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Strom aus dem Auspuff
Forscher arbeiten an einem thermoelektrischen Generator, der die
Wärme von Autoabgasen in Strom verwandelt. Das Modul nutzt die
Energie für die Bordelektronik. Das senkt den Kraftstoffverbrauch
und hilft, den CO2-Ausstoß von Fahrzeugen zu verringern.
In Zeiten immer knapper werdender Rohstoffe ist Energiesparen angesagt. Viele technische Prozesse nutzen die eingesetzte Energie jedoch zu weniger als einem Drittel. Das gilt insbesondere für Automobile: Dort verpuffen zwei Drittel des Kraftstoffs ungenutzt als Wärme. Etwa 30 Prozent gehen über den Motorblock verloren, weitere 30 bis 35 Prozent als Abgase. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, die ungenutzte Abwärme von Autos, Maschinen und Kraftwerken zu ernten, um deren Energieverbrauch zu senken.
Gefragt sind deshalb thermoelektrische Generatoren, kurz TEGs. Sie verwandeln Wärme in elektrische Energie, indem sie ein Temperaturgefälle nutzen. Je größer die Temperaturunterschiede, desto mehr Strom können TEGs produzieren. Forscher am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickeln thermoelektrische Materialien, Module und Systeme für die Restwärmenutzung im Automobil. "Im Abgasrohr herrschen hohe Temperaturen bis zu 700 Grad Celsius und mehr", sagt Dr. Harald Böttner, Leiter der Abteilung Thermoelektrische Systeme. "Der Temperaturgradient zwischen Abgasrohr und einer Kühlflüssigkeitsleitung 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 ein elektrischer Strom. Er soll langfristig die Lichtmaschine überflüssig machen und die permanent steigende Zahl elektrischer Verbraucher im Auto versorgen. TEGs könnten einen beträchtlichen Anteil des Strombedarfs im Auto decken: "Der Spritverbrauch könnte so zwischen fünf und sieben Prozent gesenkt werden", sagt Böttner.
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 TEGs deren Abwärme während dieser Zeit zur Speisung der gesamten Bordelektronik mit einer Leistung von einem Kilowatt nutzen, ließen sich insgesamt zehn Terrawattstunden Energie pro Jahr einsparen - ein bedeutender Beitrag. Noch sind die Forscher in der Versuchsphase, bald wollen sie erste Prototypen entwickeln.
In Zeiten immer knapper werdender Rohstoffe ist Energiesparen angesagt. Viele technische Prozesse nutzen die eingesetzte Energie jedoch zu weniger als einem Drittel. Das gilt insbesondere für Automobile: Dort verpuffen zwei Drittel des Kraftstoffs ungenutzt als Wärme. Etwa 30 Prozent gehen über den Motorblock verloren, weitere 30 bis 35 Prozent als Abgase. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, die ungenutzte Abwärme von Autos, Maschinen und Kraftwerken zu ernten, um deren Energieverbrauch zu senken.
Gefragt sind deshalb thermoelektrische Generatoren, kurz TEGs. Sie verwandeln Wärme in elektrische Energie, indem sie ein Temperaturgefälle nutzen. Je größer die Temperaturunterschiede, desto mehr Strom können TEGs produzieren. Forscher am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickeln thermoelektrische Materialien, Module und Systeme für die Restwärmenutzung im Automobil. "Im Abgasrohr herrschen hohe Temperaturen bis zu 700 Grad Celsius und mehr", sagt Dr. Harald Böttner, Leiter der Abteilung Thermoelektrische Systeme. "Der Temperaturgradient zwischen Abgasrohr und einer Kühlflüssigkeitsleitung 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 ein elektrischer Strom. Er soll langfristig die Lichtmaschine überflüssig machen und die permanent steigende Zahl elektrischer Verbraucher im Auto versorgen. TEGs könnten einen beträchtlichen Anteil des Strombedarfs im Auto decken: "Der Spritverbrauch könnte so zwischen fünf und sieben Prozent gesenkt werden", sagt Böttner.
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 TEGs deren Abwärme während dieser Zeit zur Speisung der gesamten Bordelektronik mit einer Leistung von einem Kilowatt nutzen, ließen sich insgesamt zehn Terrawattstunden Energie pro Jahr einsparen - ein bedeutender Beitrag. Noch sind die Forscher in der Versuchsphase, bald wollen sie erste Prototypen entwickeln.
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