Kraftstoff der Zukunft - News-260

Wie wäre es mit dieser verlockenden Möglichkeit: Anstatt Sonnenkollektoren auf Ihrem Dach zu installieren, könnte die Abwärme Ihres Ofens Ihr Haus mit Strom versorgen.

Das ist noch kein Produkt, aber eine wachsende Zahl von Wissenschaftlern und Clean-Tech-Unternehmen versucht, nutzbare Energie aus Schornsteinen und anderen Abwärmequellen zu gewinnen.

Der weltweite Trend zur Energieeffizienz veranlasst immer mehr Industriebetriebe dazu, die Wärme aus ihren Betrieben wiederzuverwenden, die andernfalls in die Atmosphäre entweichen würde.

In der Zwischenzeit wird eine verbesserte thermoelektrische Technologie, die Wärme in Strom umwandelt, an allen möglichen Stellen angebracht, von Autoauspuffrohren bis zu Schornsteinen.

Dies ist ein Zeichen dafür, dass die Energieeffizienz, die oft im Vergleich zu erneuerbaren Energien oder alternativen Kraftstoffen in den Hintergrund gerät, mehr Aufmerksamkeit von Technologieinnovatoren erhält.

Ein Unternehmen, GMZ Energy, das Anfang des Jahres von Forschern des Boston College und des Massachusetts Institute of Technology gegründet wurde, geht einen Hightech-Weg der Abwärmenutzung.

Es hat ein Verfahren zur Herstellung von Nanomaterialien entwickelt, das die Effizienz bestehender thermoelektrischer Module verbessert, die in der Regel aus Bismuttellurid hergestellt werden und einem Computerchip ähneln.

Thermoelektrische Geräte können in zwei Richtungen arbeiten: Wird ein elektrischer Strom durch ein Modul geleitet, entsteht auf der einen Seite Wärme und auf der anderen Seite Kälte. In umgekehrter Richtung erzeugt die Zufuhr von Wärme zu einem Gerät Strom.

Zunächst plant GMZ Energy, Module für den bestehenden Markt zur Kühlung von kleinen Kühlschränken oder Serverschränken zu verkaufen, sagte CEO Mike Clary. Der größere Markt - in der Größenordnung von Milliarden von Dollar - sei die Umwandlung von Abwärme aus Schornsteinen oder Industrieanlagen in Strom.

"Irgendwann werden wir eine enorme Anzahl von Abwärmenutzungsanwendungen sehen, aber das ist noch 5 bis 10 Jahre entfernt", sagte Clary. "Wir müssen die 10-Prozent-Effizienzschwelle erreichen, um sie rentabel zu machen.

Laut Clary hat der Haushaltsgerätehersteller Bosch Interesse an einem Heizgerät mit einem Aufsatz gezeigt, der aus der Abwärme Strom erzeugt. Bei einem Wirkungsgrad von 10 Prozent könnte ein Haus seinen Strombedarf mit eingeschalteter Heizung decken.

Die Prototyp-Module von GMZ arbeiten jetzt mit einem Wirkungsgrad von etwa 7 Prozent, was 30 bis 40 Prozent besser für die Kühlung ist als bestehende Geräte, so Clary.

Ein thermoelektrisches Modul, das ein Unternehmen für die Nutzung von Abwärme zur Stromerzeugung einsetzen will.

Das Unternehmen, das seine Startfinanzierung von der Risikokapitalfirma Kleiner Perkins Caufield & Byers erhalten hat, will im September eine weitere Finanzierungsrunde einwerben, um die Montage in China aufzubauen, so Clary.

Das Unternehmen bereitet auch ein technisches Papier vor, um zu zeigen, dass sein Herstellungsverfahren, bei dem das Material gefräst und dann zu einem Block gepresst wird, sowohl mit Bismut-Antimontellurid als auch mit Silizium-Germanium für Hochtemperaturanwendungen funktioniert.

Dampf machen, Saft machen
Auch die Automobilhersteller untersuchen die Wärmerückgewinnung durch thermoelektrische Geräte.

BMW und General Motors nehmen die Arbeit auf diesem Gebiet wieder auf und wollen im nächsten Jahr die Anbringung an den Auspuffrohren testen. Bisherige Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Fahrleistung eines Chevrolet Suburban um etwa 5 Prozent bzw. 1 Meile pro Gallone verbessert werden könnte.

Clary von GMZ Energy ist der Meinung, dass das Interesse der Automobilhersteller an der Thermoelektrik ein Grund dafür ist, dass sich der Markt wahrscheinlich entwickeln wird. Er weist auch darauf hin, dass viele Forscher in diesem Bereich tätig sind.

