Geschichte

Jahre der Forschung und Entwicklung

Thomas Alva Edison meldete bereits 1888 und Nicola Tesla 1889 den Thermo-Magnetischen Motor zum Patent an. Sie erkannten, dass der Curie-Effekt technologisch nutzbar gemacht werden könnte, sie konnten damals jedoch noch keine technische Lösung dazu vorweisen. Erst nach über 100 Jahren der Forschung und Entwicklung kam man dem Ziel näher, bis 2013 Swiss Blue Energy der Durchbruch gelang. Seither ist Swiss Blue Energy technologisch führend bei der Entwicklung und Realisierung von leistungsstarken Thermo-Magnetischen Motoren im Kilowatt-Bereich, welche absolut emissionsfrei rund um die Uhr arbeiten.

Anhand einer 2014 durch die Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) verfassten Studie zum Marktpotenzial von Thermo- Magnetischen Motoren, die durch das Schweizer Bundesamt für Energie gefördert wurde, eröffnet sich für unsere dezentral einsetzbaren Anlagen ein Markt mit höchstem wirtschaftlichem Potenzial.

Eigenschaften

Die Alleinstellungsmerkmale des TMM

  • Erste Technologie zur Rückgewinnung und Verstromung von Niedertemperaturabwärme (20°C bis 80°C)
  • Verwendung einer der grössten, bislang ungenutzten und überall verfügbaren Energiequellen
  • Weltweite, ortsunabhängige und dezentrale Erzeugung von Elektrizität
  • Zeitlich flexible, unterbrechungsfreie und konstante Stromquelle
  • Keine negativen Umwelt- und Landschaftseinflüsse
  • Modularer Aufbau und einfacher Transport

Anwendungen

Der thermo-magnetische Motor verfügt über ein breites Anwendungsfeld und ein grosses Marktpotential, beispielsweise in der Zement- und Stahl- herstellung, Lebensmittelindustrie, Rechenzentren, Geo- und Solarthermie.

Erdwärme

Solarenergie

Industrielle Abwärme

Thermische Kraftwerke

Antriebsprinzip

Der thermo-magnetische Motor wandelt Niedertemperaturwärme zwischen 20°C und 80°C in nutzbare Elektrizität. Hierfür wird ein Teil der in der Temperaturdifferenz (ΔT) von zwei Wasserströmen enthaltenen thermischen Energie umgewandelt. Die minimale Temperaturdifferenz beträgt 20K.

Curie-Effekt und magneto-kalorisches Material

Der Curiepunkt bezeichnet die Temperatur, bei deren Erreichen bei thermo-magnetischen Materialien ein reversibler Phasenübergang der magnetischen Eigenschaften stattfindet. Das magneto-kalorisches Material verhält sich oberhalb der Curie-Temperatur paramagnetisch (Verhalten im Magnetfeld vergleichbar zu Kunststoff) und unterhalb der Curie-Temperatur ferromagnetisch (Verhalten im Magnetfeld vergleichbar zu Eisen). Dieses Verhalten wird als Curie-Effekt bezeichnet.

Energieumwandlung und schneller thermischer Schalter

Bei einer Temperatur des magneto-kalorischen Materials unterhalb des Curiepunktes wird dieses von einem Permanentmagneten angezogen (ferromagnetische Eigenschaften). Oberhalb des Curiepunktes kann das Material das Feld eines Permanentmagneten hingegen ungehindert passieren (paramagnetische Eigenschaft). Durch einen schnellen Wechsel der Temperatur des magneto-kalorischen Materials oberhalb und unterhalb des Curiepunktes (schneller thermischer Schalter) sowie einer sinnvollen Anordnung der Permanentmagnete wird eine kontinuierliche Drehbewegung erzeugt. Die mechanische Energie wird danach in Elektrizität umgewandelt.

Energiebilanz

Der thermo-magnetische Motor (TMM) verwandelt einen Teil der in der Temperaturdifferenz zwischen zwei Wasserströmen (ΔT) enthaltenen thermischen Energie in nutzbare und emissionsfreie Elektrizität. Dies geschieht durch schnelle und kontinuierliche Erwärmung und Abkühlung eines magneto-kalorischen Materials um den Curiepunkt und der Verwendung von Permanentmagneten.

Antriebsprinzip

Zukunft

Modulare «Plug & Play» Lösung

Zur Leistungsskalierung sollen zukünftig mehrere TMM-Module in Normcontainern untergebracht und als «Plug & Play» Lösung an die unterschiedlichen Anwendungsorte gebracht werden. Zum Betreiben der stromerzeugenden Container werden Volumenströme von kaltem und warmem Wasser benötigt. Die Betriebseigenschaften der Motoren im Container können den gegebenen vorherrschenden Wassertemperaturen angepasst werden. Genutzt werden kann Warmwasser bis 80°C, wobei der Kaltwasserstrom jeweils um ca. 20°C kälter sein muss, als das Warmwasser.

Um den technologischen und materialspezifischen Herausforderungen gewachsen zu sein arbeitet Swiss Blue Energy seit Beginn mit der Fachhochschule Nordwestschweiz zusammen und konnte mit dem Paul Scherrer Institut in Villigen in 2017 einen weiteren nationalen Forschungspartner gewinnen. Die gemeinsamen Projekte werden durch Förderstellen von Kanton und Bund unterstützt. Eine internationale Kooperation hat Swiss Blue Energy mit der Technischen Universität Delft in Holland. In mehreren durch die Förderstellen (STW und NWO) des holländischen Wissenschafts- und Wirtschaftsministeriums unterstützten mehrjährigen Forschungsprojekten werden spezifisch für den TMM neuartige Materialien entwickelt und hergestellt. In die Arbeiten sind zwei holländischen Universitäten involviert