Neues Verfahren: Quantenphysik steigert Effizienz der Wärme-zu-Strom-Umwandlung um über 60 %

BerlinForscher der Rice University haben durch den Einsatz von Quantenphysik bedeutende Fortschritte in der Thermophotovoltaik (TPV) erzielt. Unter der Leitung des Ingenieurs Gururaj Naik hat das Team eine neue Methode zur Gestaltung von thermischen Emittern entwickelt. Diese Geräte wandeln Wärme in Licht um, das anschließend von photovoltaischen (PV) Zellen in Strom umgewandelt wird. Das neue Design soll Effizienzwerte von über 60% erreichen und setzt damit einen neuen Maßstab in der TPV-Technologie.

Hauptmerkmale dieser Innovation sind:

• Ein von Quanten inspiriertes Design, das thermische Strahler verbessert.
• Potenzial für netzweite Speicherung als kostengünstige Alternative zu Batterien.
• Aussichten, den industriellen Abwärmeverlust erheblich zu reduzieren.
• Chancen für den Einsatz in extremen Umgebungen, wie beispielsweise bei Weltraummissionen.

Diese Technologie geht über die bloße Steigerung der Effizienz hinaus. Indem sie Abwärme nutzt, die häufig in Industrien wie der Kernenergie und der Fertigung auftritt, bietet sie eine Möglichkeit für diese Industriezweige, umweltschonender zu werden. In den USA verursacht Abwärme bis zu 50 % Energieverlust bei der Materialverarbeitung. Wird diese Energie effektiv eingefangen, könnten erhebliche Einsparungen und Vorteile für die Umwelt erzielt werden.

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Diese Entwicklung hat bedeutende Auswirkungen. Während die Welt vermehrt auf erneuerbare Energien setzt, könnten verbesserte TPV-Systeme entscheidende Bestandteile zukünftiger Energiesysteme werden. Anders als herkömmliche Batterien sind TPV-Systeme in der Lage, über längere Zeiträume hinweg effizient zu arbeiten, was sie ideal für die Energiespeicherung in von erneuerbaren Quellen abhängigen Systemen macht. Dies ist besonders aktuell, da die Nachfrage nach Lösungen für erneuerbare Energien weltweit rasant steigt.

Diese Innovation könnte für Weltraummissionen äußerst nützlich sein. Geräte, die Wärme effizienter in Strom umwandeln, können Missionen wie die Mars-Rover der NASA mehr Energie liefern. Selbst eine kleine Verbesserung der Effizienz dieser Geräte kann die erzeugte Energiemenge erheblich steigern, was in Umgebungen, in denen Ressourcen knapp sind, von entscheidender Bedeutung ist.

Um die Effizienz dieser neuen Technologie optimal zu nutzen, sollten zukünftige Studien sich auf die Entwicklung besserer Materialien konzentrieren. Die Verbesserung dieser Materialien könnte zu fortschrittlicheren TPV-Systemen führen und sie noch effektiver als Energiequellen machen. Da sich Branchen und Technologien weiterentwickeln, verspricht die Kombination von Quantenphysik und Ingenieurwesen ein vielversprechender Ansatz zur Optimierung nachhaltiger Energiewandlungstechnologien zu sein.