Wärmestrahlung: Energie bis zum Ende aller Zeiten

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Das Wörtchen »Energiekrise« stellt eigentlich eines der größten denkbaren Paradoxa dar, das man sich überhaupt vorstellen kann. Nicht nur unabhängige Energieforscher, die anhand eindrucksvoller Experimente höchst ungewöhnliche und enorme Reservoirs nachweisen konnten, auch eher konventionelle Wissenschaftler können bestätigen, dass wir geradezu in einem Meer von Energie schwimmen. Es geht nur darum, diesen Ozean anzuzapfen. Eine beinahe selbstverständliche Quelle soll nun endlich ebenfalls erschlossen werden: die von der Erde in den Raum abgegebene Infrarotstrahlung.

Konzepte rund um die eher konventionellen Verfahren zur Gewinnung von Sonnen-energie sind weithin bekannt. Ebenso, dass keineswegs alles »Gold« ist, was da solar glänzt. Allerdings steht fest: Die Sonne ist ein zumindest nach menschlichen Begriffen unerschöpflicher Energielieferant. Forscher wollen nun aber unabhängig von be-stehenden Technologien neue Wege beschreiten, um an die begehrte und zudem im Überfluss vorhandene Energie heranzukommen. In der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences stellt Harvard-Tüftler Steven Byrnes zusammen mit seinen Kollegen aktuelle Überlegungen vor, wie das funktionieren könnte.

Jede klare Nacht demonstriert spürbar, wie viel Solarenergie unsere Erde wieder in den Weltraum abstrahlt. Während sonst eine dichte Wolkendecke schützend über der Land-schaft liegt und dafür sorgt, dass diese Wärme nicht verloren geht, kühlt die Oberfläche in solchen Sternennächten hingegen weit stärker ab. Meteorologen sprechen nicht umsonst von »Strahlungswetter«. Was da ins All entweicht, ist wertvolles Infrarot, die Wärmestrahlung, einst entdeckt vom deutsch-englischen Astronomen Wilhelm Herschel. Er fächerte das Sonnenlicht durch ein Glasprisma, zerlegte das strahlende Weiß in seine Spektralfarben.

So weit, so gut. Das hatte Newton schon vor ihm getan. Doch Herschel wollte noch mehr über diesen kleinen Regenbogen erfahren, der sich nun hinter dem Prisma auf einem hellen Untergrund entfaltete. Der Astronom kam auf die glorreiche Idee, ein Thermo-meter leicht außerhalb dieses Spektrums, jenseits des roten Anteils, zu platzieren. Dort, wo der Regenbogen endete und nichts mehr zu sehen war. Doch das Quecksilber stieg. Es wurde wärmer. Offenkundig traf hier Strahlung ein, »unsichtbares Licht« – Herschel war aufs Infrarot gestoßen.

Nur ein Teil des solaren Infrarot erreicht die Erdoberfläche. Nutzbar ist ein Bereich zwischen acht und 13 Millionstel Metern Wellenlänge, so erklären Byrnes und seine Kollegen. Mit einem Emissive Energy Harvester (EEH) wollen die Forscher diese Energie nun »ernten«. Die Menge, die unsere Erdkugel abgibt, ist wahrhaft beachtlich: Die Leistung liegt bei rund 100 000 Terawatt.

Eine Erhebung zur Gesamtleistung, wie sie die Menschheit derzeit an Energie benötigt, ergab für das Jahr 2008 hingegen »lediglich« 15 Terawatt. Man muss also nicht lange rechnen, um bei diesen Zahlen dahinterzukommen, dass allein die abgegebene Infrarot-strahlung tausendfach ausreichen würde, unsere irdischen Bedürfnisse zu erfüllen.

Ein interessanter Aspekt wäre dabei, dass der EEH eben auch nachts Energie sammeln könnte. Im Vergleich zum Tagesmaximum der Nachmittagsstunden falle der Ertrag zwar um rund 20 bis 30 Prozent niedriger aus, doch sei dies eine sehr geringe Einbuße, wenn man bedenke, dass Solarzellen im Dunkeln keine Energie lieferten, so die Forscher.

Ihre Aussagen zum Infrarotertrag treffen sie auf Grundlage von Messungen, die sie in Lamont, US-Bundesstaat Oklahoma, durchgeführt haben.

So kann ein EEH gegenüber einer Fotovoltaikanlage durchaus punkten, selbst, wenn er im direkten Vergleich eher schlecht abschneidet. Denn bei ihm steht mit höchstens 20 Watt pro Quadratmeter nur rund ein Zehntel der Leistung zur Verfügung. Als sinnvollste Variante technologischer Umsetzbarkeit erachten die US-Wissenschaftler eine auch bei RFID-Systemen genutzte rectifying antenna, kurz »Rectenna« genannt. Die flachen Elemente fangen elektromagnetische Strahlung auf und wandeln sie mittels Dioden in Gleichspannung. Während der Rest der Technik als sehr gut beherrschbar eingestuft wird, sei bei den Dioden noch einige wesentliche Entwicklungsarbeit notwendig.

Zum Kostenpunkt dieser Technologie wollen die Forscher noch keine Aussagen treffen, da sich alles grundsätzlich eben doch erst in den Anfängen befinde. Byrnes hält aber für denkbar, entsprechende Systeme günstiger als Fotovoltaik-Elemente zu produzieren oder auch kombinierte Energiewandler anzuwenden. Er sieht jedenfalls trotz der ungelösten Probleme ein enormes Potenzial als praktisch nutzbare erneuerbare Energie-Technologie. Kein Wunder angesichts der gewaltigen Menge verfügbarer Infrarot-Energie.

Wie auch immer das Konzept zu bewerten sein wird, es demonstriert vor allem doch wieder sehr anschaulich, wo überall schier unvorstellbare Energiereserven auf ihre Nutzung »warten«, sogar durchaus auch auf eher konventionellen Gebieten.

Video: Erklärung was Infrarot-Energie ist

Quellen: Nasa/info.kopp-verlag.de vom 07.03.2014

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