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technik automobil<br />
Strom aus <strong>de</strong>m Auspuff<br />
_ Ein thermoelektrischer Generator im Abgasstrang soll dazu<br />
beitragen, Spritverbrauch und Abgas-Emissionen zu senken.<br />
Die Nachfrage nach effizient<br />
arbeiten<strong>de</strong>n Motoren wird<br />
beim Fahrzeugkauf immer<br />
mehr zum ausschlaggeben<strong>de</strong>n<br />
Argument. Forscher und Entwicklungsingenieure<br />
arbeiten an einem<br />
thermoelektrischen Generator für Fahrzeuge.<br />
Diese Technologie wird bereits<br />
von <strong>de</strong>r US-amerikanischen Raumfahrtbehör<strong>de</strong><br />
NASA seit etwa vier Jahrzehnten<br />
zur Stromerzeugung verwen<strong>de</strong>t. Bei <strong>de</strong>r<br />
thermoelektrischen Stromgewinnung<br />
macht man sich <strong>de</strong>n Effekt zu Nutze,<br />
dass in thermoelektrischen Halbleiterelementen<br />
bei einem Temperaturgefälle<br />
eine elektrische Spannung entsteht, die<br />
<strong>de</strong>r <strong>de</strong>utsche Physiker Thomas Seebeck<br />
1821 ent<strong>de</strong>ckte. Während die NASA<br />
beispielsweise ein radioaktives Zerfallselement<br />
als Wärmequelle verwen<strong>de</strong>t,<br />
Der im Abgasstrang integrierte thermoelektrische Generator<br />
eines BMW-Fahrzeugs erzeugt momentan 200 Watt. In<br />
absehbarer Zeit sollen aber 1000 Watt möglich sein.<br />
Die thermoelektrischen Generatoren verwan<strong>de</strong>ln Wärme<br />
in elektrische Energie, in<strong>de</strong>m sie ein Temperaturgefälle<br />
nutzen. Fotos: BMW<br />
52 amz - auto | motor | zubehör Nr. 9-2008<br />
wollen die Forscher und Entwicklungsingenieure<br />
im Automobilbereich die<br />
Wärme von Autoabgasen nutzen. Mit<br />
<strong>de</strong>m Generator soll nicht nur <strong>de</strong>r Spritverbrauch<br />
um fünf bis sieben Prozent<br />
gesenkt, son<strong>de</strong>rn auch die Kohlendioxid-<br />
Emissionen verringert wer<strong>de</strong>n.<br />
In Verbrennungsmotoren wird nur<br />
rund ein Drittel <strong>de</strong>r Energie, die im Kraftstoff<br />
steckt, in mechanische Arbeit zu<br />
Fortbewegung umgesetzt. Der Rest geht<br />
in Form von Wärme verloren und verpufft<br />
in die Atmosphäre. Weltweit arbeiten<br />
Wissenschaftler daran, die ungenutzte<br />
Abwärme von Autos zu nutzen. Darunter<br />
auch unabhängig voneinan<strong>de</strong>r Forscher<br />
<strong>de</strong>s Fraunhofer-Instituts für Physikalische<br />
Messtechnik und Entwicklungsingenieure<br />
von BMW, sagt Daniel Kammerer von<br />
<strong>de</strong>r BMW-Pressestelle. Die thermoelektrischen<br />
Generatoren verwan<strong>de</strong>ln Wärme<br />
in elektrische Energie, in<strong>de</strong>m sie ein Temperaturgefälle<br />
nutzen. Je größer die Temperaturunterschie<strong>de</strong>,<br />
<strong>de</strong>sto mehr Strom<br />
kann produziert wer<strong>de</strong>n. Fraunhofer-<br />
Forscher entwickeln thermoelektrische<br />
Materialien, Module und Systeme für die<br />
Restwärmenutzung im Automobil. „Im<br />
Abgasrohr herrschen Temperaturen von<br />
bis zu 700 Grad Celsius und mehr“, sagt<br />
Dr. Harald Böttner, Leiter <strong>de</strong>r Abteilung<br />
Thermoelektrische Systeme. „Der Temperaturgradient<br />
zwischen Abgasrohr und<br />
einer Kühlerflüssigkeitsleitung beträgt<br />
