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Energie aus Umweltwärme – ein Vorschlag

Von Gabriel Fauner – 3. Dezember 2002

Wärme, das heißt Wohlbefinden, Energie, Leben. In der Natur ist Wärme im Überfluss vorhanden, ja sie stellt sogar zum Teil eine Bedrohung für uns dar (Treibhauseffekt).

Wärme ist eine Erscheinungsform von Energie. Die Übertragung von Wärmeenergie zwischen zwei Festkörpern kann auf drei Arten erfolgen: durch direkten Kontakt (Berührung), durch Konvektion (Umwälzung) mit Hilfe eines Mediums (Flüssigkeit oder Gas) und durch Wärmestrahlung.

Die Wärmeübertragung durch Berührung und durch Umwälzung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie nur von einem wärmeren zu einem kälteren Körper erfolgen kann. Diese Beschränkung gilt für die Wärmestrahlung nicht.

Es ist zwar so, dass ein wärmerer Körper mehr Wärmestrahlung abgibt, aber die von einem kälteren Körper abgegebene Wärmestrahlung kann auf einem wärmeren Körper auftreffen und dessen weitere Erwärmung bewirken.

Außerdem hat die Wärmestrahlung schon seit langem bekannte, aber bisher im technischen Bereich zumeist vernachlässigte Eigenschaften: Die Wärmestrahlung gehört wie die sichtbare Lichtstrahlung zur elektromagnetischen Strahlung und gehorcht, wie das Licht, den für die elektromagnetische Strahlung geltenden Gesetzen der Optik.

 

Wenn ein Körper mehr Wärme abstrahlt als er durch Strahlung empfängt, dann kühlt er ab. Die Natur ist aber um Ausgleich bemüht, und in einer bestimmten Umgebung versucht sie, es so einzurichten, dass alle Körper möglichst die gleiche Temperatur haben. Wenn also ein Körper kälter wird als seine Umgebung, dann erfolgt ein Wärmefluss zu ihm hin, und zwar durch Berührung und Umwälzung. Diese Wärmeübertragung lässt sich aber durch Isolation leicht unterbinden.

Um eine Wärmesenke, die für die Gewinnung von Energie aus Umweltwärme notwendig ist, zu erzeugen, bietet sich Folgendes an:

Ein Körper wird durch thermische Isolation gehindert, von der Umwelt Berührungs- und Konvektionswärme zu empfangen. Gleichzeitig wird die von ihm abgestrahlte Wärme mittels optischer Geräte (Spiegel und Hohlspiegel) von ihm weggelenkt, wodurch auch verhindert wird, dass er von außen Strahlungswärme empfangen kann (reflektierende Objekte strahlen selber nicht).

Dieses Verfahren kann zum Beispiel dazu genutzt werden, im geschlossenen Gaskreislauf Gas abzukühlen und zu kondensieren. Die abgeführte Wärmestrahlung kann dann entweder ungenutzt in die Umwelt gestrahlt oder besser dazu benutzt werden, auf der „heißen“ Seite des Gaskreislaufes das Gas zu überhitzen. Hervorzuheben ist, dass das ganze Verfahren ohne jeden Energieaufwand funktioniert, es werden nur die von Natur aus vorhandenen und schon seit langem bekannten Eigenschaften der Wärmestrahlung genutzt.

Eine vollständige und selbstanlaufende Anlage könnte also folgendermaßen aufgebaut sein:

Im Kondensator, der durch Entzug von Wärmestrahlung gekühlt wird, wird das von der Turbine kommende Gas abgekühlt und verflüssigt. Die kalte Flüssigkeit wird in den Verdampfer gepumpt, wo sie aus der Umgebung Wärme aufnimmt und wieder verdampft. Der gesättigte Dampf gelangt in einen Überhitzer. Auf diesen wird mittels optischer Geräte (Hohlspiegel und Spiegel) die im Kondensator entzogene Wärmestrahlung gelenkt. Diese Strahlung heizt den Überhitzer auf, das nunmehr überhitzte Gas treibt eine Gasturbine an und entspannt sich dann, bis es im Kondensator wieder verflüssigt wird.

 

Zu betonen ist, dass dieses Verfahren KEINE NEUE ENERGIE schafft, sondern es nutzt nur die in der Natur vorhandenen Potenziale aus, genau wie dies bei der Wasserkraft der Fall ist. Wasser fließt nun einmal vom Berg herunter. Wenn wir es einfangen und durch Turbinen leiten, können wir damit Strom erzeugen. Wenn wir es allein fließen lassen, dann leistet das Wasser während seines Weges vom Berg ins Tal trotzdem gleichviel „Arbeit“, allerdings für uns nutzlose: es bewegt und zermalmt Steine, durch Reibung erzeugt es Wärme usw.

Gleiches gilt für die Wärmestrahlung. Jeder Körper, dessen Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes liegt, strahlt Wärme ab. In der Natur ist dieser Wärmefluss einzig durch den Zufall geregelt. Wenn die Strahlung auf einen anderen Körper trifft, kann sie von diesem, je nach dessen Oberflächenbeschaffenheit, aber unabhängig von dessen Temperatur, absorbiert (also aufgenommen), reflektiert (also umgelenkt) oder durchgelassen werden. Wenn die Strahlung absorbiert wird, dann wird die in der Strahlung enthaltene Energie in Wärme umgewandelt, sie „heizt“ also den getroffenen Körper auf.

Wir sind aufgrund der Eigenschaften der Wärmestrahlung in der Lage, diese mittels optischer Geräte (Spiegel, Hohlspiegel, Linsen) genau wie Licht aufzufangen, zu bündeln und umzulenken. Damit kann die natürlich vorhandene und normalerweise ungenutzte Wärmestrahlung in unseren Dienst gestellt werden. Die gewonnene Energie wird der Umwelt als Wärme entzogen und schließlich wieder als Wärme in die Umwelt entlassen.

 

Ein weiterer Vorteil dieser Energieform: sie ist an jedem Ort und jederzeit vorhanden und kann dezentral (auch für einzelne Gebäude oder Industrieanlagen) gewonnen werden. Damit erübrigt sich der Ferntransport  von Energie, aber auch das Abholzen von kostbarem Wald für den täglichen Haushaltsbedarf in den armen Ländern der Welt wird überflüssig.

 

Die Strahlungswärme könnte außer für den Betrieb von Gasturbinen auch zur direkten Stromerzeugung mittels Thermoelementen genutzt werden, falls der Wirkungsgrad dieser Umwandlungsform eine technische Nutzung des Verfahrens wirtschaftlich zulässt. Auch der direkten Gewinnung von Wärme für die Industrie und zu Heizzwecken dürfte nichts im Wege stehen.

 

Zur Größenordnung der verfügbaren Strahlungswärme:

Ein Körper strahlt bei normaler Umgebungstemperatur (15 °C) je nach Oberflächenbeschaffenheit etwa 200-300 Watt pro Quadratmeter Oberfläche ab, und zwar zu jeder Tages- und Nachtzeit, und unabhängig von den Jahreszeiten. Bei -40 °C nimmt die Strahlungsleistung um etwa 50% ab. Zum Vergleich: Die Strahlungsenergie, die von der Sonne kommt, beträgt, wenn sie scheint und bei klarem Himmel, ca. 1370 Watt pro Quadratmeter Fläche, aber eben nur, wenn die Sonne scheint.

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