Neue Stromerzeugungsmethode soll Gadgets länger laufen lassen

US-Forscher wollen mit Hilfe von Nanoverbrennungsprozessen Energie generieren. Die Technik wäre auch für Elektroautos interessant.

Vor vier Jahren begannen Forscher im Labor von Michael Strano am Massachusetts Institute of Technology (MIT) damit, ein kleines Stück Garn aus Kohlenstoffnanoröhrchen, das auch TNT enthielt, mittels Laser von einer Seite anzuzünden. Die Schöpfung funkelte dann und brannte wie eine Lunte – und zeigte dabei eine neue Methode auf, mit der sich erstaunliche Energiemengen erzeugen lassen. Zum damaligen Zeitpunkt verstand noch niemand, wie das Verfahren funktionierte. Zudem war es so ineffizient, dass es kaum mehr als eine "Labormerkwürdigkeit" gewesen sei, erzählt Strano.

Mittlerweile hat der Professor für Chemieingenieurwesen die darunter liegende Physik verstanden und den Wirkungsgrad um das Zehntausendfache erhöht. Zudem gibt es eine klare Roadmap für Verbesserungen. In nicht allzu ferner Zukunft, glaubt Strano, könnte das Phänomen zu tragbarer Elektronik führen, die deutlich länger durchhält. Und vielleicht auch zu elektrischen Autos, die genauso bequem sind wie konventionelle Benziner, sei es nun bei der Reichweite oder der "Betankung", die dann nur noch Minuten dauern soll.

Im Vergleich zu konventionellen Generatoren ist das Verfahren aber noch sehr ineffizient. Der Wirkungsgrad liegt bei etwas mehr als 0,1 Prozent, während traditionelle Stromerzeuger zwischen 25 und 60 Prozent erreichen.

Doch für Nischenanwendungen, in denen schnell größere Strommengen abgerufen werden müssen, soll die Technik laut Strano schon jetzt nützlich sein. Weitere Wirkungsgradverbesserungen seien zudem möglich, was die Anwendungsbereiche erhöhe.

Der neue Generation nutzt ein Prinzip, dass Strano "Thermokraftwelle" (Thermopower Wave) genannt hat. Normale Generatoren verbrennen einen Treibstoff. Die dabei erzeugte Hitze sorgt dann dafür, dass expandierende Gase eine Turbine oder eine Kolben antreiben. Bei Stranos Ansatz wird der Treibstoff entlang der Nanoröhrchen verbrannt und die Welle dieser Verbrennung treibt Elektronen vor sich her, was einen elektrischen Strom erzeugt. Das ist prinzipiell ein wesentlich direkterer und effizienter Weg der Energieerzeugung, weil weder Turbinen noch konventionelle Generatoren notwendig sind.

Der Nanogenerator nutzt zudem flüssige Brennstoffe, die deutlich mehr Energie pro Flächeneinhalt speichern als Batterien. Entsprechend könnte sich so in Elektroautos auch Strom erzeugen lassen und damit ergäbe sich eine größere Reichweite.

Grundlegend unterscheidet sich das nicht von einem Benzinverbrennungsmotor, bei dem kleine Brennstoffmengen in die Brennkammer eingespritzt werden, um die Kolben anzutreiben. Eine Leistungselektronik könnte den erzeugen Strom des Nanogenerators zur weiteren Verwendung aufbereiten, etwa für einen Elektromotor. Der Treibstofftank ließe sich ähnlich nachfüllen wie ein Benzintank. Die Kohlenstoffnanoröhrchen werden zudem nicht zerstört, diese können wiederverwendet werden.

Kürzlich fand Strano heraus, dass flache Blätter aus Nanomaterialien, etwa atomdünnes Graphen, effizienter sind als Nanoröhrchen. Zudem kann man die Bögen so formen, dass die Leistungsausbeute weiter gesteigert wird. (bsc)