Münzgroße Gasturbine auf Siliziumchip soll Energie liefern

Klein wie eine Münze und doch zehnmal länger Energie liefernd als eine Batterie von gleichem Gewicht: Das ist das Bild einer winzigen Gasturbine, die künftig tragbare elektronische Geräte vom Mobiltelefon bis zum Laptop "befeuern" soll.

Cambridge (USA) - Die Turbine im Siliziumchip, entwickelt in den USA, verspricht nicht nur mehr Energie beziehungsweise weniger Gewicht, das es zu tragen gilt -- da sie mit Gas arbeitet, versorgt sie auch Geräte, wenn kein Stromnetz zum Aufladen erreichbar ist. Und sollte die Gasturbine in Massenproduktion gehen, so ihre Entwickler, dann dürfte der Preis für Strom aus der Turbine auf das Niveau sinken, auf dem heutige Gaskraftwerke ihren Strom produzieren und in Haushaltssteckdosen liefern. Der Preis für Strom aus Batterien ist im Vergleich deutlich höher.

"Große Gasturbinenmotoren können eine Stadt mit Strom versorgen, aber eine kleine einen Menschen", erklärt Alan Epstein, Professor am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Der Spezialist für Gasturbinen und Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) versammelte Kollegen aus unterschiedlichsten Disziplinen für das Projekt, gefördert wird es von der Forschungsabteilung der US-Armee. Die Herstellung der Mikroturbine orientiert sich an den Techniken der Computerproduktion: Dabei besteht eine Gasturbine aus einer Verbrennungskammer, einem Verdichter, der genügend Luft anliefert, dem rotierenden Teil der Turbine sowie diversen Getriebe- und anderen Teilen. Um diese Teile im Millimetermaßstab zu konstruieren, bleibt nur das Ätzen in Silizium-Wafer. Diese Scheiben aus einem Silizium-Einkristall bieten perfekte Regelmäßigkeit des Atomgitters und bieten die notwendige Stärke. Epsteins Team entwickelte eine Konstruktion aus sechs Silizium-Wafern, in die zunächst die gewünschten Strukturen geätzt werden, bevor man sie Sandwich-artig zusammenfügt. So entstehen die notwendigen Hohlräume. Für bessere Effizienz ätzt man pro großem Wafer 60 bis 100 gleichartige Komponenten und schneidet die fertigen Blöcke gezielt auseinander.

Das Team vermeldet das erfolgreiche Funktionieren der Einzelteile: Der Kompressor verdichtet die angesaugte Luft, um sie optimal mit dem Gas zu mischen; in der Verbrennungskammer verbrennt das Gemisch bei rund 1500 Grad Celsius; der mikro-fabrizierte Turbinenrotor dreht sich mit 20.000 Umdrehungen pro Sekunde; der angeschlossene Generator erzeugt daraus eine elektrische Leistung von zehn Watt. Für das Kühlsystem scheint es auszureichen, die verdichtete Luft um die Verbrennungskammer herumzuleiten, so die Forscher. Nun geht es darum, die funktionierenden Einzelteile gemeinsam auszutesten. Ziel ist, den ersten kompletten Prototypen bis Ende des Jahres zu liefern.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2006/muenzgrosse-gasturbine-auf-siliziumchip-soll-energie-liefern/