Mount Erebus als Energiequelle für die Wissenschaft | Polarjournal
Ein Blick in den Lavasee von Mount Erebus. Vermutlich existiert er seit über einhundert Jahren, was außergewöhnlich ist. Foto: Nial Peters

Feldforschung in der Antarktis stellt Wissenschaftler in vielerlei Hinsicht vor große Herausforderungen. Extreme Kälte und heftige Stürme setzen nicht nur den Forschern selbst sondern auch ihren Messinstrumenten zu. Der für die Datenerhebung zentrale Aspekt ist die Stromversorgung. Während diese im Sommer mithilfe von Solarzellen einigermaßen gesichert ist, kann sie in der langen Polarnacht kaum gewährleistet werden. Wissenschaftler, die den Lavasee des Mount Erebus erforschen, haben nun eine Lösung für den Winterbetrieb gefunden — sie wollen einfach die Wärme des Vulkans für die Stromerzeugung nutzen. Wie das funktioniert, haben Forscher aus Großbritannien und den USA in einer neuen Studie vorgestellt.

Mount Erebus ist der südlichste aktive Vulkan der Erde und der aktivste Vulkan der Antarktis. Er ist einer der wenigen Vulkane mit einem offenen Lavasee am Gipfel und stellt somit ein einzigartiges natürliches Labor für die Vulkanforschung dar. Historische Expeditionsberichte deuten daraufhin, dass der Lavasee mindestens seit dem frühen 20. Jahrhundert existiert, was laut Philip Kyle, emeritierter Professor am New Mexico Institute of Mining and Technology und Co-Autor der Studie, ziemlich außergewöhnlich ist.

Nial Peters installierte am Kraterrand eine Wärmebildkamera, um den Lavasee zu überwachen. Seine Hoffnung war, dass der Generator während der Polarnacht genügend Strom für die Kamera liefert. Foto: Clive Oppenheimer

Weltweit messen Vulkanologen kontinuierlich das ganze Jahr über Bodenerschütterungen, aufsteigende Gase, die Temperatur des fließenden Magmas und weitere Parameter, um zu untersuchen, was sich im Inneren der Vulkane abspielt. Am Mount Erebus in der Antarktis waren diese Messungen bisher nur möglich, solange die Sonne die nötige Energie spendete. Sobald das Licht fehlte, verweigerten die Instrumente alsbald ihren Dienst. Wissenschaftler setzen zwar auch Windturbinen für die Energiegewinnung ein, doch können die von den starken Stürmen zerstört werden. Abgesehen davon spuckt der Vulkan immer wieder Magmabomben, die in der Luft erstarren und an den Flanken platzierte Instrumente zerstören können. 

Seit 2009 untersucht Nial Peters, Ingenieur am University College London und Hauptautor der Studie, den Lavasee von Mount Erebus. Er wollte mit einer Wärmebildkamera das Magma ganzjährig beobachten, scheiterte bisher jedoch an der Stromversorgung. Vor einigen Jahren stieß er auf eine Möglichkeit, das Stromproblem zu umgehen — mittels eines thermoelektrischen Generators, der Wärme in Strom umwandelt. An sich keine neue Technologie, aber bislang ungenutzt in der Forschung auf dem eisigen Kontinent. Alles, was es dazu braucht ist ein Temperaturunterschied, z.B. zwischen Boden und Luft. Der Generator nutzt den Wärmefluss, um eine Spannungsdifferenz zu erzeugen, die Strom produziert. Die Bodentemperatur am Gipfel erreicht an einigen Stellen 80°C; genug, um einen solchen Generator zu betreiben.

In der Gipfelregion des Mount Erebus gibt es einige eisfreie Stellen, an denen die Bodentemperatur bis zu 80°C beträgt. A — aktiver Hauptkrater, B — Seitenkrater, C — Stelle, an der der Generator installiert wurde. Foto: Peters et al. 2021, Cambridge University Press

«Es ist ein ziemlich cooles Stück Technologie, das Spaß macht. Es löst nicht alle Energieprobleme bei der Überwachung von Vulkanen, aber es hat das Potenzial, ein sehr nützliches Werkzeug zu sein.»

Nial Peters, Ingenieur am University College London und Hauptautor der Studie

Im Dezember 2014 testeten Peters und seine Kollegen den ersten Prototypen am Vulkan und stellten fest, dass der Wärmefluss tatsächlich Strom erzeugte, wenn auch nur ein Viertel Watt. Für die Wärmebildkamera reicht das zwar nicht aus, aber immerhin lieferte der Generator kontinuierlich Strom, der die Batterien der Kamera vor dem Entladen bewahren würde. Laut Peters könnten mehrere Generatoren, nach Optimierung des Prototyps, ausreichend Energie für den dauerhaften, ganzjährigen Betrieb verschiedener Messinstrumente liefern, z.B. für Infraschallsensoren, die die Geräusche des Vulkans registrieren — ein Durchbruch für die Vulkanologen am Mount Erebus.

Um die Wärme des Bodens nutzen zu können, wurde der Prototyp des Generators teilweise in den heißen Boden eingegraben. Foto: Nial Peters. Das kleine Bild links zeigt den gesamten Generator. Foto: Bryn Jones

Die Forscher gehen davon, dass diese Technologie auch an anderen antarktischen Vulkanen und in ganz anderen Forschungsbereichen, die Instrumente mit geringem Energiebedarf einsetzen, angewendet werden kann. Zudem könnten weitere Vulkane im Südlichen Ozean überwacht werden, die auf der Flugroute zwischen Neuseeland und der McMurdo-Station liegen und den Flugverkehr gefährden könnten.

Julia Hager, PolarJournal

Link zur Studie: Peters, N., Oppenheimer, C., Jones, B., Rose, M., & Kyle, P. (2021). Harnessing Erebus volcano’s thermal energy to power year-round monitoring. Antarctic Science, 33(1), 73-80. doi:10.1017/S0954102020000553

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