Spektrum der Möglichkeiten reicht von der Armbanduhr bis zur Raumsonde
„Geräte, die aus Wärme Strom produzieren oder – umgekehrt – mit Strom Kälte produzieren, gibt es heute schon in großer Zahl“, erklärt Jens Pflaum. Das Spektrum der Möglichkeiten reicht von der Armbanduhr, die ihre Antriebsenergie aus der geringen Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der Körperwärme erhält, über thermoelektrische Aggregate, die die Abwärme aus dem Verbrennungsprozess im Automobil nutzen, bis zur Raumsonde Cassini. Die wäre nicht in der Lage, auf ihrer Reise zum Saturn und seinen Monden genug Strom mithilfe der Photovoltaik zu erzeugen – zu schwach scheint die Sonne in diesen Regionen. Stattdessen nutzt sie die Zerfallswärme von rund 30 Kilogramm Plutonium-238 und wandelt diese mit einem Wirkungsgrad von etwa sechs Prozent in 700 Watt elektrische Energie um.
„Und Camper kennen vermutlich das umgekehrte Prinzip“, ergänzt Jens Pflaum. Denn thermoelektrische Elemente sind ebenfalls in der Lage, Kälte zu produzieren, wenn Strom durch sie hindurchfließt. In Kühlboxen kommen sie deshalb heute genauso zum Einsatz wie – in verkleinerter Form – in Kameras und anderen elektrischen Geräten, denen sonst der Hitzetod drohen würde.
Wissenschaftler wollen organische Materialien verwenden
Allerdings haben die heute verwendeten thermoelektrischen Wandler zwei gravierende Nachteile: „Sie bestehen in der Regel aus Bismut-Tellurid. Und Tellur ist zum einen giftig und zum anderen äußerst selten und damit entsprechend teuer“, sagt Jens Pflaum. Wissenschaftler gehen heute davon aus, dass die gesamten Vorräte dieses Elements spätestens 2030 erschöpft sein werden beziehungsweise nicht mehr wirtschaftlich abbaubar sind. Höchste Zeit also für die Suche nach einem geeigneten Ersatzmaterial.
Anstelle des problematischen Bismut-Tellurids werden die Wissenschaftler organische Materialien verwenden. Diese können in großen Mengen synthetisiert werden und sind dementsprechend billig, leicht zu verarbeiten und Ressourcen-schonend. Welches Potenzial tatsächlich in ihnen liegt, wird der Forschungsverbund in den kommenden drei Jahren untersuchen. Damit ihre physikalischen Eigenschaften und ihr technologisches Potenzial voll ausgereizt werden können, müssen die organischen Verbindungen allerdings bestmöglich aufbereitet werden – das geschieht zusammen mit den thermoelektrischen Untersuchungen in Würzburg.