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Unter Thermoelektrik versteht man die technische Anwendung der Wechselwirkungen zwischen den physikalischen Größen Temperatur und Elektrizität. Mittels Thermoelektrik lässt sich Strom in Wärme oder Wärme in Strom umwandeln. Verantwortlich dafür sind der Seebeck-Effekt, der Peltier-Effekt und der Thomson-Effekt, alle benannt nach ihren jeweiligen Entdeckern.

Der von Seebeck 1821 entdeckte Effekt beschreibt das Entstehen einer elektrischen Spannung an elektrischen Leitern oder Halbleitern, wenn deren Enden unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Umgekehrt erzeugt der erstmals 1834 von Peltier beobachtete Effekt Temperaturdifferenzen an den Enden stromdurchflossener Leiter. Die Änderung der Wärmeleitfähigkeit eines Leiters in Abhängigkeit vom Stromfluss wird Thomson-Effekt genannt. Dieser Effekt ist sehr gering, es gibt noch keine technische Anwendung.

Seebeck- und Peltiereffekt sind abhängig vom Material und wirken stets gemeinsam. Wenn man den Stromkreis schließt, kompensieren sie sich gegenseitig. Zur technischen Anwendung verbindet man deshalb unterschiedliche Leiter oder Halbleiter miteinander. Es entsteht ein thermoelektrisches Element, auch Thermoelement, Seebeck- oder Peltierelement genannt. So können mit elektrischem Strom Temperaturdifferenzen erzeugt werden, umgekehrt entsteht aus Temperaturunterschieden elektrischer Strom. Diese direkte Energiewandlung erfolgt ohne bewegliche Teile, die Wandler sind völlig verschleißfrei. Thermoelemente aus Metallen haben allerdings einen schlechten Wirkungsgrad und werden hauptsächlich zur Temperaturmessung verwendet. Die Effizienz der Thermoelemente lässt sich durch Einsatz von Halbleitermaterialien wesentlich verbessern. Den Durchbruch brachte hier die Nanotechnologie, damit konnte man die Leistung von Thermogeneratoren erheblich steigern.

Noch werden Peltierelemente zumeist in Nischenanwendungen zu Kühlungszwecken eingesetzt – bekanntestes Beispiel dafür sind wohl die Campingkühlboxen. Die Anwendungsmöglichkeiten für Thermoelemente zur Stromerzeugung sind aber wesentlich vielfältiger. Sie reichen von Minisensoren bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Sensoren ohne Stromanschluss mit Funkverbindung zu einem Zentralrechner werden u. a. an Außenwänden von Schiffen, Flugzeugen oder zur Überwachung von Brücken und Industrieanlagen benötigt. Körperwärme lässt sich für den Betrieb einer Armbanduhr, eines Handys oder eines GPS-Empfängers nutzen.

In Zukunft wird die Thermoelektrik eine ähnliche revolutionäre Rolle spielen wie die Solartechnik und entschieden zum Klimaschutz beitragen. Denn das größte Potenzial der Thermoelektrik liegt in der Nutzung von Abwärme aller Art zur direkten Umwandlung in elektrische Energie. Thermoelektrische Generatoren, heute u. a. in Isotopenbatterien in Satelliten im Einsatz, werden zur Nutzung der Abwärme in Kraftfahrzeugen, bei Industrieprozessen, Heizkraftwerken, Abwasseranlagen oder Müllverbrennungsanlagen zum Einsatz kommen und wesentlich zur effizienteren Nutzung von Energie beitragen.

So könnte man im Auto die bislang ungenutzte Abwärme des Motors verwenden, um die Batterie zu laden, die Bordelektrik zu betreiben sowie die klassische Klimaanlage durch ein thermoelektrisches Kühlsystem ersetzen, was den Treibstoffverbrauch um bis zu 10% senken würde.

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