Fahrzeuge mit Abwärme antreiben
Kraftfahrzeuge sind von der Verbrennung fossiler Brennstoffe zum Vorankommen und für die Lichtmaschine, die mechanische in elektrische Energie umwandelt, zur Stromversorgung der Fahrzeugkomponenten abhängig. EU-finanzierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten nun an einer Technologie, bei der thermoelektrische Materialien (TE) zum Einsatz kommen, um die Abwärme aus den Abgasen zu nutzen und in Strom umzuwandeln. Auf diese Weise sollten ansatzweise die Auswirkungen der steigenden Kraftstoffpreise abgeschwächt und der zunehmende Bedarf an elektrischem Strom in Fahrzeugen gedeckt werden können. Das Projekt "Reduced energy consumption by massive thermoelectric waste heat recovery in light-duty trucks" (HEATRECAR) entwickelt Thermoelemente zur Erzeugung von Strom, der entweder den Fahrzeugkomponenten oder dem Antriebsstrang von Hybrid-Elektrofahrzeugen zur Verfügung stehen können. Ein geringerer Kraftstoffverbrauch für diese Zwecke schlägt sich in bedeutenden Emissionsreduktionen nieder. Thermoelektrische Materialien wurden bereits zuvor in Anwendungen der Fahrzeugindustrie eingesetzt, erreichten aber keine akzeptablen Wirkungsgrade. Die Wissenschaftler näherten sich diesem Problem nun auf zwei verschiedenen Wegen an. Sie wählten Wismuttellurid (Bi2Te3) aus, das für die niedrigeren Betriebstemperaturen eines Dieselmotors geeignet erschien. Sie optimierten überdies die Geometrie der Wärmeübertragungsflächen, um die für die thermoelektrischen Module verfügbare Temperaturdifferenz zu maximieren. Die Technologie wurde in einem Prototyp-TE-Generator (TEG) für einen Diesel-Leichtlastkraftwagen (light-duty truck, LDT) umgesetzt, wie er in der EU allgegenwärtig ist. Die Leistung der thermoelektrischen Materialien wurde durch Kugelmahlen und nachfolgendes Spark-Plasma-Sintern um über 20 % erhöht. Fahrzyklustests ergaben, dass das TEG-System den Kraftstoffverbrauch entsprechend dem neuen europäischen Fahrzyklus (NEFZ) um etwa 2,2 % und entsprechend dem stärker belasteten weltweit harmonisierten Testprozedurzyklus für Leichtfahrzeuge (Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedures, WLTP) um 3,9 % senkte. Die gesteigerten TEG-Stromausgangswerte entsprachen dem Rückgang des Lichtmaschinenbedarfs. Man konnte mit Erfolg die technische Realisierbarkeit eines thermoelektrischen Generators auf Bi2Te3-Basis zur Anwendung in einem Dieseltransporter vorführen. In Richtung auf die perfekte Marktreife sollte sich die weitere Arbeit auf die Senkung der Kosten sowie mehrere Empfehlungen in Bezug auf Motortyp, Fahrbedingungen und Materialeigenschaften konzentrieren. Die HEATRECAR-Technologie hat das Potenzial, den Kraftstoffverbrauch und die damit untrennbar verbundenen Kohlendioxidemissionen beträchtlich zu verringern, und wird demzufolge auch maßgebliche sozioökonomische Auswirkungen haben.
