Mit einem einfachen Apparat lässt sich Wärme in elektrische Energie verwandeln – über Schallwellen.
Es müssen nicht immer brandneue wissenschaftliche Erkenntnisse sein – auch lang bekannte Phänomene können viel bewegen. Zum Beispiel die Thermoakustik: Seit 2005 beschäftigt sich Orest Symko, Physikprofessor an der University of Utah in Salt Lake City, mit dem Problem, wie man elektronische Bauelemente effektiv kühlen kann. Dabei kam ihm der Gedanke, die Wärme zunächst in Töne zu verwandeln und aus dem Schall dann Elektrizität zu gewinnen. Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts hatten Forscher wie Lord Rayleigh in England und der niederländische Physiker Petrus Leonardus Rijke die grundlegenden Gesetze der Thermoakustik formuliert. Das nach dem Niederländer benannte Rijke-Rohr wurde damals benutzt, um Wärme in Töne umzuwandeln. Nun will Symko ein Rijke-Rohr verwenden, um aus überschüssiger Wärme Elektrizität zu erzeugen.
Die Umwandlung von Wärme in Töne fand bei Rijke noch in einem Rohr statt, das etwa einen Meter lang war – viel zu lang für Symkos Zwecke. Der Forscher musste daher einen Weg finden, den Prozess auf einem viel kleineren Raum zu realisieren. Dazu füllte er kleine Röhren, sogenannte Resonatoren, mit einem Material, das eine große Oberfläche aufweist. Symko experimentierte mit diversen Materialien wie Metall, Kunststoff, Glasfaser, Baum- und Stahlwolle, die er zwischen zwei Wärmetauscher brachte. Führt man dem System von einer Seite Wärme zu, wird die Luft in der Röhre in Schwingungen versetzt, und es entsteht ein Ton – ähnlich wie bei einem Teekessel. Lange Resonatoren erzeugen tiefe Töne, kurze hohe Töne. Die akustischen Schwingungen leitet Symko zu einem piezoelektrischen Element, das durch die Schallwellen verformt wird und sie so in Elektrizität umwandelt.
Zurzeit versucht Symko die Apparate zu optimieren, um den Ton bereits bei niedrigeren Temperaturen zu generieren. Der Physiker hofft, dass sein Apparat in zwei Jahren serienreif ist. Er sieht etliche Anwendungsgebiete: Neben dem militärischen Bereich – das Forschungsprojekt wird maßgeblich von der US-Armee finanziert –, wo das Gerät die Abwärme von Radaranlagen zur Energieproduktion nutzen soll, kann sich Symko die Technologie als Alternative zur Stromerzeugung durch Solarzellen vorstellen. Außerdem hält er es für denkbar, dass sie hilft, Laptops und Computer zu kühlen und auch, die Abwärme von Kernkraftwerken in elektrische Energie zu verwandeln.
Andere Forscher nutzen ebenfalls das Prinzip der Thermoakustik. So wird im multinationalen Projekt SCORE ein holzbefeuerter Stromgenerator entwickelt, der sich zum Kochen und Kühlen von Nahrung eignet. Er soll in ländlichen Gebieten Afrikas und Asiens zum Einsatz kommen, wo es keine elektrische Stromversorgung gibt. ■
Jürgen Brück
