Thermoelektrischer Generator für 30 Dollar erzeugt Strom aus Weltraum-Kälte

„Ein großer Teil der Weltbevölkerung hat noch immer keinen Zugang zu Strom, insbesondere nachts, wenn Photovoltaikanlagen nicht mehr in Betrieb sind“, heißt es in einer Studie der Stanford University. Die Möglichkeit, nachts Strom zu erzeugen, könnte eine grundlegende Voraussetzung für ein breites Anwendungsspektrum sein: einschließlich Beleuchtung und Sensoren mit geringer Leistung.

Forscher der Stanford University und der UCLA Samueli School of Engineering haben eine Möglichkeit gefunden, nachts Strom zu erzeugen. Dank der Kälte des Weltraums.

Das Prinzip ist jedem Autofahrer ohne Garagenstellplatz bekannt. Sinken die Temperaturen in den einstelligen Bereich, zeigt sich – trotz Plusgrade – manchmal Eis auf Windschutz- und Heckscheibe. Die Ursache ist die sogenannte Strahlungskühlung des Himmels.

„Dieser Effekt tritt immer auf, besonders in klaren Nächten“, erläutert Projektleiter Aaswath Raman, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der UCLA. „Das Ergebnis ist, dass das Objekt, das die Wärme abgibt, egal ob Auto, Boden oder Gebäude, etwas kühler als die Umgebungstemperatur ist.“

Die Physik besagt, dass Wärme stets vom Warmen zum Kalten geht. Im Falle der Strahlungskühlung ist die Windschutzscheibe die warme Seite, die einen Teil seiner Wärme über Strahlung abgibt. Die kalte Seite sind die dunklen und kalten unendlichen Weiten des Weltraums. Auf diese Weise sinkt die Temperatur der Scheiben unter null und die Luftfeuchtigkeit friert an der Oberfläche.

Strom aus der Dunkelheit

Der thermoelektrische Generator der Forscher funktioniert nach demselben Prinzip. Entscheidendes Element ist ein Bauteil, dass Temperaturunterschiede in elektrische Spannung umwandeln kann. Der Generator kostet jedoch ungleich weniger als ein Auto. Alle Teile zusammen sind für etwa 30 Dollar zu haben.

Grafische Darstellung der Funktionsweise des Thermoelektrischen Generators. Foto: Aaswath P. Raman / UCLA Samueli School of Engineering

Mit einer elektrischen Leistung von 25 Milliwatt pro Quadratmeter – genug um eine LED zu betreiben – erzeugt der thermoelektrische Generator sprichwörtlich Licht aus der Dunkelheit selbst. Durch Veränderung der eingesetzten Materialien könnte die Ausbeute um den Faktor 20 auf bis zu 0,5 W/m² gesteigert werden, so Raman.

Ähnlich einer Photovoltaikanlage kann eine auf dem Dach installierte Anlage damit über Nacht ein Smartphone laden oder ausreichend Strom für Beleuchtung liefern. (ts)