Wissenschaftern vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Wien und vom Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität (TU) Wien ist es nun gelungen, thermoelektrisch wirksame, sogenannte Skutterudite ohne die Problemstoffe Phosphor, Arsen oder Antimon herzustellen. Nun soll mit Unterstützung der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) und in Kooperation mit der Grazer Firma AVL List der Einsatz von Thermoelektrika als Stromquelle für Autos erforscht werden.
Der Name der Skutterudite kommt daher, dass diese Mineralien früher nahe dem Dorf Skutterud in Norwegen gefördert wurden. Anfangs zum Blaufärben von Porzellan eingesetzt, bemerkten Wissenschafter die thermoelektrischen Eigenschaften dieser Materialien. Mit Hilfe dieser Thermoelektrika lässt sich aus Wärme Strom gewinnen, umgekehrt, wenn man Strom zuführt, kann man Kälte erzeugen. Während die Materialien für Kühlaggregate ohne Motor und Kühlmittel bereits breite Anwendung finden, sind Anlagen zur Stromgewinnung aus Wärme noch technologische Randerscheinungen. Etwa in Raumsonden werden thermoelektrische Generatoren eingesetzt.
Das liege hauptsächlich am – noch – schlechten Wirkungsgrad von etwa sechs bis zehn Prozent, erklärte dazu Peter Rogl, Professor am Institut für Physikalische Chemie an der Uni Wien gegenüber der APA. Bisher lohnen Einsätze etwa an heißen Quellen, denn hier ist die Energie gratis, der geringe Wirkungsgrad fällt daher nicht so ins Gewicht.
Damit die Technologie aber auch breitete Anwendungen findet, versuchen Wissenschafter laufend, den Wirkungsgrad der Materialien zu verbessern. Ein Wirkungsgrad von 20 Prozent wäre schon erstrebenswert. Neben Verbesserungen der Leistung war es den Wiener Wissenschaftern auch ein Anliegen, die Problemstoffe aus den Skutteruditen loszuwerden. In einem gemeinsamen Projekt ist es gelungen, die Problemelemente Phosphor, Arsen oder Antimon durch Germanium zu ersetzten.
In einem weiteren Projekt soll der Einsatz von Skutteruditen zur Stromerzeugung in Autos getestet werden. Die Abgase haben besonders im Bereich des Katalysators Temperaturen von bis zu 500 Grad, diese Wärme kann genutzt werden, so Rogl. Ob ein derartiger thermoelektrischer Generator im Auspuff irgendwann sogar die gute, alte Lichtmaschine ersetzen wird, ist allerdings noch offen.
Die am Institut für Physikalische Chemie der Uni Wien unter der Leitung von Raimund Podloucky durchgeführten theoretischen Ansätze für die Experimente beruhen auf der sogenannten Dichtefunktionaltheorie. Als Vater dieser Methode gilt der aus Österreich stammende Chemiker Walter Kohn, der 1998 für seine Arbeiten den Nobelpreis bekam.