Doch noch vor dem Durchbruch bei den fortschrittlichen Werkstoffen betrachten viele Menschen die Abwärmenutzung als die sprichwörtlich niedrig hängende Frucht der Energieeffizienz.

"Der Markt besteht aus einer Menge verschwendeter Energie, und das ist per definitionem ein Null-Kosten-Rohstoff", sagte Roger Ballentine, Präsident von Green Strategies und Investor im Bereich saubere Technologien. "Das ist ein ziemlich attraktives Angebot".

Ein traditionelles Wärmerückgewinnungssystem. Klicken Sie, um das Bild zu vergrößern.

(Kredit:Recycled Energy Development)

Ballentine war Berater für China Energy Recovery, ein in Shanghai ansässiges Unternehmen, das nach eigenen Angaben 90 Prozent der Energie einfangen kann, die sonst verloren gehen würde.

Effizienz ist im Allgemeinen weniger sexy als die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen, ein Bereich, der mehr Unternehmer und Investoren anzieht. Aber die Wirtschaftlichkeit der Effizienz ist in der Regel besser, sagte Ballentine, der ein stärkeres Wachstum bei der Wärmerückgewinnung erwartet.

"Wenn die Energiepreise weiter steigen, wird die Wirtschaftlichkeit immer besser", sagte er.

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, in denen sowohl Wärme als auch Strom erzeugt wird, gibt es schon seit vielen Jahren. Doch obwohl es sich um eine sauberere Form der Stromerzeugung als die Verbrennung fossiler Brennstoffe handelt, liegt die Kraft-Wärme-Kopplung laut der World Alliance for Decentralized Energy seit einigen Jahren unverändert bei 9 Prozent der Energieerzeugung.

Vergeudung
Das Urgestein der Abwärmerückgewinnung ist Recycled Energy Development, dessen Vorsitzender, Thomas Casten, seit 30 Jahren an Energierecyclingprojekten beteiligt ist.

Bei Projekten in Kraftwerken oder Fabriken bringt das Unternehmen Rohrschlangen um einen Schornstein oder andere Anlagen herum an, um Wasser zu erhitzen. Dieses heiße Wasser wird dann zum Heizen oder für industrielle Prozesse zurück in die Anlage gepumpt. Oder das heiße Wasser wird in Druckdampf umgewandelt, um in einer Turbine Strom zu erzeugen.

Die Wärmemenge, die in einem typischen Kraftwerk in Rauch aufgeht, ist ein "Problem und eine Schande", sagte Dick Munson, Senior Vice President bei Recycled Energy Development, der im Juni auf dem Virtual Energy Forum sprach.

Ein durchschnittliches US-Kraftwerk verbraucht drei Einheiten Brennstoff, um eine Einheit Strom zu erzeugen, was bedeutet, dass zwei Drittel des Energieinhalts als Abfall entsorgt werden, sagte er.

Der Wirkungsgrad von Kraftwerken in den Vereinigten Staaten hat sich seit 50 Jahren nicht mehr verbessert, während es der Industrie in Dänemark gelungen ist, den Wirkungsgrad in den letzten drei Jahren um 60 Prozent zu steigern, sagte er.

Ein Kunde nutzt die überschüssige Energie eines Stahlwerks, um 220 Megawatt Strom zu erzeugen. Das entspricht der Leistung eines einzigen großen Solarkraftwerks. Durch Abwärmerückgewinnung könnten die USA das Äquivalent von 400 Kohlekraftwerken erzeugen, so Munson.

Die Politik müsse aktualisiert werden, um die Effizienz zu fördern, so Munson. Ein weiteres Hindernis für industrielle Wärmerückgewinnungsprojekte sind die hohen Kapitalkosten, fügte Ballentine hinzu.

Eines der größten Hindernisse für die Wärmerückgewinnung ist jedoch die Änderung der Denkweise von Gebäudebetreibern und Produktdesignern.

Das gilt noch mehr für die thermoelektrische Technologie, die noch verbessert werden muss, bevor mehr Menschen sie ernsthaft in Betracht ziehen, so Clary von GMZ Energy. Ein Hybridauto oder ein Diesel-Lkw könnten zum Beispiel die Effizienz verbessern, ebenso wie ein solarthermischer Stromgenerator.

"Neue Denkweisen wie diese lassen sich in komplexen Systemen mit komplexen Produktzyklen nicht über Nacht entwickeln", sagte er. "Wenn die Leute sich darauf einlassen und die Leistung steigt, wird es sich durchsetzen.