„Bahnbrechend“: Neue Energiequelle könnte das Leben der Menschheit dramatisch verändern
Die Menschheit verbraucht schon jetzt unvorstellbare Mengen an Energie. Doch der Hunger wird nicht nachlassen, im Gegenteil. Bis 2040 wird die Energienachfrage um mehr als ein Drittel steigen, berechnet die Internationale Energieagentur.
Die Zunahme wird unter anderem durch einen überdurchschnittlich hohen Energiebedarf der Schwellenländer begründet. Diese Entwicklung stellt die Wissenschaft vor die Herausforderung, neue Methoden zur alternativen Energiegewinnung zu entwickeln.
Alternative zu Solarzellen
Ein Forscherteam um Atif Shamim von der König-Abdullah-Universität Saudi-Arabien hat eine neue Methode untersucht, um Energie aus der Erde zu gewinnen. Und dort schlummert eine Menge davon: Die Wärme der Sonnenstrahlung wird von den Kontinenten und Ozeanen absorbiert. Schätzungen gehen von Millionen von Gigawatt an Energie aus, die pro Sekunde verloren geht.
Wenn man diese Energie nutzbar machen könnte, wäre eines der größten Probleme der Menschheit gelöst. Atif Shamim und sein Team haben womöglich eine Methode gefunden, mit der das zu schaffen ist. Die bahnbrechenden Ergebnisse haben sie in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.
Energie durch den Tunneleffekt
Die bisherigen Fortschritte zur Nutzung der Sonnenenergie bezogen sich hauptsächlich auf die Nutzung des ultravioletten Anteils der Sonnenstrahlung durch Solarzellen. Die auf der Erdoberfläche auftreffende langwelligere infrarote Strahlung wird jedoch weitgehend in Form von Wärme absorbiert und langsam wieder abgestrahlt. Sie bietet also ein viel gigantischeres Potential als die doch sehr begrenzten Solarzellen.
Wenn wir es schaffen, diese Unmengen an Wärme nutzbar zu machen, käme das einer Revolution der Energie gleich. Die Forscher bezeichnen ihre Methode deshalb auch als „bahnbrechend.“
Bisher ist die Umwandlung infraroter Strahlung in elektrischen Strom schwierig, da konventionelle Antennen aufgrund ihrer hohen Frequenz nicht in der Lage sind, infrarote Strahlung aufzunehmen. Die Forscher konstruierten einen mit einer MIM-Diode vergleichbaren Aufbau. Eine solche Diode besteht aus zwei winzigen Metallkontakten aus Gold und Titan, die in einem aufwändigen Prozess durch eine dünne Isolatorschicht voneinander getrennt werden.
Beim Auftreffen infraroter Strahlung werden starke elektrische Felder erzeugt, die es den Forschern erlauben, einen Tunnelstrom zu erzeugen. Shamims Methode basiert auf der Nutzung eines zentralen Quanteneffekts: dem Tunneleffekt.
Millionen kleine Nanoantennen
Kleine Teilchen wie Elektronen, deren Verhalten nur unter Anwendung der Quantenmechanik beschrieben werden können, können mit verhältnismäßig hoher Wahrscheinlichkeit energetische Barrieren durchqueren, obwohl sie keine ausreichend hohe Energie besitzen.
Dies käme in etwa dem Durchqueren eines Balls durch eine Wand gleich. Obwohl der Ball keine ausreichend hohe kinetische Energie besitzt, um die Wand zu zerstören, würde er die Wand einfach durch einen Tunnel passieren. Ein Problem der neuen Technologie liegt in der derzeit noch verhältnismäßig schlechten Effizienz der Nanoantenne. Doch Shamim ist zuversichtlich: „Das ist erst der Anfang. Wenn wir Millionen kleiner Nanonantennen verknüpfen, könnte die Technologie einen effektiven Beitrag zur Energiegewinnung leisten.“
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