SDK und PLANTEC testen thermoelektrische Module für die Energieerzeugung in Müllverbrennungsanlagen

04/02/2010

Showa Denko K.K. (SDK) und Plantec Inc. (Plantec) haben mit umfangreichen Demonstrationsexperimenten zur Elektrizitätserzeugung auf der Basis von Hitze aus Müllverbrennung begonnen. Dabei werden die von SDK hergestellten thermoelektrischen Umwandlungsmodule in den von Plantec gebauten Müllverbrennungsanlagen eingesetzt.

Die thermoelektrischen Bauteile und Module von SDK haben eine sehr hohe Effektivität bei der Umwandlung im mittleren Betriebsbereich von 300-600°C erreicht. Basierend auf den erfolgreichen Ergebnissen des konstanten Betriebs über vier Monate (3000 Stunden) hinweg werden die beiden Firmen in diesem Monat damit beginnen, Versuche mit neu von SDK entwickelten Modulen, die über eine höhere Haltbarkeit verfügen, durchzuführen.

Zur thermoelektrischen Elektrizitätserzeugung

Durch den elektrischen Spannungsunterschied, der durch Temperaturunterschiede auf den beiden Seiten der thermoelektrischen Bauteile entsteht, wird Wärmeenergie direkt in Elektrizität umgewandelt. Es gibt Schätzungen, nach denen um die 70% der gesamten in Japan bereitgestellten Energie durch Abgabe in die Atmosphäre verschwendet wird.

Thermoelektrische Energiegewinnung wird die Nutzung dieser gewaltigen unverwerteten Energie aus verschiedenen Quellen möglich machen – dazu gehören neben Müllverbrennungsanlagen auch Autos, Schiffe und industrielle Anlagen. Dies wird dazu beitragen, den CO2-Ausstoß zu verringern.

Die thermoelektrische Energieerzeugung konzentrierte sich bislang auf die niedrige Temperaturspanne von 100-300°C, die unter anderem heiße Quellen und Dieselmotoren mit einschließt. Im Hinblick auf die mehreren tausend Müllverbrennungsanlagen in Japan strebt SDK an, die thermoelektrische Stromerzeugung im mittleren Feld (300-600°C) mit höherer Leistung zu kommerzialisieren.

Überblick über den Versuch

(1) Entwicklung von den thermoelektrischen Energieerzeugungsmodulen

Die Module bestehen aus thermoelektrischen Bauteilen in der Form von Platten und Zylindern. Diese entwickelt die Firma SDK basierend auf ihrer Expertise mit magnetischen Legierungen gesinterter Seltenerdmetalle und pulverisierten Legierungen, bestehend aus Lanthaniden, Eisen, Kobalt and Antimon.
Die neusten thermoelektrischen Bauteile von SDK sind preislich wettbewerbsfähig und verwenden Seltenerdmetalle mit wenigen Beschränkungen bei der Lieferung. Bei der Produktion der Module wendet die Firma SDK auch ihre Erfahrung mit Klebtechnologien sowie mit Wärmeentwicklungstechnologien an, die durch langjährige Arbeit im Bereich von Entwicklung und Produktion von Wärmetauschern für Kraftfahrzeug Klimaanlagen erworben werden konnte.

Um hohe Energieleistung zu erreichen, ist es notwendig sicherzustellen, dass die Materialen, die für die thermoelektrischen Bauteile verwendet werden, über hohe elektrische Leitfähigkeit und geringe Hitzeleitfähigkeit verfügen. SDK hat durch die Anwendung von der fortschrittlichen Schnellkühl-Technologie, die zuerst für die Produktion von gesinterten magnetischen Legierungen* verwendet wurde, hochleistungsfähige thermoelektrische Bauteile entwickelt.
Namentlich werden die Materialien für die thermoelektrischen Bauteile schnell gekühlt und fest, was der effizienten Formation der gefüllten Skutteruditen* (eine Struktur mit den Eigenschaften eines Halbleiters) dient, und danach gesintert.

Außerdem wird die von SDK patentierte Klebtechnologie bei der Produktion der Module verwendet, wodurch die hohe Leistung bei 500°C ermöglicht wird. In Laborversuchen, bei denen die Temperatur am heißen Ende 600°C und am kalten Ende 50° beträgt, hat SDK eine Umwandlungseffizienz* von 6,2% und eine Leistungsdichte* von 2,4W/cm2 erreicht. SKD hat außerdem eine maximale Leistung von 21,6 W erreicht. Dies ist weltweit das höchste Niveau für thermoelektrische Module.

(2) Die Installation der thermoelektrischen Module in der Verbrennungsanlage durch Plantec

Die Firma Plantec, die weltweit mehr als 100 Müllverbrennungsanlagen gebaut hat, unterstützt die Versuche. Sie installiert die thermoelektrischen Module in Müllverbrennungsanlagen und ergreift Maßnahmen, um das Niveau von Haltbarkeit und Wartungsintensität zu verbessern.
Durch diese Anstrengungen bei der Entwicklung wollen SDK und Plantec versuchen, eine neue Technologie zur Hitzerückgewinnung bereitzustellen, die in vielen Müllverbrennungsanlagen überall in Japan genutzt werden kann.

Die beiden Firmen werden weiterhin daran arbeiten, thermoelektrische Module für die Energieerzeugung mit höherer Leistung und Haltbarkeit zu entwickeln, um damit zur Senkung des CO2-Ausstoßes und zum Umweltschutz beizutragen.

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Neu entwickeltes thermoelektrisches Modul (30mm Länge und Breite; 4 mm Höhe)

 

Anmerkungen:

Die fortschrittliche Schnellkühl-Technologie von SDK für die Produktion von gesinterten magnetischen Legierungen: es handelt sich um einen Prozess für schnelles Abschrecken geschmolzener Rohmaterialien aus Seltenerdmetall auf einer wassergekühlten Walze.
gefüllte Skutteruditen: kubische Struktur von Kristallen.
thermoelektrische Umwandlungseffizienz: Prozentanteil der Hitzeenergie, die in elektrische Energie umgewandelt wurde.
Leistungsdichte: die Energie der Batterie (in W) pro Einheit.