Kalte Finsternis lässt Lampen leuchten - wissenschaft.de
Anzeige
Anzeige

Technik+Digitales

Kalte Finsternis lässt Lampen leuchten

Energiegewinnung mit Hilfe des Nachthimmels. (Bild: Aaswath Raman)

Nachthimmelzelle statt Solarzelle: Forscher präsentieren ein raffiniert-einfaches Gerät, das die Kälte des Weltraums nutzen kann, um über ein thermoelektrisches Element Strom zu erzeugen. Die Energieausbeute ist zwar vergleichsweise gering, reicht aber immerhin aus, um eine LED-Lampe zum Leuchten zu bringen. Somit hat das buchstäblich coole Konzept auch Potenzial für Anwendungen, sagen die Forscher.

Weltweit fangen sie auf unzähligen Dächern und Flächen das Sonnenlicht ein: Solarzellen tragen mittlerweile einen beachtlichen Teil zur nachhaltigen Energieversorgung der Menschheit bei. Doch die umweltfreundliche Energiequelle hat bekanntlich einen Haken: Wie der Name schon sagt, ist die Solarenergie an die Sonne geknüpft – die Anlagen können nur tagsüber Strom liefern. Es gibt zwar Möglichkeiten, Energie zu speichern. Die Konzepte dazu belasten aber die Umwelt oder sind kostenintensiv. Wie schön wäre es da, wenn es eine der Solarzelle ähnliche Technologie für die Nacht gäbe. Eine nicht realisierbare Wunschvorstellung, könnte man meinen – doch offenbar stimmt das nicht ganz: „Unser Gerät kann tatsächlich nachts Strom erzeugen, wenn Solarzellen nicht funktionieren“, sagt Aaswath Raman von der University of California in Los Angeles.

Temperaturgefälle angezapft

Aber woher kommt die Energie? Wie Raman und seine Kollegen erklären, entsteht in der Nacht zwischen dem kalten Nachthimmel – beziehungsweise dem Weltraum – und der Erde ein Temperaturgefälle, das sich für die Energiegewinnung ausbeuten lässt. Das Prinzip: Vor allem bei klarem Himmel kann nachts Wärmestrahlung von Objekten auf der Erde intensiv in den Weltraum entweichen. Dem Himmel zugewandte Flächen können durch die teils erhebliche Strahlungskühlung sogar vereisen, währen die abgewandten Seiten vergleichsweise warm bleiben. Genau diesen Effekt haben die Forscher nun gleichsam angezapft.

Ihr Gerät besitzt ein Aluminium-überzoges Styroporgehäuse, das auf der Oberseite eine infrarotdurchlässige Abdeckung besitzt. Sie schirmt warme Luftströmungen von der schwarzen Kühlfläche des Geräts ab. Über sie gibt das System seine Energie in den kalten Nachthimmel ab. Die warme Komponente des Systems bildet ein Aluminiumblock, der mit der Umgebungsluft in Kontakt steht und somit aus ihr Wärme beziehen kann.

Anzeige

Beide Stücke sind über ein sogenanntes Thermoelement miteinander verbunden, dessen Funktion auf der Kopplung zweier metallischer Leiter aus unterschiedlichem Material beruht. Thermoelemente werden bereits zur elektronischen Temperaturmessung eingesetzt. Dabei wird der Effekt genutzt, dass bei einer Temperaturdifferenz entlang des elektrischen Leiters eine geringe elektrische Spannung entsteht. Diese Energie greifen die Wissenschaftler bei ihrem Gerät nun gezielt ab.

Bild: Aaswath Raman

Ausbaufähiges Konzept

Getestet haben sie ihre Nachthimmelzelle auf einem Dach in Stanford, Kalifornien – unter einem klaren Dezemberhimmel. Wie sie berichten, reichte die Energieausbeute aus, um eine weiße LED-Lampe zum Leuchten zu bringen. Die Messungen ergaben, dass das System bis zu 25 Milliwatt Energie pro Quadratmeter erzeugen kann. Dieser Wert ist zwar bescheiden – doch wie die Forscher betonen, handelt es sich bisher auch nur um eine Demonstration der Machbarkeit. Sie gehen davon aus, dass sich die Leistung durch eine verbesserte Technik noch um das Zwanzigfache steigern lässt. Das Besondere ist dem Team zufolge dabei auch die geringe Komplexität des Konzepts: Die Nachthimmelzelle lässt sich recht einfach „basteln“ und alle Komponenten sind zudem frei zugänglich sowie preiswert: Die Wissenschaftler schätzen die Materialkosten ihres Prototyps auf unter 30 Euro.

„Unsere Arbeit zeigt eine besondere Möglichkeit zur Energiegewinnung auf, indem wir die Kälte des Weltraums als nachhaltige Energiequelle nutzen“, sagt Raman. „Wir glauben, dass sich aus dem Konzept eine ergänzende Technologie zu Solaranlagen entwickeln könnte. Obwohl die Leistung zwar immer wesentlich niedriger sein wird, kann das Verfahren interessant sein, denn es kann zu Zeiten Energie liefern, in denen Solarzellen dies nicht können“, resümiert der Wissenschaftler.

Quelle: Cell Press, Fachartikel:  Joule, doi: 10.1016/j.joule.2019.08.009

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Ap|fel|si|nen|baum  〈m. 1u; Bot.〉 aus China stammendes Zitrusgewächs: Citrus Aurantium sinensis

Darm|krebs  〈m. 1; unz.; Med.〉 bösartige Geschwulst im Darm

de|mul|gie|ren  〈V. t.; hat; Chem.〉 eine Emulsion entmischen

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige