Fotolia 57905881 SIn Österreich arbeiten Forscher bereits an der Entwicklung von Pelletsöfen, die mit thermoelektrischen Generatoren ausgestattet sind und unabhängig von einem Stromanschluss betrieben werden können. Diese Öfen versorgen sich also gewissermaßen selbst mit Strom. Sie sollen vor allem im ländlichen Raum eingesetzt werden, um die Bewohner dort bei möglichen Stromausfällen vor der Kälte zu schützen.

Ein Hafnermeister zum Vorbild

Die Wissenschaftler der Wieselburger Forschungseinrichtung Bioenergy 2020+ arbeiten bereits seit 2004 daran, eine netzautarke Pelletsheizung zu entwickeln. Sie nahmen die Idee des Burgenländischen Hafnermeisters Franz Schrödl als Vorbild: Dieser hatte vor nunmehr 17 Jahren einen stromerzeugenden Kachelofen entwickelt und wurde dafür mit dem Energy Globe ausgezeichnet.

Zu dieser Entwicklung hatte ihn ein Bericht im Fernsehen über Mars-Satelliten angeregt. Daraufhin brachte er an einem Kachelofen thermoelektrische Generatoren an, wodurch er durch die Wärme des Ofens Glühbirnen zum Leuchten bringen konnte.

So funktionieren thermoelektrische Generatoren

Bei thermoelektrischen Generatoren wird der sogenannte Seebeck-Effekt genutzt. Dabei wird in einem Halbleiterelement eine Teilchenbewegung durch den Temperaturunterschied zwischen der kalten und der heißen Seite am Generator ausgelöst, wodurch ein Stromfluss entsteht. Diesen Effekt nutzten auch die österreichischen Forscher, die in ihren netzautarken Pelletsöfen das thermoelektrische Material Bismut-Tellurid verwendet. Allerdings bringt das Halbmetall den Nachteil mit sich, dass es sehr teuer ist und nur von wenigen Herstellern für thermoelektrische Generatoren verwendet wird.

Eigentlich wollten die Forscher die Elemente zur Erzeugung von Strom in Kesseln mit einer Leistung von 10 bis 25 Kilowatt verwenden, mangels thermoelektrischen Generatoren im höheren Leistungsbereich wurde das Projekt aber vorerst auf Eis gelegt. In einem niedrigeren Leistungsbereich funktioniert die Kraft-Wärme-Kopplung hingegen sehr gut. Mit dem TEG250, das verwendet wurde, lässt sich so viel Strom produzieren, wie die Zündung, die Zufuhr von Pellets und das Saugzuggebläse im Vollastbetrieb verbrauchen.

Beim verwendeten Pelletsofen, der eine Heizleistung von bis zu zwölf Kilowatt erbringt, wurden die thermoelektrischen Generatoren in Form eines Sechsecks um den Feuerraum herum angebracht. Jedes der TEGs besteht aus vier Platten, die mit je sechs thermoelektrischen Modulen bestückt sind. Damit durch diese Konstruktion tatsächlich Strom erzeugt werden kann, muss auf der Heißseite eine Temperatur von 250 Grad Celsius herrschen, während die luftgekühlte Kaltseite etwa 100 Grad Celsius heiß sein sollte. Unter diesen Voraussetzungen lassen sich mit dem verwendeten TEG 250 60 Watt Strom erzeugen.

Dabei liegt der Wirkungsgrad des TEG etwa bei 2,5 Prozent, während die Kraft-Wärme-Kopplung einen Wirkungsgrad von 0,7 Prozent erreicht. Obwohl die Effizienz insgesamt auf einem relativ niedrigen Level liegt, reicht die Strommenge aus, um den Ofen auch bei Stromausfall betreiben zu können.

Autos als neues Einsatzgebiet?

Auch die Autohersteller haben mittlerweile TEG, die lautlos und dauerhaft arbeiten, für sich entdeckt. Die Autoindustrie will sie verwenden, um die Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln. Dadurch könnte sich die Kraftstoffausbeute um bis zu fünf Prozent erhöhen lassen. Beim Einsatz im Auto steckt diese Technologie allerdings noch in den Kinderschuhen, während sie bei Pelletsöfen schon kurz vor der Marktreife steht. Lediglich das Industriedesign des Ofens wollen die Wieselburger Forscher im Rahmen eines Nachfolgeprojektes noch verbessern, bevor die Pelletsofen-TEGs tatsächlich in die Serienfertigung gehen könnten.