Forscher des MIT und des National Energy Laboratory (NREL) haben es gerade getan Details gepostet einer Wärmekraftmaschine ohne bewegliche Teile. Der Motor hat derzeit einen Wirkungsgrad etwa 40% und eines Tages könnte es in Zukunft Dampfturbinen ersetzen.
TPV thermische Photovoltaikzelle
Die neue Wärmekraftmaschine hat einige ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Photovoltaikzellen, fängt aber hohe Photonen ein energia von einer Glühquelle, um Strom zu erzeugen. Es ist in der Lage, Energie aus Temperaturen zwischen 1900 und 2000 Grad Celsius (zwischen 3.400 und 4.300 Grad Fahrenheit) zu erzeugen.
In Zukunft könnte diese Wärmekraftmaschine die Zellen in eine Wärmebatterie im Netzmaßstab integrieren. Bei Bedarf könnten TPV-Zellen Wärme in Strom umwandeln und in das Netz einspeisen, um Versorgungslücken zu schließen, die durch Versorgungsbeschränkungen für erneuerbare Energien verursacht werden.
Und heute?
Im Moment hat das Team erfolgreich die Funktionsweise der grundlegenden Elemente eines solchen kleinen Systems demonstriert. Er arbeitet derzeit daran, alle Komponenten miteinander zu verbinden, um einen Test in voller Größe zu erstellen.
Langfristig könnten, wie erwähnt, thermische Photovoltaikzellen fossile Kraftwerke vollständig ersetzen.
„Diese Wärmekraftmaschine ist der letzte wichtige Schritt, um zu beweisen, dass thermische Batterien ein tragfähiges Konzept sind“, erklärt er Asegun Henry, Robert N. Noyce Professor für berufliche Entwicklung am MIT Department of Mechanical Engineering. „Dies ist ein absolut entscheidender Schritt auf dem Weg der ökologischen Wende hin zu einem vollständig dekarbonisierten Netz.“
Eine Revolution für die Energiewirtschaft
Heute stammt der Großteil der globalen Energieerzeugung aus Quellen wie Kohle und Erdgas sowie einigen großen Energiequellen wie Kernkraft und konzentrierter Solarenergie.
Dampfturbinen sind die am weitesten verbreitete Technologie zur Umwandlung von Wärme in Strom – eine Technologie, die sich seit über einem Jahrhundert kaum verändert hat. Und nicht so effizient, wie es scheint.
Dampfturbinen konvertieren etwa 35 % der Energie von einer Wärmequelle in nutzbaren Strom: Einige Modelle erreichen Wirkungsgrade bis 60%. Das ist großartig, aber Dampfturbinen haben einen erheblichen Nachteil: Sie benötigen bewegliche Teile, die sich mit der Zeit abnutzen.
Die Teile müssen auch hohe Temperaturen über lange Zeiträume aushalten. Die Teile verschleißen schließlich mit der Zeit. Um dies zu vermeiden, untersucht die Forschung Festkörperalternativen, die einen direkten Ersatz für herkömmliche Dampfmaschinen darstellen könnten.
Eine Festkörper-Wärmekraftmaschine
„Einer der Vorteile von Festkörper-Stromrichtern ist, dass sie bei höheren Temperaturen mit geringeren Wartungskosten betrieben werden können, da sie keine beweglichen Teile haben“, betont Henry die neu entwickelte Wärmekraftmaschine.
TPV-Zellen könnten nur der Ausgangspunkt für solche Dinge sein. Die anstehenden Verbesserungen haben ein enormes Potenzial, die Abhängigkeit der globalen Volkswirtschaften von fossilen Brennstoffen zu verringern.
„In Bezug auf die Nachhaltigkeit gibt es hier definitiv einen riesigen Nettogewinn“, sagt Henry. „Die Technologie dieser Wärmekraftmaschine ist sicher und umweltfreundlich.“
