Vom Seebeck-Effekt und ZT-Wert

Höhere Stromerzeugung, je größer der Temperaturunterschied

Die Umwandlung von Wärme in Strom erfolgt z.B. durch thermoelektrische Generatoren (TEG). Ihre Erfindung geht auf den Physiker Thomas Seebeck zurück, der 1821 elektrische Spannungen an unterschiedlich warmen Stellen eines Metalls feststellte ("Seebeck-Effekt"). TEG wandeln den Temperaturunterschied in Elektrizität um, und zwar in je mehr Strom, je größer der Unterschied.
Seit dem zwanzigsten Jahrhundert nutzt die Menschheit dieses Prinzip zur Stromgewinnung auf Raummissionen. Auf der Erde bereitete allerdings die mangelnde Effizienz Probleme, denn der ZT-Wert, welcher den Wirkungsgrad des Seebeckeffekts bestimmt, erreichte nur die Zahl eins. Zur ausgedehnten Nutzung durch die Industrie wäre ein ZT-Wert von 1,5 erforderlich.

Doch Forscher sind der Lösung auf der Spur. Steigern ließe sich der ZT-Wert durch eine Senkung der thermischen Leitfähigkeit (bei unveränderter elektrischen Leitfähigkeit). Da elektrische und thermische Leitfähigkeit zusammenhängen, bastelt man z.B. ein nanometergroßes "Supergitter" aus Halbleitermischkristallen. Während Elektronen ohne Schwierigkeiten weiterfließen, wird Wärme abgebremst. Durch Nanotechnologie ließe sich der ZT-Wert auf nahezu 3,5 erhöhen, allerdings ist das Verfahren noch nicht serienreif. Zudem ändern sich viele Nanostrukturen bei steigender Temperatur, was sie für allzu hohe Temperaturen untauglich macht.
Baute man TEG an Autoauspuffe, so ließen sich über fünf Prozent Treibstoff einsparen. Doch auch bei der Verbrennung fossiler Stoffe könnten sie Einsatzmöglichkeiten finden, da dort ständig sechzig Prozent der Energie als Abwärme flöten gehen. Auf dem Markt sind thermoelektrische Systeme bereits, so z.B. durch eine körperwärmebetriebene Armbanduhr. Zur Kühlung lassen sie sich ebenfalls verwenden, wie Campingboxen und Auto-Sitzkühler beweisen. Diese Erkenntnis geht auf den Physiker Jean Peltier zurück.

Freilich beschäftigen sich Forscher in aller Welt nicht nur des Ruhmes willen mit thermoelektrischen Generatoren, sondern auch des Geldes wegen: Das Marktvolumen (momentan über fünfhundert Millionen Euro im Jahr) betrüge bei einem ZT-Wert von 2 mindestens fünf Milliarden Euro jährlich.