Forschung -

Thermomagnetische Generatoren zur ­Nutzung von Abwärme

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden (IFW) haben einen neuen thermomagnetischen Generator entwickelt, um Abwärme in Strom umzuwandeln. Durch eine neue Anordnung der Komponenten wurde die elektrische Ausbeute erheblich verbessert.

Abwärme ist bei vielen Prozessen nicht heiß genug, um sie mit den bisherigen Technologien sinnvoll zu verwenden. Sie wird ungenutzt in die Umwelt geleitet, zum Beispiel bei großen IT-Servern oder am Austritt von Kraftwerkskühltürmen.

Neben thermoelektrischen Materialien, die eine elektrische Spannung direkt aus der Wärmedifferenz des Materials erzeugen, gibt es die Möglichkeit, thermomagnetische Generatoren zu nutzen. Die magnetischen Eigenschaften bestimmter Legierungen hängen sehr stark von der Temperatur ab. Eine Legierung aus den Elementen Lanthan, Eisen, Kobalt und Silizium wurde bisher für magnetische Kühlanwendungen eingesetzt. Unterhalb von circa 27 °C ist das Material magnetisch, während es bei höheren Temperaturen unmagnetisch ist. Wird das Material abwechselnd mit warmem und kaltem Wasser in Berührung gebracht, ändert sich fortwährend die Magnetisierung des Materials. Das wiederum induziert in der angelegten Spule eine Spannung. Bisher war die Ausbeute deutlich geringer als die von thermoelektrischen Generatoren, obwohl in theoretischen Berechnungen viel bessere Kennzahlen erreichbar sind.

Mithilfe einer neuen Anordnung der Legierungskomponenten ist 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 deutlich zu verbessern. Hierzu verwenden 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 leitet oder unterbricht abwechselnd den Magnetfluss. Die ständige Umpolung des Magnetflusses induziert in den Spulen eine elektrische Spannung. Mit einer Spannung von 0,2 V und einer Leistung von 1,24 mW kann der neue thermomagnetische Generator eine Alternative zu thermoelektrischen Generatoren darstellen. Die Forscher sehen viele Möglichkeiten, diese Kennzahlen weiter zu optimieren.

A. Waske, D. Dzekan et al.: Energy harvesting near room temperature using a thermomagnetic generator with a pretzel-like magnetic flux topology. Nature energy 4 (2019), p. 68–74

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