Ungenutzte Wärme in nutzbare Energie umwandeln – das kann der 18 mm breite, 21 mm lange und 6 mm hohe thermoelektrische Generator aus Nano-Silizium. Dieses Minikraftwerk nutzt erstmalig als Basismaterial das unbegrenzt verfügbare und umweltfreundliche Silizium. Diese Entwicklung aus der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), die am Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA) – einer Forschungsvereinigung der AiF – koordiniert wird, ist so viel versprechend, dass sie am 22. Mai 2012 auf der Kongressmesse InnoMateria in Köln mit dem InnoMateria Award ausgezeichnet wurde.
Thermoelektrische Generatoren sind nicht neu, aber selten. Sie werden vor allem in Raumfahrtprojekten oder in Spezialanwendungen eingesetzt und enthalten meist umweltschädliche und seltene Rohstoffe wie Blei, Selen oder Tellur, die auch nur mit hohem Aufwand entsorgt und recycelt werden können. Das in dem IGF-Projekt verwendete Silizium gibt es dagegen buchstäblich wie Sand am Meer und so konnte eine ökologisch unbedenkliche Technologie entstehen, sowohl in der Herstellung als auch bei der Entsorgung.
Die Forscher am IUTA, der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH arbeiten nun gemeinsam daran, die neue Technologie so zu optimieren, dass sie bei gleichem Wirkungsgrad kostengünstiger wird und sich für die Massenproduktion eignet. „Neben der Wirtschaftlichkeit ist inzwischen auch die Nachhaltigkeit ein wesentlicher Faktor, damit sich Innovationen am Markt durchsetzen können“, betont Stefan Haep, Geschäftsführer des IUTA, „deshalb und weil der Bedarf an Energieversorgern jeder Art rasant wächst, rechnen wir mit einem großen Interesse seitens der Wirtschaft. Wir eröffnen hier neue Nutzungspotentiale für die Automobilindustrie sowie für die Energie- und Umwelttechnik, aber der Zukunftsmarkt liegt in der Industrie 4.0 – wo drahtlose Netzwerke mit unzähligen Sensoren und Knotenpunkten zu versorgen sein werden.“
Um Silizium für solche kleinen Generatoren zu nutzen, hat das Forscherteam des IUTA zusammen mit dem Institut für Verbrennung und Gasdynamik (UDE) ein Syntheseverfahren für Nanopartikel entwickelt – erstmalig im Kilogramm-Maßstab. Diese wurden anschließend am Institut für Nanostrukturtechnik (UDE) in einem Sinterprozess in die benötigte Form gebracht. Da innovative Materialien auch innovative Fügetechnik erfordern, holte IUTA die AiF-Forschungsvereinigung für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS in das Projektkonsortium. Die Verbindungsspezialisten orientierten sich an den Technologien aus dem Raumfahrtsektor und entwickelten eine weniger kostenintensive Methode, die in Zukunft auch eine wirtschaftliche Produktion von robusten, stabilen und langlebigen Modulen ermöglichen könnte.
Quelle: AiF