Wissenschaft im Trend: Forscher nutzen niederwertige Abwärme zur Stromerzeugung
Niederwertige Abwärme ist ein Artefakt vieler Energiegewinnungsmethoden. In Fahrzeugen wird die Abwärme im Winter umgeleitet, um die Heizung zu versorgen, doch im Sommer wird diese Wärme in die Umgebung abgegeben. Kohle-, Atom- und andere Kraftwerke benötigen hochwertige Wärme zur Energieerzeugung. Doch nach der Erzeugung wird die überschüssige Wärme in Kühltürme geleitet, um sie abzuführen. Forscher der Pennsylvania State University in den Vereinigten Staaten verwenden diese Abwärme, um noch mehr Strom zu erzeugen. Das Team verwendet eine thermisch regenerierte Batterie auf Ammoniakbasis, die aus Kupferelektroden und Ammoniak besteht, das nur dem Anolyt zugefügt wird, dem Elektrolyt rund um die Anode. Fang Zhang, Postdoc-Stipendiat im Umweltingenieurwesen an der Penn State Universität erklärt das Verfahren: "Die Batterie wird solange funktionieren bis die Reaktion das Ammoniak verbraucht hat, das für die komplexe Bildung im Elektrolyt an der Anode benötigt wird, oder die Kupferionen im Elektrolyt an der Kathode erschöpft sind. Dann endet die Reaktion." Mit niedriggradiger Abwärme aus einer externen Quelle destillieren die Forscher Ammoniak aus dem Abwasser, das im Anolyt der Batterie übrig bleibt, und dann führen sie dieses in die ursprüngliche Kathodenkammer der Batterie zurück. Der Ammoniakflüssigkeitsstrom kann die thermische Energie in der Batterie in elektrische Energie umwandeln. Science Daily zitiert Bruce E. Logan, Kappe Professor für Umweltingenieurwesen an der Penn State Universität: "Die Verwendung von Abwärme für die Stromerzeugung würde eine zusätzliche Stromerzeugung ohne den zusätzlichen Verbrauch fossiler Brennstoffe ermöglichen. Thermisch regenerierbare Batterien sind eine kohlenstoffneutrale Art, Abwärme zu speichern und diese in Strom zu potenziell geringeren Kosten als bei Feststoffvorrichtungen umzuwandeln." Der Forscherbericht, der in der neuesten Ausgabe von "Energy and Environmental Science" veröffentlicht wurde, bemerkt: "Wir präsentieren hier eine sehr effiziente, günstige und skalierbare thermisch regenerierbare Batterie auf Ammoniakbasis, in der Strom durch die Bildung eines Kupfer-Ammoniakkomplexes erzeugt wird … Wenn erforderlich, kann die Batterie entladen werden, sodass die gespeicherte chemische Energie effektiv in Strom umgewandelt wird." Engineering.com erinnert an die Probleme mit vorangegangenen Methoden der Gewinnung von niederwertiger Abwärme: "Die Menge an erzeugter Energie, die etwa in einem System, das salziges und weniger salziges Wasser zur Stromerzeugung verwendet, war im Verhältnis zur verwendeten Wassermenge zu gering. Das thermische regenerative Ammoniakbatteriesystem kann etwa 29 Prozent der chemischen Energie in der Batterie in Strom umwandeln und durch künftige Optimierung noch stark verbessert werden." Den Penn State News zufolge erzeugten die Forscher über mehrere Zyklen eine Stromdichte von etwa 60 Watt pro Quadratmeter, was sechs bis zehn Mal höher als die von anderen thermisch-elektrischen Stromumwandlungssystemen produzierte Stromdichte ist. Die Forscher empfehlen, dass die aktuelle thermische regenerative Ammoniakbatterie nicht optimiert wird, damit durch Manipulation der Batterie mehr Strom produziert und die Betriebskosten der Batterie reduziert werden. Penn State News kommt zu dem Schluss: "Die Forscher waren in der Lage, die Stromdichte zu erhöhen, indem sie die Anzahl der Batterien erhöhten, sodass diese Methode auf eine Weise skalierbar ist, dass sie kommerziell interessant sein könnte." Weitere Informationen sind abrufbar unter: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ee/c4ee02824d#!divAbstract(öffnet in neuem Fenster)
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