Neuer Wirkungsgrad-Rekord: Thermo-Photovoltaik-Zellen sind effizienter als klassische Turbinen

Turbinen spielen für unsere Stromversorgung eine ganz entscheidende Rolle. Am offensichtlichsten ist dies bei Wasserkraftwerken. Diese stellen aber gewissermaßen auch eine Ausnahme dar. Denn hier wird das Wasser direkt durch die Turbinen geleitet. In den meisten anderen Kraftwerkstypen wird hingegen Wasser erhitzt. Der dadurch entstehende Dampf treibt dann die Turbinen an. Wie klimafreundlich diese Vorgehensweise ist, hängt von der Form der Hitzeerzeugung ab. Fossile Brennstoffe einzusetzen, ist hier eher schädlich. Die Kernkraft wiederum bringt andere Nachteile mit sich. Solarthermie-Kraftwerke sind hingegen eine durchaus nachhaltige Alternative. In allen Fällen geht aber auch immer viel Energie verloren, weil ein Teil der Wärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Forscher am MIT in den Vereinigten Staaten haben daher einen anderen Ansatz ausprobiert: Sie setzen auf Thermo-Photovolatik-Zellen. Diese funktionieren ähnliche wie klassische Solarzellen, fangen aber Photonen aus dem Infrarotbereich ein. Man spricht daher auch von der Infrarot-Photovoltaik.

Die neuen Zellen funktionieren am besten bei rund 2.000 Grad Celsius

Grundsätzlich funktioniert diese Technik auch bereits. Bisher konnte aber selbst unter Laborbedingungen nur ein Wirkungsgrad von maximal 32 Prozent erreicht werden. Damit war man im Vergleich zu klassischen Turbinen nicht konkurrenzfähig. Genau dies könnte sich nun geändert haben. Denn die Forscher haben Materialien gefunden, die auch deutlich höhere Temperaturen als bisher aushalten. Dadurch wiederum können sie auch mehr Wärme in Strom verwandeln. Konkret erreichten die MIT-Wissenschaftler einen neuen Wirkungsgrad-Rekord in Höhe von über vierzig Prozent. Am besten funktionierten die neu konstruierten Zellen bei Temperaturen zwischen 1900 und 2400 Grad Celsius. Bisher allerdings sind die von den Forschern gebauten Thermo-Photovoltaik-Zellen noch sehr klein. Sie kommen lediglich auf eine Größe von einem Quadratzentimeter. Der nächste Schritt besteht daher nun darin, auch deutlich größere Zellen herzustellen. Aus rein technischer Sicht sollte dies vergleichsweise einfach möglich sein. Wie immer bei Neuentwicklungen ist man aber vor Überraschungen nicht gefeit.

Denkbar wäre der Einsatz in neuartigen Thermo-Speichern

Erstmals eingesetzt werden könnten die neuen Thermo-Photovoltaik-Zellen dann in sogenannten Thermo-Batterien. Hier wird überschüssiger Ökostrom genutzt, um einen Graphit-Block zu erhitzen. Dieser wiederum könnte seine Wärme dann bei Bedarf mithilfe der neuen Zellen in Strom verwandeln. Zumindest in der Theorie wäre ein solch neuartiger Speicher deutlich preiswerter als die heute oftmals genutzten Lithium-Ionen-Batterien. Ob sich diese Hoffnungen allerdings auch in der Praxis bewahrheiten, bleibt zunächst noch abzuwarten. Klar ist aber: Die Welt ist dringend auf zusätzliche Energiespeicher angewiesen. Denn je stärker die Wind- und Solarkraft weltweit ausgebaut wird, desto schwankender fällt auch die Stromproduktion aus. Dies wiederum stellt die Netzbetreiber vor große Herausforderungen. Zumal die eigentlich ideal geeigneten Pumpspeicherkraftwerke nicht überall errichtet werden können. Neue Ansätze wie die Thermo-Batterie mit integrierten Thermo-Photovoltaik-Zellen sind daher höchst willkommen und dürften zeitnah erprobt werden.

Via: Technology Review