Stromerzeugung: Lautlose Energie – China stellt thermoakustischen Stirling-Generator vor
Der Stirling-Generator wurde zur Zeit der Dampfmaschinen erfunden. Chinesische Wissenschaftler haben einen Prototyp vorgestellt, der (fast) keine beweglichen Teile hat. Das Gerät eignet sich wegen seiner Lautlosigkeit für U-Boote – aber auch für die dezentrale Stromerzeugung.
Wie erzeugt man Strom aus Wärme? Normalerweise mit einer Turbine, die von einem Stoff – etwa Wasser – durchflossen wird, ihre Bewegung produziert dann Strom. Eine andere Methode bietet der Stirling-Motor. Hier wollen chinesische Wissenschaftler einen Durchbruch erzielt haben. Ihr Prototyp hat sowohl militärisches als auch ziviles Potenzial.
Beim Stirling-Generator handelt sich um eine Art umgedrehten Verbrennungsmotor. Zwei "Kolben" werden verbunden, im System befindet sich Gas. In einem Kolben wird es gekühlt und zieht sich zusammen, im anderen wird es erhitzt und expandiert – auf diese Weise kann eine Welle zur Stromerzeugung angetrieben werden. So zumindest das Grundprinzip, das schon 1816 entdeckt wurde lange vor den Verbrennungsmotoren
Kein Geräusch und keine Vibrationen
Der Stirlingmotor hat grundsätzlich einige Vorteile. Er besitzt nur wenige bewegliche Teile und kann daher wartungsarm über lange Zeit betrieben werden und es gibt keine Unwuchten. Der Stirling-Generator kann praktisch lautlos und ohne Vibrationen arbeiten. Dafür gibt es viele Anwendungsbereiche. So lässt sich ein Stirlinggenerator auch als Wärmepumpe einsetzen. Doch der chinesische Versuch hat mit einem anderen Einsatzzweck zu tun: Diese Maschine kann in U-Booten als lautlose Energiequelle dienen. Dazu werden Stirlingmotoren bereits heute benutzt.
Höhere Leistung als zuvor
Der chinesische Prototyp verschiebt die Grenzen der Technik, weil er den Stirling-Generator mit einem speziellen Motor verbindet, und so die Leistungsgrenze nach oben verschiebt. Er konnte eine Leistung von 102 Kilowatt etwa 140 PS aus einer Wärmequelle von 530 Grad Celsius gewinnen. Damit wurde ein Rekord aufgestellt. Professor Hu Jianying Technischen Institut für Physik und Chemie (TIPC) sagte: "Der aktuelle Wirkungsgrad der thermoelektrischen Umwandlung liegt bei etwa 28 Prozent, Mit einer heißeren 600-Grad-Wärmeflüssigkeit könnte der Wirkungsgrad 34 Prozent erreichen." Damit nähert sich der Motor dem Wirkungsgrad von Turbinen ab, bleibt aber noch hinter ihnen zurück.
Bewegung durch Schallwellen
Neu hier ist nicht nur der Stirlingmotor, sondern der damit verbundene thermoakustische Linearmotor. Dieser wandelt Wärme in Schallwellen um, die mitschwingen und ein stabiles Schallfeld bilden. Die Wellen treiben dann einen Kolben an, der wiederum Strom erzeugt. "Der Linearmotor hält zwischen Kolben und Zylinder einen sehr kleinen Raum, etwa so dick wie ein menschliches Haar. Dadurch wird verhindert, dass sich die Teile berühren, während gleichzeitig die luftdichte Umgebung im Inneren erhalten bleibt." Die NASA besitzt ein Patent für so einen Motor, hat aber bislang keinen funktionsfähigen Prototypen vorgestellt.
Stromgenerator auf dem Land
Der Prototyp ist etwa zwei Meter lang und erinnert in der Form an eine Hantel. Die Forscher heben hervor, dass der Motor verschiedene Arten von Wärme nutzen kann, darunter Solarenergie, Abwärme und Biomasse. Die militärische Nutzung als lautlose Energiequelle springt ins Auge, dabei gibt es an vielen Stellen Bedarf an lautlosen Stromerzeugern, etwa auf Booten und Hütten. Im zivilen Bereich dürfte das Potenzial als wartungsarmer, verschleißfreier Generator zur dezentralen Stromerzeugung am größten sein. In der Viehhaltung könnte die Maschine Biomasse und Abwärme direkt in Strom verwandeln.
Quelle: SCMP, NextBigFuture