Energy Harvesting  Forschende entwickeln batterielose Stromversorgung für maritime Sensoren

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

SIKO GmbH

a.b.jödden gmbh

Das NLR treibt die batterielose Stromversorgung für maritime Sensoren voran. Im Einsatz: ein kompakter thermomagnetischer Generator nach dem Vorbild Teslas und Edisons. Dieser nutzt die Temperaturunterschiede zwischen Meerwasser und Luft für die Produktion von Strom.

Der Schlüssel zu Zukunftstechnologien liegt manchmal in der Vergangenheit – was Ravi Kishore, leitender Forschungsingenieur am National Laboratory of the Rockies (NLR), dem Labor des US-Energieministeriums für integrierte Energieforschung, beispielsweise zu perfektionieren versucht, hat seinen Ursprung in den Visionen von Nikola Tesla und Thomas Edison aus dem 19. Jahrhundert. „Sowohl Tesla als auch Edison haben mehrere Patente auf diese Technologie“, sagt Kishore. Die beiden Genies entwickelten jeweils einen thermomagnetischen Generator, der eine Änderung der Magnetisierung nutzt, um elektrischen Strom zu erzeugen. Nachfolgende Forschungen ergaben jedoch, dass diese Technologie für die großtechnische Stromerzeugung nicht praktikabel ist. Doch Kishore denkt in kleineren Dimensionen.
Seine Idee ist es, dass die Technologie gerade genug Energie liefert, um drahtlose Sensoren zu betreiben, die im Ozean schwimmen – er denkt dabei also eher in Milli- statt in Megawatt.  Kishore testetet seinen Prototypen in einem 15-Gallonen-Süßwasseraquarium. Das spätere Gerät soll mit einer Länge von etwa 30 cm nicht viel größer sein.

Wie funktioniert ein thermomagnetischer Generator?

Der thermomagnetische Generator nutzt den Temperaturunterschied zwischen dem Ozean und der darüberliegenden Umgebungsluft zur Energieerzeugung.

• Die Forschenden nutzen Gadolinium, ein Seltenerdelement, bekannt für seine magnetischen Eigenschaften bei Raumtemperatur.
• Gadolinium wird über seinen Curie-Punkt erhitzt, wodurch es seine magnetischen Eigenschaften verliert. Der Temperaturunterschied ermöglicht es, Gadolinium ständig zwischen magnetischem und nichtmagnetischem Zustand wechseln zu lassen.
• Der Wechsel des magnetischen Zustands des Gadoliniums wird genutzt, um elektrischen Strom zu erzeugen.
• Die höhere Temperatur des Ozeanwassers und die niedrigere Temperatur der Umgebungsluft sind ausreichend, um den magnetischen Übergang zu initiieren und zu erhalten. Der Unterschied beträgt weniger als 10 Grad, aber das Gerät ist so konzipiert, dass es auch dann funktioniert, wenn Wasser und Luft etwa die gleiche Temperatur haben. Die Verdunstungskühlung durch den Wind sollte ausreichen, um den magnetischen Übergang auszulösen.

Einsatz beispielsweise in maritimen Sensoren geplant

Die Forscher stellen sich vor, dass die thermomagnetischen Generatoren zur Stromversorgung von Meeres-Sensoren eingesetzt werden könnten, die ihre Daten drahtlos an eine Überwachungsstation übertragen. 

Nachdem die Technologie den Aquarium- und Wassertank-Test bestanden hat und die erforderliche Energiemenge produziert, entwickeln die Wissenschaftler nun Methoden, um ihren thermomagnetischen Generator vor den rauen Bedingungen im Meer zu schützen. „Es ist nicht trivial, ein Gerät so zu konstruieren, dass es im Meer funktioniert“, sagte Kishore. „Es ist eine sehr raue Umgebung, insbesondere wenn man möchte, dass es dort überlebt.“ Als Nächstes wird das Team einen Feldtest im Ozean durchführen. Dabei werden sie sich auf die Haltbarkeit des Geräts konzentrieren und seine Effizienz in einer Meeresumgebung testen. Das Team plant, spezielle Beschichtungen zu verwenden, die während des Tests Korrosion verhindern können, um einen erfolgreichen Einsatz zu gewährleisten. 

Die Details sind in einem kürzlich veröffentlichten Artikel mit dem Titel „Thermomagnetic generators for ultra-low-grade marine thermal energy harvesting” von Ravi Kishore, Erick Moreno Resendiz und Tavis Peterson beschrieben.
Das Water Power Technologies Office des US-Energieministeriums hat die Forschung finanziert.