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Die neu entwickelte halbautomatische Pilot-Fertigung für thermoelektrische Hochtemperaturmodule erlaubt deutlich höhere Stückzahlen als die bisher übliche manuelle Fertigung.
© Fraunhofer IPM
Thermoelektrik
11.08.2016

Verschiedene Thermoelektrik-Module aus der Produktion der Pilot-Fertigung. Der Maßstab der gezeigten Module reicht von Würfelzucker- bis etwa Streichholzschachtel-Größe (16x16 mm bzw. 40x40 mm).
© Fraunhofer IPM

Pilot-Fertigung für thermoelektrische Module

Thermoelektrische Generatoren wandeln Abwärme direkt in elektrischen Strom. Sie nutzen Temperaturunterschiede und ebnen den Weg für energieeffizientere Produktionsprozesse. Doch die Technologie hat noch ein Nischendasein, weil die Modulherstellung arbeitsaufwendig und dadurch teuer ist. Freiburger Forscher wollen das nun besser machen.

Die Wissenschaftler nahmen am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Ende Juli 2016 eine neue, halbautomatische Pilot-Fertigung für thermoelektrische Hochtemperatur-Module in Betrieb. Mit ihr wollen sie diese Module preiswerter herstellen. Dr. Jan König, Gruppenleiter Thermoelektrik am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM betont: „Mit der Pilotfertigungsanlage haben wir einen wichtigen Schritt gemacht. Wir demonstrieren im Labormaßstab, dass Thermoelektrik-Module automatisiert in Serie hergestellt werden können. Das wurde bisher sehr aufwendig in Handarbeit erledigt.“ Die automatisierte Fertigung reduziert die Herstellungskosten etwa um drei Viertel. Damit lassen sich nun auch größere Stückzahlen thermoelektrischer Module deutlich kostengünstiger produzieren. Die Forscher nutzen diese insbesondere zum Aufbau von Versuchs- und Demonstrationsanlagen, mit denen sie das Potenzial der Technik verdeutlichen wollen.

Die neuen Thermoelektrik-Module bestehen aus sogenannten Halb-Heusler-Materialien. Sie sind im Hochtemperatur-Bereich bis 600 Grad Celsius einsetzbar. Sie decken damit einen Temperaturbereich ab, der mit den bisher üblichen Materialien aus Bismuttellurid nicht erreichbar war – diese lassen sich lediglich bis etwa 250 Grad Celsius nutzen. Die Module aus Halb-Heusler-Materialien eignen sich dafür, elektrische Energie aus der Abwärme von Hochtemperaturprozessen in der Metall-, Zement- und Glasindustrie zu erzeugen. Ebenso können sie Abwärme von Blockheizkraftwerken (BHKW) oder von Kraftfahrzeugs-Verbrennungsmotoren verstromen.

Automatisierung senkt Herstellungskosten

Bei der Modulherstellung sägt, poliert, platziert und lötet die vom Fraunhofer IPM entwickelte Pilot-Fertigungsanlage automatisch. So können deutlich mehr thermoelektrischer Hochtemperaturmodule hergestellt werden als bisher. Dadurch werden Demonstratoren und Prototypen von Gesamtsystemen auch deutlich preiswerter. Denn thermoelektrische Gesamtsysteme zur Abwärmenutzung enthalten oft bis zu einige hundert Module.
König erläutert: „Unsere Pilotanlage zeigt: Eine kostengünstige Massenfertigung ist machbar. Damit kommen wir dem industriellen Einsatz thermoelektrischer Module ein gutes Stück näher.“

Abwärmenutzung mit Thermoelektrik

Die Forscher erwarten, dass es dank günstigerer Herstellungskosten bald möglich wird, mit thermoelektrischen Generatoren auch bei kleinen Haus-BHKW oder Brennwertthermen die Stromausbeute zu steigern. Die Fraunhofer Forscher planen, für BHKW-Anlagen passende thermoelektrische Generatoren mit geeigneten Wärmetauschern zu bauen. Um das Potenzial der Technik zu demonstrieren, wollen sie mit diesen aus der Abwärme Strom im Kilowatt-Maßstab erzeugen. Die erwünschte Leistung erzielen sie dadurch, dass sie jeweils bis zu einige hundert Module zusammenschalten.

(gh)

Merkzettel

Adressen

Entwicklung der Pilotfertigung
Fraunhofer IPM

Links

thermoelektrik.info
Deutsche Thermoelektrik-Gesellschaft (DTG)

thermoelektrik.fraunhofer.de
Fraunhofer-Netzwerk Thermoelektrik

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Weblink zum Portal mit Nachrichten und Berichten aus der Forschung für die energieeffiziente Industrie

Infotipp

Thermoelektrik: Strom aus Abwärme
BINE-Themeninfo I/2016

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert im Forschungsfeld Abwärmenutzung mit Projekten wie ThermoHEUSLER und HighTEG die Entwicklung sogenannter thermoelektrischer Module, die aus Industrieabwärme elektrischen Strom gewinnen.