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Ungenutzte Energie nutzbar machen

November 11th, 2015 | Posted by admin in Allgemein

Der weltweit erste industrielle Prototyp eines thermomagnetischen Motors ist bereit für einen Probebetrieb bei Holcim. Als Energiequelle dient bisher wertlose Niedertemperaturwärme.

Die Swiss Blue Energy AG in Bad Zurzach (www.swiss-blue-energy.ch) hat nach intensiver Vorbereitung den weltweit allerersten industriellen Prototypen eines thermomagnetischen Motors fertiggestellt. Er befindet sich in der finalen Erprobungsphase, bevor er bei Holcim im industriellen Testumfeld eingesetzt wird. Partner bei der Entwicklung sind die Fachhochschule Nordwestschweiz und das Bundesamt für Energie in Bern.

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Der weltweit erste thermomagnetische Motor auf einem Teststand der Fachhochschule Nordwestschweiz. Er gibt bei einer Temperaturdifferenz von 20°C von Warm- zu Kaltwasser und einem Wasserstrom von je 1.4 Liter pro Sekunde bereits eine elektrische Leistung von 1.2 Kilowatt ab.

Nachdem am 21. März 2013 der Augenarzt Dr. Nikolaus Vida mittels eines Demonstrators im Thermalbad von Bad Zurzach aufgezeigt hat, dass man durch einen neuartigen thermomagnetischen Motor direkt aus der Abwärme von abfliessendem Thermalbadwasser Strom erzeugen kann, ist das Interesse gross, vorhandene Niedertemperaturwärmequellen nutzbar zu machen. Im Thermalbad hat man einfach das warme Abwasser und kaltes Zuwasser an den thermomagnetischen Motor angeschlossen, und schon trieb es einen Generator zur Stromproduktion an. Der nun erstellte Prototyp hat die Aufgabe, zu beweisen, dass dieser 5000 Stunden unterbrechungsfrei laufen kann.[1] Eine Leistungsoptimierung ist erst in nachfolgenden Projekten geplant. Dieses Kriterium wurde von der Förderinstitution, dem Bundesamt für Energie, definiert.

Wie funktioniert der thermomagnetische Motor (TMM)?

Bereits 1888 haben Thomas Alva Edison und Nicola Tesla an der Entwicklung eines TMM gearbeitet und verfassten auch erste Patente. Das Prinzip ist einleuchtend: Ferromagnetische Materialien (z. B. Eisen) haben je nach ihrer Temperatur unterschiedliche magnetische Eigenschaften. Sind diese Materialien kalt, so haften sie an einem Magneten fest. Erwärmt man sie aber über eine kritische Temperatur (sog. Curie-Temperatur, bei Eisen ca. 750°C), so werden sie paramagnetisch (das heisst, sie verlieren ihre Magnetisierbarkeit) und fallen vom Magneten ab. Im paramagnetischen Zustand sind die Elementarmagnete (die Spins in der Sprache der Physik) der Eisenkerne nicht mehr geordnet, sondern zeigen aufgrund der thermischen Bewegung der Bauteilchen chaotisch in alle Richtungen. Kühlt man das Metall wieder unter die Curie-Temperatur ab, so ordnen sich die Spins, und das wieder ferromagnetische Material haftet erneut an einem Magneten. Der Prozess ist also reversibel.

Nun gibt es Materialien, die eine viel tiefere Curie-Temperatur aufweisen als Eisen, im Niedertemperaturbereich unter 100°C liegend. Die Niedertemperaturwärme ist eine der grössten, potenziell erneuerbaren Energiequellen auf der Erde. Wenn man es schafft, Materialien innert Millisekunden von magnetisch zu nichtmagnetisch umzuschalten, so kann man die Anziehungskraft von Festmagneten nutzen, um diese anzuziehen und auch wieder loszulassen. Mittels eines speziellen thermomagnetischen Schalters ist es Dr. Vida und seinem Team gelungen, den Traum vom «thermomagnetischen Mühlrad» zu verwirklichen und einen möglicherweise bedeutsamen Beitrag zur nachhaltigen Stromerzeugung zu leisten.

Eine Studie des Bundesamts für Energie von 2014 bescheinigt dieser neuartigen Technologie ein sehr grosses Einsatzgebiet, und befragte Experten erwarten breit gestreute technologische und wissenschaftliche Auswirkungen. Mittlerweile ist auch die in Materialkunde führende Technische Universität in Delft ein Entwicklungspartner der Swiss Blue Energy, und die holländischen Behörden fördern nach intensiver Prüfung ein gemeinsames TMM-Projekt.

Ohne die Mithilfe der Fachhochschule Nordwestschweiz unter der Leitung von Prof. Kurt Charles Heiniger hätte die Entwicklung des Swiss Blue TMM für Holcim sicherlich nicht so schnell stattfinden können. Leider ist Prof. Heiniger kurz vor der Fertigstellung des Prototyps auf einer Skitour in den Schweizer Bergen tödlich verunglückt. Das Team von Swiss Blue Energy wird immer dankbar an ihn denken.

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Funktionsprinzip des thermomagnetischen Motors.

Anwendungsmöglichkeiten

Für den Betrieb des TMM von Swiss Blue Energy braucht man warmes und kaltes Wasser im Niedertemperaturbereich unter 80°C (ideal 30–80°C) mit einer Temperaturdifferenz von ca. 20°C. Die Nutzungsmöglichkeiten sind nahezu unbeschränkt. Haupteinsatzgebiete sind die Geothermie aus oberflächennahen Schichten, die Solarthermie und Abwärme aus Industrie und Rechenzentren. Die fertigen Systeme werden in Containern ausgeliefert und sollen künftig mittels kaskadierter Systeme bis zu 300 kW pro Container leisten. Um dieses Ziel zu erreichen, ist allerdings noch Entwicklungsarbeit zu leisten. Die Container werden mobil sein, stören das Landschaftsbild nur unwesentlich und sind absolut emissionsfrei. Ideal ist der dezentrale Einsatz, denn als Plug-and-play-Lösungen sind sie schnell ankoppelbar und können innert Sekunden angefahren oder auch abgeschaltet werden. Das Antriebsmedium ist leicht speicherbar, und die Swiss Blue Energy TMM brauchen keine Kraftwerke im Hintergrund, um wetter- oder sonnenbedingt einzuspringen. Die TMM können sogar als ökologisch einwandfreie Back-up-Systeme genutzt werden, um im Bedarfsfall sekundenschnell einzuspringen. Anderseits sind die TMM ideale Einzellösungen, um dezentral rund um die Uhr Strom zu produzieren.

Unterstützung durch die Neue Aargauer Bank

«Es freut mich, innovative Unternehmen wie die Swiss Blue Energy AG in unserer Region begleiten zu dürfen. Als Firmenkundenberater ist es eine spannende Aufgabe, neben etablierten KMU auch junge Unternehmen beraten und mit dem kostenlosen KMU-Start-Paket unterstützen zu dürfen. Ich bin gespannt auf die weitere Entwicklung von der ursprünglichen Idee bis zur alltäglichen und geprüften Umsetzung dieser weltweit einzigartigen, nachhaltigen Quelle der Energiegewinnung.»

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Patric Lehmann Firmenkundenberater NAB Brugg, www.nab.ch/kmu

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


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