Im Gegensatz zur Verbrennung fossiler Brennstoffe geben Atomkraftwerke sehr wenige Treibhausgase ab. Sie sind sicherer als je zuvor und erzeugen derzeit etwa ein Fünftel des Stroms der USA. Allerdings produzieren Atomkraftwerke gefährlichen Abfall, und Wissenschaftler suchen weiterhin nach effektiven Möglichkeiten, dieses gefährliche Nebenprodukt zu verwalten. Was wäre, wenn wir mehr tun könnten, als es nur zu lagern – was wäre, wenn wir es nutzen könnten, um mehr Energie zu erzeugen?
Innovative Nutzung von Atommüll
Inspiriert von dieser Idee haben Forscher in Ohio eine kleine Batterie entwickelt, die mit Atommüll betrieben wird. Sie setzten Szintillationskristalle – ein Material, das Licht emittiert, wenn es Strahlung absorbiert – gamma-Strahlung aus, die von Atommüll erzeugt wird. Das Licht der Kristalle energisierte dann eine Solar-Batterie. Die Studie, die am 29. Januar im Journal Optical Materials: X veröffentlicht wurde, zeigt, dass Hintergrundwerte der gamma-Strahlung kleine elektronische Geräte, wie Mikrochip, mit Strom versorgen könnten.
„Wir ernten etwas, das als Abfall angesehen wird, und versuchen von Natur aus, es in einen Schatz zu verwandeln“, sagte der Hauptautor Raymond Cao in einer Erklärung der Ohio State University. Er ist der Direktor des Kernreaktorlabors der Ohio State University.
Die Forschungsgruppe testete den Prototyp der Batterie mit Cäsium-137 und Kobalt-60, häufigen radioaktiven Abfallprodukten aus Kernreaktoren. Mit Cäsium-137 produzierte die Batterie 288 Nanowatt Leistung, während Kobalt-60 1,5 Mikrowatt erzeugte – genug, um einen kleinen Sensor mit Strom zu versorgen.
Skalierung und Zukunftsperspektiven
Obwohl dies wie ein kleiner Sieg erscheinen mag – eine Standard-10-W-LED-Glühbirne benötigt 10 Millionen Mikrowatt – argumentieren Cao und seine Kollegen, dass ihr Ansatz skaliert werden könnte, um Technologie im Wattbereich (im Gegensatz zu Mikrowatt) oder sogar höher zu betreiben. Solche Batterien könnten in Umgebungen eingesetzt werden, in denen Atommüll produziert wird, wie beispielsweise in Lagerbecken für Atommüll. Sie haben das Potenzial, langlebig zu sein und wenig bis keine regelmäßige Wartung zu erfordern.
„Das Konzept der nuklearen Batterie ist sehr vielversprechend“, sagte Ibrahim Oksuz, Koautor der Studie und Maschinenbau- sowie Luft- und Raumfahrtingenieur an der Ohio State University. „Es gibt noch viel Spielraum für Verbesserungen, aber ich glaube, dass dieser Ansatz in Zukunft einen wichtigen Platz sowohl in der Energieerzeugung als auch in der Sensorenindustrie einnehmen wird.“
Die Forscher bemerkten auch, dass die Struktur der Szintillationskristalle den Energieausstoß der Batterie beeinflussen könnte und theoretisierten, dass größere Kristalle mehr Strahlung absorbieren und mehr Licht emittieren. Eine Solar-Batterie mit einer größeren Oberfläche kann auch mehr Licht absorbieren und folglich mehr Energie produzieren.
„Dieser zweistufige Prozess befindet sich noch in einer frühen Phase, aber der nächste Schritt besteht darin, größere Wattzahlen mit skalierbaren Konstruktionen zu generieren“, erklärte Oksuz.
Aktuell wäre die Skalierung dieser Technologie zwar kostspielig, und es sind weitere Forschungen notwendig, um die Ergebnisse zu verfeinern. Nichtsdestotrotz zeigt die Studie, dass mit genügend Einfallsreichtum der Abfall des einen Menschen tatsächlich der Schatz eines anderen Menschen sein kann – oder in diesem Fall eine Energiequelle.
