Elektrische Ausbeute magnetischer Generatoren um Größenordnungen verbessert
Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden (IFW) haben einen neuen magnetischen Generator entwickelt, um Abwärme in Strom umzuwandeln. Durch eine clevere Anordnung der Komponenten sei es gelungen, die elektrische Ausbeute um Größenordnungen zu verbessern. Damit qualifizierten sich thermomagnetische Generatoren zur anwendungstauglichen Technologie für die Rückgewinnung von elektrischer Energie aus Abwärme.
Bei vielen Prozessen im Alltag und in der Industrie entstehe Abwärme, die nicht heiß genug ist, um sie sinnvoll zu verwenden. In der Regel werde sie ungenutzt in die Umwelt geleitet, so zum Beispiel auch bei großen IT-Servern oder am Austritt von Kraftwerks-Kühltürmen. Bisher gebe es kaum anwendungsreife Technologien, um diese Niedertemperatur-Abwärme in Elektrizität umzuwandeln. Große Hoffnungen würden auf sogenannte thermoelektrische Materialien gesetzt, bei denen eine elektrische Spannung direkt aus der Wärmedifferenz des Materials erzeugt werden könne. Eine andere Möglichkeit sei die Nutzung thermomagnetischer Generatoren. Diese machten sich zu Nutze, dass die magnetischen Eigenschaften bestimmter Legierungen sehr stark von der Temperatur abhängen. Ein solches Material sei zum Beispiel die Legierung aus den Elementen Lanthan, Eisen, Kobalt und Silizium, die bisher für magnetische Kühlanwendungen eingesetzt wurde, so die Wissenschaftler vom IFW in Dresden.
Magnetisierung ändert sich fortwährend
Unterhalb von ca. 27 Grad Celsius ist das Material magnetisch, während es bei höheren Temperaturen unmagnetisch ist. Werde das Material abwechselnd mit warmen und kalten Wasser in Berührung gebracht, ändere sich fortwährend die Magnetisierung des Materials. Das wiederum bewirke, dass in der angelegten Spule eine Spannung induziert werde, die für einen Verbraucher genutzt werden könne. Dieses Prinzip thermomagnetischer Generatoren sei bereits vor mehr als hundert Jahren entwickelt worden. Allerdings sei die Ausbeute bisher deutlich geringer als die von thermoelektrischen Generatoren, obwohl theoretische Berechnungen zeigten, dass viel bessere Kennzahlen erreichbar sein sollten.
Durch eine clevere Anordnung der einzelnen Komponenten sei es Wissenschaftlern des IFW Dresden in Kooperation mit der TU Dresden und der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) in Berlin gelungen, die Leistung von thermomagnetischen Generatoren um Größenordnungen zu verbessern. Hierzu verwendeten sie einen magnetischen Kreislauf aus zwei magnetischen Quellen und zwei Elementen der thermomagnetischen Legierung. Die einzelnen Komponenten sind mit magnetisch leitendem Material verbunden, das an zwei Stellen mit einer Spule umwickelt ist. Ein kalt-warmes Wechselbad der thermomagnetischen Elemente führe nun dazu, dass sie den Magnetfluss abwechselnd leiten oder unterbrechen. Dies habe eine ständige Umpolung des Magnetflusses in den Kreisläufen zur Folge, wodurch in den Spulen eine elektrische Spannung induziert werde.
Mögliche Alternative zu thermoelektrischen Generatoren
Mit einer Spannung von 0,2 Volt und einer Leistung von 1,24 Milli-Watt sei der neue thermomagnetische Generator nicht nur um Größenordnungen besser als seine Vorgänger, sondern entwickele sich damit auch zu einer möglichen Alternative zu thermoelektrischen Generatoren. Hinzu komme, dass die Autoren noch viele Möglichkeiten sehen, diese Kennzahlen weiter zu optimieren. Sie seien sehr zuversichtlich, dass die enorme Verbesserung des thermomagnetischen Generators dieser Technologie zum Durchbruch verhelfe.
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