Ein Forschungsteam der University of Rochester im US-Bundesstaat New York hat einen bemerkenswerten Fortschritt bei solarthermoelektrischen Generatoren (STEGs) erzielt. Durch gezielte Oberflächenstrukturierung gelang es, die Leistung dieser Thermogeneratoren um das 15-Fache zu steigern. Das ist ein potenzieller Wendepunkt für die Nutzung von Abwärme in der Energieerzeugung.
Nanostrukturen für maximale Wärmeaufnahme und -abgabe
Im Zentrum der Innovation stehen zwei gestalterische Eingriffe:
- Heiße Seite: Ein dünnes Wolframblech wurde mit einem Femtosekundenlaser bearbeitet und mit einer Nanostruktur versehen, die das Metall tiefschwarz färbt. Es absorbiert über 90 Prozent des Sonnenlichts, reflektiert jedoch kaum Wärme im Infrarotbereich. Eine transparente Kunststofffolie erzeugt zusätzlich eine isolierende Luftschicht ähnlich einem Mini-Gewächshaus und reduziert Wärmeverluste durch Konvektion.
- Kalte Seite: Ein Aluminiumblech mit mikrolaserstrukturierter Oberfläche verbessert die Wärmeabgabe. Die vergrößerte Fläche fördert sowohl Konvektion als auch Wärmestrahlung und verdoppelt die Effizienz gegenüber unbehandelten Materialien.
Thermogeneratoren bieten neue Perspektiven für dezentrale Energieversorgung
Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärme direkt in Strom um, idealerweise dort, wo sie ohnehin entsteht: an Motoren, Abgasleitungen oder Sonnenkollektoren. Bisher war ihr Einsatz durch den geringen Wirkungsgrad begrenzt. Die neue Oberflächentechnik verändert nicht das Halbleitermaterial selbst, sondern optimiert gezielt die Wärmeaufnahme und -abgabe. Das eröffnet neue Möglichkeiten für autarke Sensoren, IoT-Geräte oder Wearables, die bisher auf Batterien oder kleine PV-Module angewiesen waren.
Realistische Einschätzung: Chancen und Grenzen
Trotz der beeindruckenden Leistungssteigerung bleibt der absolute Wirkungsgrad unter jenem von Photovoltaikmodulen. Auch die Skalierbarkeit ist eine Herausforderung: Die Herstellung der Spezialoberflächen mit Femtosekundenlasern ist präzise, aber aufwendig und potenziell teuer. Ob sich diese Technologie wirtschaftlich in großen Stückzahlen umsetzen lässt, ist noch offen.
Fazit: Ergänzung statt Ersatz
Thermoelektrische Generatoren könnten aus ihrer Nische heraustreten und künftig eine sinnvolle Ergänzung im Energiemix darstellen. Für großflächige Energieversorgung braucht es jedoch weitere technologische und wirtschaftliche Fortschritte.
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