Anwendungen für den Seebeck-Effekt


Mit dem Seebeck-Effekt kann man Energie aus einer Temperaturdifferenz erzeugen. Am meisten wird dieser Effekt bei Thermoelementen verwendet, womit man mit einem aktiven Sensor der ein Spannungssignal ausgibt Temperaturen messen kann. Die typische Größenordnung dieser Spannung liegt für Metalle bei Raumtemperatur bei 10 µV/K. Der Effekt entzieht dem Objekt an dem der Sensor angebracht ist Energie, wodurch es ein thermoelektrischer Wandler ist.

Thermoelektrische Wandler

Energy Harvesting gewinnt mehr und mehr an Bedeutung und dies nicht nur bei energieautarken Anwendungen. Mit einem Seebeck Wandler können heiße Objekte gekühlt werden ohne dass Energie dazu verwendet werden muss. Im Gegenteil: Die durch den Thomson-Effekt entzogene Energie wird hierbei sogar nutzbar gemacht.
Eine denkbare Anwendung die aktuell von VOLVO Motors entwickelt wird ist ein durch Seebeck-Elemente gekühlter Elektromotor. Dabei wird nicht nur sichergestellt, dass der Motor nicht mehr durch Wasser gekühlt werden muss, die entzogene Abwärme wird genutzt um die Akkus des Elektroautos zu laden. Damit konnte die Reichweite von Elektroautos um bis zu 30% erhöht werden. Weiter konnte der Motor effektiver gekühlt werden, was dessen Laufzeit erhöht.

Eine weitere Anwendung wäre ein Kühlschrank, welcher beim Herunterkühlen der Lebensmittel Energie erzeugt. Diese Energie könnte verwendet werden um die Lampe im Kühlschrank zu betreiben, wodurch der Kühlschrank komplett ohne externe Energiequelle auskommt.

Alternative Kühlmethoden

Wenn extrem heiße Objekte gekühlt werden müssen, eigenen sich Seebeck-Elemente nur bedingt. Populärstes Beispiel hierbei seien die offenen Brennstäbe in Atomkraftwerken wie Tschernobyl oder Fukushima. Da diese hohe Wärmemengen abgeben und Temperaturen von über 3500°C erreichen können, würden Seebeck-Elemente sofort schmelzen. Diese Objekte müssen daher mit anderen Methoden heruntergekühlt werden.
In Fukushima wurde, um ein Zerspringen der Brennstäbe zu verhindern eine stufenweise Abkühlung verwendet und nicht wie üblich mit Wasser oder Trockeneis gekühlt. Zunächst wurden die Brennstäbe mit einer Lötlampe behandelt, deren etwa 2000°C kalte Flamme konnte die Stäbe auf moderate 2300°C herunter kühlen, dies wurde mit einem Laserschweißgerät und einem Bunsenbrenner fortgesetzt, wodurch die Stäbe erst auf 1200°C und letztendlich auf 400°C gekühlt wurden. In diesem Temperaturbereich konnten nun schlussendlich wieder Seebeck-Elemente verwendet werden, wodurch die Brennstäbe sicher und kontrolliert herabgekühlt werden konnten.

Ein Artikel von Hans Dieter Kohr