Astrophysik & Raumfahrt, Forschung

Strom aus Hitze: Physiker will in Dresden Voyager-Technik auf Erden nutzbar machen

Die Voyager-Raumsonden haben thermoelektrische Stromversorgung an Bord, da Solarsegel am Rande des Sonnensystems nicht genug "Saft" liefern. Dresdner Leibniz-Forscher wollen mit neuen Ansätzen diese Thermoelektrik-Technologie effektiver und für den Praxiseinsatz auf Erden nutzbar machen. Visualisierung: NASA

Die Voyager-Raumsonden haben eine thermoelektrische Stromversorgung an Bord, da Solarsegel am Rande des Sonnensystems nicht genug „Saft“ liefern. Dresdner Leibniz-Forscher wollen mit neuen Ansätzen diese Thermoelektrik-Technologie effektiver und für den Praxiseinsatz auf Erden nutzbar machen. Visualisierung: NASA

Thermoelektrik-Experte Kornelius Nielsch wechselt zum IFW Dresden

Dresden, 27. März 2015: Wer versucht, Wärme direkt in Strom umzuwandeln, muss sich auf magere Ausbeute einstellen – der Wirkungsgrad dieser Energietransformation gilt als gering. Dies mit Hilfe von Nanotechnologie zu ändern und auch neue Anwendungen für thermoelektrische Wandler zu finden, hat sich Prof. Kornelius Nielsch auf die Fahnen geschrieben, der ab 1. April 2015 das Teilinstitut für Metallische Werkstoffe im Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden leitet. Der 42-jährige Physiker wechselt von der Uni Hamburg ans IFW und löst dort den Dresdner Supraleit-Guru Prof. Ludwig Schultz ab, der inzwischen in den Ruhestand gegangen ist.

Neuer wissenschaftlicher Fokus für Leibniz-Institut

Mit Nielsch werden das Teilinstitut wie auch das ganze IFW eine neue wissenschaftliche Ausrichtung erhalten: In den vergangenen Jahrzehnten hatten sich das IFW und dessen Vorgängerzentrum an der DDR-Akademie der Wissenschaften in hohem Maße auf die Erforschung von Hochtemperatur-Supraleitern konzentriert – in der Hoffnung, damit hocheffektive Maschinen und Kabel zu entwickeln, die Strom widerstandslos leiten. Zwar erzielten die Dresdner Forscher dabei bemerkenswerte wissenschaftliche Fortschritte, konnten mit der „Evico“ auch eine Supraleit-Stromkabelfirma ausgründen. Doch der ganz große wirtschaftliche Durchbruch für die Supraleitung ist bis heute ausgeblieben.

Wie der Supraleitexpress in Rossendorf aussehen soll, steht noch nicht fest. Hier ist eine Vision der TU Dresden zu sehen. Montage: A. Eylert

Wurde nie realisiert: Prof. Ludwig Schultz hatte einen Supraleitexpress für das Forschungszentrum Rossendorf vorgeschlagen. Montage: A. Eylert

Supraleit-Blütenträume bis heute unerfüllt

„Die Blütenträume der 1990er, in spätestens fünf Jahren werde es Supraleitanlagen in jedem Haushalt geben, haben sich leider nicht erfüllt“, schätzte der wissenschaftliche IFW-Direktor Prof. Manfred Hennecke im Oiger-Gespräch ein. Daher werde man die Supraleit-Arbeiten am Institut zwar fortführen, aber in geringerem Umfang als früher. Andere Forschungsgebiete, die in näherer Zukunft einen praktischen Nutzen versprechen, rücken nun stärker in den Fokus – und dabei soll auch der neuberufene Professor Nielsch helfen.

Prof. Kornelius Nielsch., Foto: Elfriede Liebenow, IFW

Prof. Kornelius Nielsch., Foto: Elfriede Liebenow, IFW

Sonnenferne Raumsonden speisen sich thermoelektrisch – doch der Wirkungsgrad ist bisher niedrig

Dessen Spezialgebiet, die Thermoelektrika, sind an für sich eine bereits seit dem 19. Jahrhundert bekannte Technologie. Im Kern geht es um bestimmte Werkstoffe, die spontan Elektrizität erzeugen, wenn sie erhitzt werden – und umgekehrt. Wegen des geringen Wirkungsgrades blieb diese Stromerzeugungs-Methode bisher jedoch auf wenige Einsatzfelder beschränkt. So haben Tiefen-Raumsonden wie die „Voyager“-Raumschiffe der NASA das Problem, dass sie zu weit von der Sonne unterwegs sind, um mit Solarsegeln genug Strom für ihre Instrumente zu erzeugen. Daher haben sie Plutonium oder andere radioaktive Stoffe an Bord. Die stecken aber nicht in Kernreaktoren, sondern erzeugen Strom thermoelektrisch, weil diese Elemente durch ihre natürlichen Zerfallsprozesse über Jahrzehnte hinweg Wärme abgeben.

Die auf Polymerbahnen gedruckten Generatoren (braun) können sich jedem Bauteil anpassen und machen aus Abwärme Strom. Foto: Fraunhofer IWS

Inzwischen auch als Folien entwickelt: Auf Polymerbahnen gedruckte thermoelektrische Generatoren (braun) machen aus Abwärme Strom. Foto: Fraunhofer IWS

Nanotechnologie und Designer-Werkstoffe sollen für Thermoelektrik-Schub sorgen

Inzwischen sind aber viele Forscher überzeugt, dass sich thermoelektrische Stromerzeugung auch erdnäher einsetzen lässt, zum Beispiel, um die bisher sinnlos verpulverte Abwärme von Automotoren als Batterielade-Strom zu verwerten. Sie wollen dafür neuartige Designerwerkstoffe entwickeln beziehungsweise Nanotechnologie einsetzen. Autor: Heiko Weckbrodt

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