Ther­moelektrische Gen­er­atoren

• Herstellung von kaltgepressten thermoelektrischen (TE)-Materialien
• Materialforschung zur Steigerung der thermoelektrischen Effizienz
• Fertigung von hochtemperaturtauglichen thermoelektrischen Generatoren (TEGs)
• Messstand zur TEG-Analyse und Charakterisierung von TE-Materialien
• Applikation von kommerziellen TEGs in bestehende Industrieprozesse

Thermoelektrische Generatoren (TEGs) wandeln auf Basis des Seebeck-Effektes einen Wärmestrom direkt in elektrische Energie um. Die Umkehrung des geläufigeren Peltier-Effektes ermöglicht so einen effizienteren Energieeinsatz, da die in unserem Alltag stets präsenten Abwärmeverluste reduziert werden können. Ein Auto gibt beispielsweise 2/3 der im Kraftstoff enthaltenen Energie über die Abgase an die Umgebung ab. Aber auch in großen Industriezweigen wie der Stahlindustrie werden riesigen Mengen an Energie zum Aufheizen und Bearbeiten von Stahl aufgewendet, die anschließend während des Kühlens wieder gezielt verloren geht.
Das potentielle Anwendungsfeld für TEGs ist somit riesig, jedoch steht der Durchbruch dieser Technologie weiterhin aus. Dies liegt unter anderem am schlechten Wirkungsgrad, der derzeit bei ungefähr 5 % liegt. Aus diesem Grund sind die dominanten Forschungsschwerpunkte die Optimierung bekannter-, sowie Herstellung neuer TE-Materialien.

Das Fachgebiet Sensorik forscht ebenfalls seit ca. 5 Jahren im Bereich der Thermoelektrik. Innerhalb des vom „Bundesministerium für Bildung und Forschung“ geförderten Projektes HOTGAMS wurden thermoelektrische Materialien hergestellt und über hochtemperaturtaugliche Kontakte elektrisch miteinander verbunden. Die so hergestellten TEGs (siehe Abbildung – links) wurden im fachinternen Messstand analysiert und Herstellungsprozesse zur Materialoptimierung angepasst. Durch die Teilnahme am Förderwettbewerb des „Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung“ wird aktuell zudem eine Machbarkeitsstudie zu Praxisanwendungen von derzeit kommerziell erhältlichen TEGs durchgeführt. Bestandteil dessen ist der Entwurf und die Herstellung eines Prototypmoduls (siehe Abbildung – rechts), in das kommerziell erhältliche TEGs integriert werden können und das bei der Firma Benteler als Praxistest in bestehende Industrieprozesse integriert wird.