In Zeiten der Energiewende wird immer weiter auf erneuerbare Energien gesetzt. Fossile Brennstoffe wie Benzin, Diesel und Öl sollen durch Solar-, Wind- oder Wärmeenergie ersetzt werden. Doch wie wird Energie erzeugt, wenn es windstill ist oder die Sonne in der Nacht nicht am Himmel steht?
Bereits im Jahre 1816 erfand der schottische Theologe Robert Stirling eine Wärmekraftmaschine – den Stirlingmotor. Er wurde als Alternative zur Dampfmaschine entwickelt, da aufgrund des Überdruckes und der Kesselexplosionen viele Opfer zu beklagen waren. Heute kann Stirlings Erfindung in der Energiewende sein Potential ausschöpfen, weil er auch ohne fossile Brennstoffe betrieben werden kann.
Der Stirlingmotor kann aus Wärmeenergie mechanische bzw. elektrische Energie erzeugen. Er besteht aus zwei Kolben – einem Verdrängerkolben und einem Arbeitskolben. Der Verdrängerkolben schließt einen Zylinder ab, in dem sich das „Arbeitsgas“ befindet. Es kann Wasserstoff, Luft oder ein anderes Gas beinhalten, je nach Druck und Drehzahlen. Das Arbeitsgas muß durch eine externe Wärmequelle erhitzt werden, wodurch es sich ausdehnt und den Kolben verdrängt. Der Verdrängerkolben bewegt den Arbeitskolben, der wiederum ein Schwungrad oder eine Turbine antreibt und Strom erzeugen kann. Das ausgedehnte Arbeitsgas kühlt dann ab, zieht sich wieder zusammen und wird durch die Bewegung des Schwungrades und der Kolben in die Ausgangslage gebracht. Durch die Erwärmung wiederholt sich dieser Vorgang immer wieder und erzeugt so lange Energie, wie die thermische Quelle ihre Wärme abgeben kann.
Der Stirlingmotor ist somit vielseitig einsetzbar, da die Wärmequelle so flexibel ist. Diese kann von einem offenen Feuer, Solarenergie oder anderen ungenutzten Wärme- und Kältedifferenzen eingesetzt werden. In der Miniatur funktioniert so ein Motor auch mit einer Tasse kochendem Kaffee, der die Kolben antreibt. Im privaten Haushalt kann man den Stirlingmotor beispielsweise in Verbindung mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) einsetzen. Ein Blockheizkraftwerk ist eine modulare Anlage, die einzelne Häuser oder Häuserblocks mit Energie versorgen kann. Bisher werden diese mit einem Verbrennungsmotor betrieben, doch mit einer ausreichenden Wärmequelle ist ein BHKW auch mit einem Stirlingmotor nutzbar. Der erzeugte Strom kann somit im Haus verbraucht werden. Den Vorgang vom Abkühlen des Arbeitsgases im Motor kann man ebenso effizient ausnutzen. Wenn kaltes Wasser als Wärmetausch verwendet und anschließend in das Gebäude geleitet wird, kann dieses erwärmte Wasser dem Heizungssystem zugeführt werden und deutlich Energie sparen, da nicht mehr die komplette Flüssigkeit im System erwärmt wird. Überschüssiges Wasser kann in einem Pufferspeicher aufbewahrt werden, um bei der Verwendung dann bereits vorgewärmt zu sein.
Der Stirlingmotor besitzt wegen seiner sehr kompakten Bauweise einen geringen Wartungsaufwand und läuft dabei leise und sauber, da beim Antrieb keinerlei Explosionen, Auspuffgeräusche oder Rußbildungen aufkommen wie bei einem Verbrennungsmotor. Die schwedische Marine setzt den Stirlingmotor bei ihren modernen U-Booten der Gotland-Klasse ein. Der Motor nutzt zwar Diesel als fossilen Brennstoff und flüssigen Sauerstoff als Arbeitsgas, kann aber durch die konstante Verbrennung mehrere Wochen unter Wasser verbringen. Über diese Fähigkeit verfügten früher nur Atom-U-Boote. Die Gotland-Klasse ist zudem schwierig zu orten, da der Motor sehr leise und vibrationsfrei läuft. Eine Erfindung, die schon über 200 Jahre alt und durch die Entwicklungen der Otto- und Dieselmotoren fast in Vergessenheit geraten ist, wird heutzutage immer noch eingesetzt, wie die Nutzung in den Blockheizkraftwerken zeigt. In Zukunft wird der Stirlingmotor aufgrund seiner Flexibilität wohl weiterentwickelt werden, um die Energiewende im wahrsten Sinne anzutreiben.
[FAS]
Quellenverweise.
Wirkprinzip Sterlingmotor.
➘ https://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor
Sterlingmotor für die Heizung.
➘ https://www.effizienzhaus-online.de/lexikon-stirlingmotor-heizung/
Sterlingmotor im U-Boot.
➘ https://de.wikipedia.org/wiki/Gotland-Klasse
Weitere Quellen:
➘ https://www.thermondo.de/info/rat-erneuerbare-energie-stirlingmotor/
➘ https://de.wikipedia.org/wiki/Blockheizkraftwerk
➘ https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/der-stirlingmotor-stellt-sich-vor-a-444675/
➘ https://www.stirlingshop.de/Funktionsprinzip-Stirlingmotor
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