Teststand, Bild: Fraunhofer IKTS

Teststand zur effizienten und autarken Verstromung der anfallenden Abwärme eines bei 800 °C arbeitenden vollkeramischen Heizleiters in keramischen TEG-Modulen. Bild: Fraunhofer IKTS

Gegenwärtig wird weniger als die Hälfte der eingesetzten Energie in Industrieprozessen, Verkehr oder Haushalten tatsächlich genutzt. Der Großteil der Primärenergie entweicht trotz zahlreicher Energiesparmaßnahmen immer noch als Abwärme in die Umwelt. Thermoelektrische Generatoren (TEG) können helfen, diese ungenutzte Wärmeenergie in Elektrizität umzuwandeln. Allerdings gibt es bisher noch Hürden hinsichtlich Kosteneffizienz, Rohstoffverfügbarkeit, Verarbeitbarkeit und Umweltverträglichkeit der eingesetzten thermoelektrischen Werkstoffe.

Keramische Werkstoffe bieten hier mit ihrem außergewöhnlich flexiblen Eigenschaftsspektrum eine Lösung. Sie lassen sich umweltfreundlich und aus leicht verfügbaren Rohstoffen fertigen. Bislang konnten allerdings nur keramische TEGs für begrenzte Aufgaben und mit niedriger Energiewandlungseffizienz realisiert werden.

Keramische TEGs kosteneffizient herstellen

Das Fraunhofer IKTS verfügt über ein umfassendes Know-how zur Herstellung von keramischen Thermoelektrika. Als erste deutsche Forschungseinrichtung ist es dem IKTS gelungen, voll funktionsfähige keramische TEGs kosteneffizient herzustellen, die über eine lange Lebensdauer verfügen und bei hohen Temperaturen einsetzbar sind, was sie energetisch interessant macht.

"Wir bieten unseren Kunden wirtschaftlich attraktive keramische TEG-Module, mit denen wertvolle Abwärme autark und zuverlässig verstromt werden kann – und das bei Temperaturen bis zu 1000 °C. Solche robusten, wartungsfreien und vor allem langlebigen TEGs sind für eine Vielzahl von Anwendungen attraktiv, zum Beispiel in metallurgischen Prozessen oder in den heißen Zonen von Verbrennungsmotoren", erläutert Hans-Peter Martin, Leiter der Gruppe Nitridkeramik und elektrisch funktionelle Strukturkeramik am Fraunhofer IKTS.

Die Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS bieten die kundenspezifische Entwicklung keramischer TEG-Module an – adaptiert für die jeweiligen Bedingungen des Wirtsprozesses. Dafür werden die keramischen Komponenten hinsichtlich elektrischer Parameter, chemischer Wechselwirkungen und geometrischer Anforderungen optimiert und – auf Wunsch – in das individuelle thermische System integriert.