ENERGY-HARVESTING-NET Strom aus Wärme Abwärme – Erdwärme – Sonnenwärme In diesem Netzwerk haben sich unterschiedlichste Unternehmen zusammengefunden, so dass sich die Möglichkeit für eine Vielzahl von gemeinsamen FuEVerbundprojekten ergibt. Schwerpunkt der Arbeit des interdisziplinäre Netzwerkes sind Technologien, Verfahren, Anlagen und Produkte auf dem Gebiet der Stromerzeugung direkt aus Wärmedifferenzen mittels des Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester. Einsatzvoraussetzungen für den Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester • Ausreichendes Wärmeangebot • Temperaturdifferenz realisierbar Einsatzmöglichkeiten für den Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester • Metallerzeugung, insbesondere Stahl- und Aluminiumproduktion, • Kältetechnik • Kraftwerke und Verbrennungsmaschinen • Nutzung von Sonnenstrahlung und Erdwärme Beispiel: Energiepotenzial Stahlproduktion • Jährliche Stahlproduktion in Deutschland: ca. 50 Mio. Tonnen • Energieeinsatz: rund 5 kWh/kg > 250 Mio. MWh • Nutzbar für Energy Harvesting: 63 Mio. MWh • Bei einem Effizienzgrad von 1% ergibt sich ein Energiegewinn von 0,63 Mio. MWh bei einem ΔT von 40K • Das ergibt bei einem Energiepreis von 0,10 EUR/kWh einen Ertrag von 63 Mio. EUR pro Jahr Innovativ durch direkte Umwandlung von Wärme in elektrische Energie unter Verzicht auf mechanische Komponenten. Ökologisch durch eine emissionsfreie Technologie zur Mehrfachnutzung von Wärmeenergie. Nachhaltig durch Nutzung der weltweit vorhandenen umfangreichen Wärmepotenziale. Kontakt: [email protected] www.energy-harvesting-net.de Strom aus Wärme Abwärme – Erdwärme – Sonnenwärme Gefördert durch: aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages Mehrfachnutzung von Wärmeenergie als tragende Säule zukünftiger Energieversorgung – Energy Harvesting Der weltweite Energieverbrauch hat inzwischen eine Größe von ca. 500 ExaJoule erreicht. Neben Kraftwerken und Verbrennungsanlagen gehören die 45 Mio. Fahrzeuge zu den größten Abwärmeproduzenten in Deutschland. Über 50% der eingesetzten Energie werden als Wärmeenergie wieder frei und eine Nutzung dieser Energieverluste steht erst am Anfang der Entwicklung. Unter Energy Harvesting (wörtlich übersetzt EnergieErnten) sind neue Technologien zu verstehen, die es erlauben, diese ansonsten verlorene thermische Sekundärenergie teilweise wieder zu verwerten. Funktionalisierte Kunststoffe sind heute in der Lage, derartige Energiemengen aufzufangen, einzusammeln und einer energetischen Wiederverwendung zuzuführen. Eine intensivere Nutzung der verfügbaren thermischen Sekundärenergie ist durch eine Umwandlung in Elektrizität mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren möglich. Die Technologie des Niedrigtemperatur-ThermoHarvesters setzt hierbei auf die Entwicklung und Herstellung thermomotorischer Polymere auf der Basis von Carbon-Nanotubes und anderen Nanopartikeln. Durch die Erzeugung der Nanopartikel direkt in der lösemittelfreien Polymermatrix ist die Beschichtung des Niedrigtemperatur-Thermo-Harvesters sehr umweltfreundlich. Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester Der Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester ist eine Technologie zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie. Er verwendet eine Kunststoffoberfläche mit extrem hohen Adsorptionsvermögen für Wärmeenergie (Infrarot) – einen thermischen Akkumulator. Mit der Erzeugung von Nanopartikeln aus Edel- und Halbedelmetallen, wird die Wärmeübertragung deutlich verstärkt, da diese Partikel in einen Schwingungszustand versetzt werden können. Thermische Energie Thermischer Akkumulator Dieser thermische Akkumulator besteht aus einer mit halbleitenden Partikeln dotierten Polymermatrix. Er stellt die Funktionen des thermischen Kopplers und thermischen Leiters sicher. Die praktische Umsetzung der thermischen Kopplung erfolgt beispielsweise mit IR-absorbierenden Pigmenten (n-/p-leitend) und/oder nanoskaligen Boriden und/oder nanoskaligen kristallinen Werkstoffen, die als Phononenspender dienen. Dies können z. B. modifizierte Titandioxid-Nanopartikel sein, die ebenfalls als Phononenspender agieren und eine Adsorption infraroter Strahlung im Wellenlängenbereich von 800 nm bis 1500 nm ermöglichen. Der thermische Leiter hat die Aufgabe, innerhalb der Polymermatrix die Wärmeleitung sicherzustellen. Zu diesem Zweck werden Carbon-Nanotubes (CNT) bzw. Carbon-Nanofasern in die Polymermatrix eingearbeitet. Die Wärmeleitfähigkeit der CNT ist mit 6000 W/(m·K) doppelt so hoch wie die Wärmeleitfähigkeit des Diamanten und sichert den stabilen Wärmefluss zum Thermogenerator. Die CNT’s werden in einem speziellen Dispergierverfahren in der Matrix stabilisiert. Thermischer Akkumulator Thermischer Transmitter Thermischer Diffusor Kältequelle Thermischer Transmitter Er besteht aus einer thermischer Barriere (mit geringer Wärmeleitfähigkeit), in welche die Thermogeneratoren eingebettet sind. Somit wird die thermische Energie zwangsweise durch die Thermogeneratoren geführt und dadurch in elektrische Energie umgewandelt. Gleichzeitig stellt die Barriereschicht die Basis für die elektrische Kontaktebene dar. Der Thermogenerator besteht aus einem Halbleiterbauelement, welches je nach Energieangebot matrixförmig in die Barriereschicht eingebettet wird. Thermischer Diffusor und Kältequelle Der thermische Diffusor hat die Aufgabe, den thermischen Fluss mit einem hohen Wirkungsgrad sicherzustellen. Hierzu wird unmittelbar hinter dem Thermogenerator eine Kältequelle angeordnet, wodurch ein ständig gleichmäßig hoher Temperaturgradient erzeugt wird.
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