Radiovoltaik: Batterie aus Atommüll hält volle 30 Jahre

Wohin mit dem vielen Atommüll? Allein in den USA lagern laut offizieller Angaben mehr als 100.000 Tonnen radioaktiver Abfall an über 50 verschiedenen Orten. In großen Mengen fällt bei der Kernspaltung unter anderem das Isotop Strontium-90 an, ein wirksamer Brennstoff, der förmlich auf seine Ausbeutung wartet. Unter Federführung der Morgan State University in Baltimore haben sich Forscher nun genauer mit diesem »Abfallprodukt« beschäftigt – und bauen daraus eine jahrzehntelang haltbare Batterie.

Bisherige Nuklearbatterien sind unzureichend

Die US-Forschungsbehörde DARPA finanziert das Batterieprojekt, das auf radioaktiven Müll statt auf Chemie setzt. Nuklearbatterien gibt es zwar bereits, doch dieses System soll um einiges einfacher und effizienter sein. Eigentlich nutzt ein sogenannter »thermoelektrischer Radioisotopengenerator« die Zerfallswärme von Isotopen, um entstehende Temperaturunterschiede in Spannung umzuwandeln. Doch dieser Umweg über die Wärme mindert den Wirkungsgrad, während die Batterien schwer und teuer sind. Was klein und beweglich ist, kann davon nicht profitieren. Darum eignet sich das alte System hauptsächlich zur Stromversorgung für Raumsonden.

Direkte Stromgewinnung aus geladenen Teilchen

Der neue Ansatz konzentriert sich auf die geladenen Teilchen, die beim Strontium-Zerfall frei werden. Über einen Wandler sollen sie den Strom direkt erzeugen. Strontium-90 ist weniger gefährlich als das in Raumsonden-Batterien verwendete Plutonium-238. Es hat eine Halbwertzeit von 29 Jahren und zerfällt zuerst zu Yttrium-90 mit einer kurzen Halbwertzeit von nur 64 Stunden. Pro Strontium-Atom entstehen so zwei energiereiche Elektronen, und im zweiten Anlauf ist die Energieausbeute sogar deutlich höher. Doppelemission nennt sich das – und diese punktet mit einem weiteren Vorteil: Die hochenergetischen Elektronen aus dem Yttrium-Zerfall dringen tiefer in den Halbleiter ein und erhöhen so den nutzbaren Energieertrag noch.

Der Wandler muss dafür enorm stabil sein, denn die ionisierende Strahlung kann ein empfindliches Material schnell zerstören. Mehrschichtige PIN-Strukturen aus Siliziumkarbid sollen die Lösung sein, so wäre eine dauerhafte Belastung ohne besonderen Leistungsverlust möglich. Schlussendlich entsteht (hoffentlich) eine gefühlt ewig haltbare Batterie, die unabhängig von Sonne, Wetter und Temperatur viele Jahre Strom liefern kann. Über die Sicherheit ist allerdings noch nichts bekannt.