somit bis zu mehreren Hun<strong>de</strong>rt Grad Celsius.“<br />
Diesen großen Unterschied nutzt<br />
<strong>de</strong>r thermoelektrische Wandler aus:<br />
Durch <strong>de</strong>n Wärmefluss zwischen <strong>de</strong>n<br />
heißen Abgasen und <strong>de</strong>r kalten Seite an<br />
einer Kühlleitung getrieben, wan<strong>de</strong>rn die<br />
Ladungsträger durch spezielle Halbleiter<br />
– es fließt elektrischer Strom. Langfristig<br />
soll <strong>de</strong>r thermoelektrische Generator<br />
die Lichtmaschine überflüssig machen<br />
und die permanent steigen<strong>de</strong> Zahl elektrischer<br />
Verbraucher im Auto versorgen.<br />
Thermoelektrischer<br />
Generator im Abgasstrang<br />
Für die Stromgewinnung im Fahrzeug<br />
integrieren die BMW-Entwicklungsingenieure<br />
einen thermoelektrischen Generator<br />
in <strong>de</strong>n Abgasstrang. Mit <strong>de</strong>m<br />
Die bisher im Auto ungenutzte Abgaswärme<br />
soll in absehbarer Zeit die elektrische Energie<br />
für die zahlreichen Verbraucher im Fahrzeug<br />
liefern und damit <strong>de</strong>n Spritverbrauch und die<br />
Abgasemissionen senken.<br />
System wird eine elektrische Energie von<br />
200 Watt erzeugt. Diese Leistung ist allerdings<br />
noch zu gering. Die Materialforschung<br />
macht aber rasante Fortschritte.<br />
In greifbare Nähe rückt das hochgesteckte<br />
Ziel, mit einem thermoelektrischen<br />
Generator bis zu 1000 Watt zu erzeugen,<br />
teilt BMW mit. Eine einfache Rechnung<br />
macht <strong>de</strong>utlich, wie wichtig die Steigerung<br />
<strong>de</strong>r Energieeffizienz im Automobil<br />
ist: In Deutschland sind etwa 50 Millionen<br />
Kraftfahrzeuge zugelassen, die<br />
durchschnittlich eine Laufleistung von<br />
200 Stun<strong>de</strong>n im Jahr haben. Könnte man<br />
mit thermoelektrischen Generatoren<br />
<strong>de</strong>ren Abwärme während dieser Zeit zur<br />
Speisung <strong>de</strong>r gesamten Bor<strong>de</strong>lektronik<br />
mit einer Leistung von einem Kilowatt<br />
nutzen, ließen sich insgesamt zehn Terawattstun<strong>de</strong>n<br />
(zehn Billionen Wattstun<strong>de</strong>n)<br />
Energie pro Jahr einsparen – ein<br />
be<strong>de</strong>uten<strong>de</strong>r Beitrag. Doch noch sind die<br />
Forscher in <strong>de</strong>r Versuchsphase. Bald sollen<br />
beim Fraunhofer-Institut die ersten<br />
Prototypen entwickelt wer<strong>de</strong>n, teilt Böttner<br />
mit.<br />
Zu einem späteren Zeitpunkt ist<br />
auch <strong>de</strong>nkbar, dass dieses Energierückgewinnungs-System<br />
in einen Katalysator<br />
integriert wird. Bei Umkehrung <strong>de</strong>s<br />
Seebeck-Effektes könnte das Aggregat<br />
als Katalysatorheizung dienen, um die<br />
Rohemissionen beim Kaltstart zu verringern.<br />
Dabei machen sich die Forscher<br />
und Entwicklungsingenieure <strong>de</strong>n von<br />
<strong>de</strong>m französischen Physiker Jean Charles<br />
Athanase Peltier 1834 ent<strong>de</strong>ckten Effekt<br />
zu nutze, dass ein äußerer Stromfluss<br />
eine Än<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>s Wärmetransportes<br />
bewirkt. Sobald das Abgas heiß genug<br />
ist, kann <strong>de</strong>r Prozess umgekehrt wer<strong>de</strong>n,<br />
um damit wie<strong>de</strong>r Strom zu erzeugen.<br />
Hans Rosarius