Metamaterial verbessert Abwärmerückgewinnung

Forscher der Purdue University haben ein neues Metamaterial entwickelt, das die Abwärmeverwertung in Fabriken oder Kraftwerken verbessert. Denn mit seinen ungewöhnlichen Eigenschaften konzentriert das Material Wärmestrahlung in einem engen Bereich des Infrarotspektrums. Das sollte es leicht machen, Abwärme mittels Thermophotovoltaiktechnologie effizient rückzugewinnen. Auch Automotoren und Abgassysteme sind potenzielle Anwendungsgebiete.

Thermophotovoltaik funktioniert wie Solarzellen, wandelt aber statt sichtbarem Licht Infrarot, also Wärmestrahlung, in Strom um. Solche Geräte brauchen spektral optimierte thermische Emissionen bei hohen Temperaturen, so Zubin Jacob, Professor für Elektro- und Computertechnik an der Purdue University. Denn die Thermophotovoltaiklösungen arbeiten in einem bestimmten Wellenlängenbereich wirklich effizient. Würde Wärme nur in diesem Bereich abgestrahlt, wäre das ideal.

Daher hat Jacob in Zusammenarbeit mit deutschen, kanadischen und russischen Kollegen ein spezielles Metamaterial entwickelt. Solche künstlichen Materialien haben ungewöhnliche, nicht in der Natur vorkommende Eigenschaften. Bekannt sind besonders Tarnkappen-Experimente. Das internationale Team hat sein Metamaterial aber nicht konstruiert, um Objekte zu verstecken. Vielmehr zielt es darauf ab, die von Maschinen über einen breiten Spektralbereich abgestrahlte Abwärme in einem bestimmten, engeren Bereich zu verdichten - eben bei jenen Wellenlängen, die für Thermophotovoltaik optimal sind.

Tatsächlich ist es den Forschern gelungen, aus Nanoschichten von Wolfram und Hafniumoxid ein Metamaterial mit den gewünschten Eigenschaften zu fertigen. Das verspricht die Möglichkeit, die Rückgewinnung von Abwärme mittels Thermophotovoltaik deutlich effektiver zu machen. Das könnte beispielsweise bei Kohle- oder Ölkraftwerken viel Energie bringen. Denn dort gehen etwa 50 bis 60 Prozent als Wärme verloren. Auch bei vielen industriellen Maschinen oder Verbrennungsmotoren wäre mit einer effektiven Abwärmerückgewinnung viel zu holen.

Video – https://youtu.be/dbePERsPh-g

http://purdue.edu