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ENERGIEWIRTSCHAFT
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Die Photovoltaik, die ihre Wurzeln in der Weltraumforschung hat, gilt heute als zuverlässiges Mittel zur Energieerzeugung auf globaler Ebene. Die großen Ertragsschwankungen zwischen Winter- und Sommersaison waren bisher der größte Nachteil von Solarzellen. Selbst bei trübem Wetter und im Winter schaffen es herkömmliche Photovoltaikanlagen noch, Strom zu erzeugen, allerdings beträgt die Leistung im Winter nur ein Drittel dessen, was die Sonne im Sommer produziert. Die Jahreszeit hat also einen erheblichen Einfluss darauf, wie viel Strom mit Solarzellen erzeugt werden kann.
Wissenschaftler experimentieren mit der Neutrinovoltaik als mögliche Alternative zur herkömmlichen Solarzelle. Dabei wird anstelle der sichtbaren Sonnenstrahlung die so genannte kosmische Strahlung genutzt, ein Begriff, der das gesamte nicht sichtbare Strahlungsspektrum umfasst, einschließlich bekannter und unbekannter Regionen, Elementarteilchen, aber auch vom Menschen verursachter Elektrosmog. Ermöglicht wird dies durch Neutrinos, die bei ihrem Aufprall auf eine einzigartige Nano-Oberfläche einen kleinen Teil der Bewegungsenergie in Gleichstrom umwandeln. Man kann also sagen, dass Energie aus der Umgebung gewonnen wird.
Vom Nobelpreis zur Energieerzeugung
Die Welt wird ständig von Neutrinos, den kosmischen Elementarteilchen, bombardiert. Im Allgemeinen können sie sich ungehindert durch die Materie und auch durch unseren Körper bewegen. Es wird jedoch angenommen, dass sie für biochemische Prozesse entscheidend sind. Bis 2015 ging man davon aus, dass Neutrinos keine Masse haben, was sie für die Energieerzeugung irrelevant machte. Mit der Verleihung des Nobelpreises für Physik 2015 änderte sich dies schlagartig. Den Forschern Takaaki Kajita und Arthur McDonald aus Japan und Kanada gelang es mit modernsten Messverfahren, die Masse der Neutrinos nachzuweisen. Die hochenergetischen Teilchen könnten angesichts dieser neuen Entdeckung und der Tatsache, dass Neutrinos praktisch allgegenwärtig sind und unseren Globus ständig berühren, zweifellos nützlich sein, um sie in Energie umzuwandeln.
Wie kann man mit Hilfe von Neutrinos Strom erzeugen?
Die Neutrinovoltaik wandelt Bewegung in Energie um, ähnlich wie die Windenergie Strom erzeugt. Neutrinos versetzen die unglaublich dichte Oberfläche durch ihren Aufprall in atomare Schwingungen, ähnlich wie der Wind nicht „eingefangen“ wird, sondern seine kinetische Energie zum Antrieb der Rotoren nutzt. Die durch Neutrinos ausgelösten Atomschwingungen werden durch eine bestimmte Substanz zu Resonanzen auf vielen Schichten verstärkt. Die Herausforderung bestand nun darin, ein Material zu schaffen, das wirklich dicht genug ist, um den Durchgang der Neutrinos zu verlangsamen und es uns zu ermöglichen, mit Hilfe einer idealen Geometrie Mikrovibrationen in ihnen zu erzeugen. Materialien, die diesen Eigenschaften entsprechen, wurden von internationalen Physikern und Materialwissenschaftlern verschiedener Universitäten, die in der Neutrino Energy Group unter der Leitung von Geschäftsführer Holger Thorsten Schubart arbeiten, erfolgreich optimiert.
Dies wird in der Fachsprache als Metamaterial bezeichnet. Konkret geht es um Silizium und dotiertes Graphen in der Neutrinovoltaik. Schichten im Nanobereich aus Silizium und Graphen werden abwechselnd auf eine Trägeroberfläche aufgebracht. Die Graphenmoleküle beginnen vertikal zu schwingen, während die Siliziumteilchen horizontal zu vibrieren beginnen, wenn Strahlung auf diese Schicht trifft. Beim Übereinanderlegen der Schichten entsteht eine Resonanz in der horizontalen Bewegung, die sich auf das stromführende Trägermaterial überträgt. In diesem Fall wirkt die beschichtete Seite des Trägers als positiver Pol und die unbeschichtete Seite als negativer Pol. Unter Laborbedingungen und in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität liegt die Dauerleistung bei einer solchen hochdicht beschichteten Aluminiumfolie in der Größe eines DIN A-4 Blattes bisher zwischen 2,5 und 3,0 Watt.
Zukünftige Anwendungen der Neutrino Energy
Die Neutrinovoltaik hat gegenüber der solaren Energiegewinnung den Vorteil, dass die kosmische Strahlung nicht nur immer und überall verfügbar ist, sondern auch unabhängig von Lichtquellen in der Dunkelheit funktioniert. Die Nutzung dieser nicht greifbaren Energiequelle würde eine endlose, kohlendioxidfreie und immer wieder erneuerbare Energieversorgung ermöglichen. Rein rechnerisch stellt allein das tägliche Potenzial dieser Strahlung die gesamte Energiemenge in den Schatten, die die Erde noch in Form von fossilen Brennstoffen bereitstellen muss, was die gewaltigen Dimensionen der Neutrino Energie verdeutlicht.
Angesichts des Klimawandels wird die Neutrino-Energieforschung derzeit weltweit auf Hochtouren betrieben. Die Neutrinovoltaik wird in einem ersten Schritt zur Stromversorgung von Dioden und anderen kleinen elektrischen Geräten, wie z. B. Handys, eingesetzt. Darüber hinaus könnte die mit der Neutrino-Technologie erzeugte Energie in Zukunft auch zum Antrieb von Elektroautos genutzt werden. Die Dezentralisierung der gesamten Energieversorgung ist das Ziel der Neutrino-Anwendungsforschung in den nächsten Jahrzehnten. Stromleitungen und der Energieverlust durch den Transport könnten bald überflüssig werden. Die Energie wäre immer genau dort verfügbar, wo sie benötigt wird, da sie vor Ort produziert wird.
Gesellschaftliche Folgen
Die Auswirkungen der Neutrinovoltaik auf Wirtschaft und Gesellschaft wären zweifelsohne tiefgreifend. Sie würden sich nicht nur auf die Energiewirtschaft auswirken. Die Verfügbarkeit von Energie könnte durch eine dezentrale Stromerzeugung eine große Revolution erfahren. Konflikte um die letzten fossilen Brennstoffreserven könnten erheblich verringert werden. Es liegt jedoch nicht nur an den Unternehmern, Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern, diesen Paradigmenwechsel herbeizuführen. Die vielversprechende Idee einer echten grünen Energierevolution könnte nur mit breiter Akzeptanz und Unterstützung seitens der Regierungen, der Medien und der breiten Öffentlichkeit in die Praxis umgesetzt werden.
