Neutrinovoltaik – doch nur eine weitere „Erneuerbare Energie“?

»
Die Aussicht auf Energiegewinnung aus den Neutrinos ist natürlich sehr verlockend. Man stelle sich nur vor, Strom wird unabhängig von der Tages- und Jahreszeit kontinuierlich gewonnen – gänzlich ohne die „Zappeligkeit“ herkömmlicher „Erneuerbarer Energien“. Die vorliegende AG widmet sich der Frage, welche Energiemengen theoretisch aus dem Neutrino-Stream gewonnen werden können. Oder anders gefragt: ist die Neutrinovoltaik mehr als nur eine weitere typisch „erneuerbare“ :mrgreen: Energie, mit geringer Energiedichte, hohem Impact und grottenschlechtem EROI?
AB
ST
RA
CT
Strahlungsmuster im Super-Kamiokande-Detektor bei einem Elektron-Neutrino. Aus „Erklären Neutrinos die Existenz unseres Universums?“
Quelle © Scinexx

Neutrinos werden manchmal in der Fachwelt als „Ignoranten“ im Teilchenuniversum bezeichnet. Denn in der Tat wechselwirken tun sie kaum: ein bisschen mit schwacher Kernkraft. Aber starke Kernkraft, Elektromagnetismus und – wie man lange glaubte – Gravitation… Fehlanzeige! Dafür tun die Neutrinos so ziemlich alles durchdringen, als gebe es für sie keinen Halt im Universum!

Eben, „man glaubte“ lange Zeit, dass Neutrinos – ähnlich wie Photonen – masselos seien, was sie für eine Energiegewinnung aus deren kinetischer Energie vollkommen unattraktiv erscheinen ließ. Doch diese Vorstellung fand 2015 ihr jähes Ende, als dem Japaner Takaaki Kajita und dem Kanadier Arthur McDonald die Entdeckung der Neutrino-Oszillation, gekrönt mit dem Nobelpreis 2015, gelang. Warum aber war damit die Masselosigkeit der Neutrinos perdu?

Nun, wenn sich Neutrinos immer wieder „umziehen“ können, also zwischen , und hin und her wechseln, dann können sie sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen – sonst stünde deren Uhr still und würde das „Umziehen“ nicht ermöglichen. Außerdem wurde gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Umwandlung der Neutrinos u.a. von der Massendifferenz der jeweiligen Neutrino-Generationen abhängt; insbesondere dass genau dann gilt, wenn die Massen gleich sind. Wenn aber ungleich Null ist, muss es für mindestens eine der beiden Massen ebenfalls gelten. Mit anderen Worten: Neutrinos haben eine Masse!

Wenn dem aber so ist, so gibt es eine – wenn auch nur sehr schwache – Wechselwirkung im Gravitationsfeld. Es gibt demnach zumindest eine theoretische Möglichkeit, die kinetische Energie abgreifen zu können, indem man die Neutrinos irgendwie ausbremst. Lt. einiger Forscherteams, bis hin zu kommerziellen Unternehmungen (s. https://neutrino-wiki.de – ansonsten bitte googeln) ist diese Möglichkeit längst nicht mehr nur theoretisch. Vielmehr will man Stoffe gefunden haben, die sich den scheinbar alles durchdringenden Neutrinos sehr wohl in den Weg stellen können. Von der „Neutrinovoltaik“ ist die Rede!

Allerdings kann es für uns nicht ausreichend sein, mit spektakulärer Aufmachung die energiepolitische Revolution heraufzubeschwören; wir wollen es schon genauer wissen… Was uns insbesondere als „AG Energetik“ interessiert, ist, mit welchen Energiedichten und -Mengen real zu rechnen ist. Ist die so wohl klingende „Neutrinovoltaik“ wirklich eine energetische Revolution oder doch nur eine weitere typisch „erneuerbare“ Energie – mit grottenschlechtem EROI bzw. EROÏ und überschaubaren bis homöopathischen energetischen Erträgen :mrgreen:?

Die AG

.
Standardmodell der Elementarteilchen © WikiCommons

Eine einfache Hochrechnung der Fusionsreaktionen im Inneren der Sonne zeigt, dass dort je 1 Sekunde 1.6·1038 von (Elektron-) Neutrinos entstehen und mit knapper Lichtgeschwindigkeit in alle Himmelsrichtungen auf Reise gehen. Projiziert auf unseren Planeten heißt das, dass jede irdische Fläche von 1 m2 – egal wie ausgerichtet und egal zu welcher Tageszeit – von 6.5·1014 dieser „siderischen“ Neutrinos je Sekunde durchflossen wird, die mit je 6.4·10-14 Joule (0.4 MeV) kinetischer Energie unterwegs sind. Dies ergibt eine Quadratmeter-Leistung von:

Das sieht auf den ersten Blick nicht schlecht aus, aber eben nur auf den ersten Blick😮 Denn es ist unschwer zu prognostizieren, dass wir den Neutrinos allenfalls nur einen Bruchteil deren kinetischer Energie werden entreißen können. Dazu ist der Neutrino-Stream, wie er auf Erden ankommt, viel zu heterogen: Neutrinos in 3 Generationen, die mit unterschiedlichen Massen und Energien (und folglich mit unterschiedlichen korrespondierenden Wellen) unter allen möglichen Einfallswinkeln von vorne und von Hinten in die Detektoren einfallen… Einen Wirkungsgrad von 10% anzunehmen, wie er in etwa bei den Solarzellen vorliegt, wäre nicht zuletzt eingedenk der infinitesimal geringen Wechselwirkung der Neutrinos als abenteuerlich zu bezeichnen.

Fisker Karma © Rainer A. Stawarz
Ein PHEV mit 2 x 203 PS (el.) + 212 PS (Otto) hatte Solarzellen im Dach integriert.
Die Amortisationszeit, sowohl in monetärer als auch in energetischer Hinsicht,
beträgt weit über 100 Jahre :mrgreen:

Und selbst wenn: ein Elektroauto, dem wir aus 2 m2 einer „Neutrino-Wunderfolie“ 8 W Ladeleistung bescheren würden, hätte auf Jahr gerechnet… 70 kWh Strom, für gerade mal 350 km. Das ist viel zu wenig, um auch nur als eine Ergänzung zu dienen, zumal diese doch recht homöopathisch anmutende Ernte mit ungleich höheren monetären aber auch energetischen Gestehungskosten erkauft werden müsste. Die Amortisationszeit läge somit bei einigen Hundert Jahren und das – um es noch einmal zu betonen – bei einem angenommen Wirkungsgrad, der um mehrere Zehnerpotenzen jenseits der Realität liegt.

Diese Überlegung erinnert mich doch stark an den nebenan abgebildeten Fisker Karma. Das Auto hatte Solarzellen im Dach integriert und so konnte der stolze Besitzer, nachdem er implizit eine 5-stellige Summe hierfür hingeblättert hatte, an einem wolkenfreien Sommertag Strom für sagenhafte…7 km tanken – freilich ohne eine Rechnung für die eingesparten 0.20 € präsentiert zu bekommen. 😛:mrgreen:

Das erste Fazit, was die AG ziehen kann, lautet daher: Der Neutrino-Stream ist um einige Größenordnungen schwächer, als die übrige Sonnenenergie. Dies gilt ganz klar jenseits (!) aller Machbarkeitsfragen!

»