amz_2008_09

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