunichtgesehen 04.03.2014
Die Energiewende ist zu Ende. Es wird Zeit das endlich zuzugeben.
2. Schei...
erich21 04.03.2014
es muss doch moeglich sein, die Anlagen so gross zu machen, dass eine dezentrale Energieversorgung unmoeglich ist. Schoen gross, dann bleibt der Profit in wenigen Haenden. RWE freut sich schon.
3. Interessante Idee
Blindleistungsträger 04.03.2014
Wenn man eine Antenne in die Näha eines starken Senders bringt, kann man ja auch Energie aus dem Sendefeld abzapfen. Leistungsfähige Infrarotantennen in Verbindung mit Dioden mit sehr niedriger Flussspannung könnten eine interessante Idee sein.
4. Ich spüre den
23 1/3 04.03.2014
Energie-Wunderwaffen näher kommen. Hauptsache Mutti und Gaby können die Mehrkosten für das Projekt wie die Presse in schöne Worthülsen verpacken. Aber beide haben dass wohl wieder nicht nötig, die brauchen Premiumuser die noch für ihre Meinung investieren.
5. ?
klugscheißer69 04.03.2014
Wir zapfen also die Energie ab, die von der Erde ins All abgestrahlt wird. Erhöhen also den Anteil der von der Sonne kommenden Energie, den wir da behalten. Kann mir mal jemand erklären, wie das der globalen Erwärmung entgegenwirken soll?
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