Neuer thermomagnetischer Generator wandelt Abwärme effizienter in Strom um

Autos aller Art, Bahnen, Industrieanlagen und Haushalte produzieren Wärme, die nicht genutzt wird, weil die Temperaturen zu niedrig sind. Das kann sich ändern. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Tohoku in Japan haben einen thermomagnetischen Generator entwickelt, der schon bei einer Temperaturdifferenz von drei Grad Strom erzeugt. Außerdem ist der Wirkungsgrad erheblich höher als bei früheren Entwicklungen. Die die elektrische Leistung im Verhältnis zur Grundfläche erhöhte sich um den Faktor 3,4.

Die thermomagnetischen Generatoren basieren auf magnetischen Dünnschichten mit stark temperaturabhängigen Eigenschaften. (Foto: IMT/KIT)

Unmagnetische Metalle werden magnetisch

Der Generator besteht aus hauchdünnen Schichten einer Heusler-Legierung. Diese wiederum baut sich aus mehreren Metallen auf, die unmagnetisch sind. Im Zusammenspiel haben sie allerdings magnetische Kräfte. Benannt sind die Legierungen nach dem deutschen Bergbauingenieur und Chemiker Friedrich Heusler, der die ungewöhnlichen Eigenschaften Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckte. Er experimentierte mit Kupfer, Mangan und Aluminium. Mittlerweile sind auch andere Kombinationen bekannt, so die Legierung Nickel-Mangan-Gallium, mit der das deutsch-japanische Team jetzt arbeitet.

Magnetismus ist temperaturabhängig

Das Material ist allerdings nur bei bestimmten Temperaturen magnetisch. Eine Legierung aus den Elementen Lanthan, Eisen, Kobalt und Silizium beispielsweise ist unterhalb von 27 Grad Celsius magnetisch, oberhalb unmagnetisch. Wird es abwechselnd mit wärmerem und kälterem Wasser in Berührung gebracht, ändert sich die Magnetisierung. Eine Spule, die direkt daneben platziert ist, wandelt das Wechselmagnetfeld in Strom um.

Dem Ziel näher gekommen

„Wir sind dem Ziel, Abwärme bei kleinen Temperaturunterschieden in Strom umzuwandeln, wesentlich näher gekommen“, sagt Professor Manfred Kohl, Leiter der Forschungsgruppe Smart Materials and Devices am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT. Insgesamt gesehen ist die Stro9merzeugung allerdings noch gering. Doch man könnte eine Reihe von thermomagnetischen Generatoren in Reihe schalten. Außerdem sind die Forscher noch nicht am Ende der Fahnenstange angekommen. Im Laufe der Arbeiten stellte sich heraus, dass es wesentlich auf die Dicke der einzelnen Schichten ankommt. Die besten thermomagnetischen Generatoren erreichen mittlerweile eine maximale elektrische Leistung von 50 Mikrowatt pro Quadratzentimeter bei einer Temperaturänderung von drei Grad Celsius.

Quelle: KIT