Die Bewohner Großbritanniens kennen plötzliche Wetterumschwünge nur zu gut: Mal Frühlingsluft, dann Schneesturm. Solche Temperaturschwankungen werden nun von MIT-Ingenieuren in nutzbare Energie umgewandelt – eine bahnbrechende Innovation.
Das Team am Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen thermischen Resonator entwickelt, der Energie aus der umgebenden thermischen Atmosphäre gewinnt. Dieses System kann Sensoren und Kommunikationsgeräte jahrelang batteriefrei betreiben.
Der Resonator fängt Wärme auf einer Seite ein und strahlt sie langsam auf der anderen ab. Spezielle Materialien sorgen dafür, dass eine Seite der anderen hinterherhinkt, wenn ein thermisches Gleichgewicht angestrebt wird. Dieser Temperaturunterschied wird durch Thermoelektrik in Strom umgewandelt.
Die Konstruktion basiert auf einer präzise abgestimmten Materialkombination mit optimaler thermischer Effusivität – einer Mischung aus Wärmeleitfähigkeit und -speicherfähigkeit. Herkömmliche Materialien kompromittieren hier: Sie leiten entweder schnell, speichern aber wenig, oder umgekehrt.
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In einer Studie, veröffentlicht in Nature, beschreiben die Forscher den Einsatz von graphenbeschichtetem Kupfer-Nickel-Schaum für hohe Wärmeleitfähigkeit, angereichert mit Octadecan-Wachs. Dieses wechselt im relevanten Temperaturbereich zwischen fest und flüssig: Octadecan speichert die Wärme, Graphen verteilt sie blitzschnell. Doktorand Anton Cottrill, Erstautor, nennt es „das Material mit der höchsten thermischen Effusivität in der Literatur“.
Tests zeigten: Ein 10-°C-Temperaturabfall zwischen Tag und Nacht erzeugt 350 Millivolt und 1,3 Milliwatt – ausreichend für Sensoren oder einfache Kommunikationssysteme.
„Wir haben den ersten thermischen Resonator gebaut“, sagt Cottrill. „Er erzeugt Energie aus scheinbar Nichts, aus omnipräsenten Temperaturschwankungen – eine ungenutzte Quelle.“
Das System braucht kein Sonnenlicht, funktioniert im Schatten und bei allen Temperaturvariationen. Nächste Schritte: Anpassung an Maschinenzyklen wie Kühlschränke oder Industrieanlagen, sogar für Rover auf anderen Planeten.
Bildnachweis: MIT, Justin Raymond, Melanie Gonick