Abwärmenutzung bei Pkw-Motoren reduziert CO2-Bilanz

Autos fahren nur mit einem Drittel der Energie, die ihre Motoren erzeugen. Zwei Drittel verpuffen im Abgas und im Kühlwasser. Von 100 Litern Kraftstoff nutzen fortschrittliche Otto- und Dieselmotoren lediglich 30 Liter bis 40 Liter für den Fahrzeugantrieb. Strengere CO2-Grenzwerte und hohe Kraftstoffpreise lassen Fahrzeugentwickler nach Möglichkeiten der Abwärmenutzung fahnden. So etwa Latentwärmespeicher, die auch für häufig startende Hybride oder Elektroautos mit Range Extender interessant sind.

Spätestens, wenn 2017 der „WLTP-Zyklus“ – Worldwide Harmonized Light Duty Test Procedure – den EU-Fahrzyklus „NEFZ“ bei der Verbrauchsbestimmung von Pkw ablöst, wird die Abwärmenutzung für Autohersteller interessant. Denn anders als bei den Rollenprüfstandsmessungen des NEFZ, sollen Nebenaggregate stärker einbezogen werden und „Real Driving Cycles“ realistische Verbrauchswerte ermitteln. Abwärme-Rückgewinnung könnte dann einen entscheidenden Beitrag zur Einhaltung der gesetzlichen CO2-Vorgaben in der EU liefern.

Fahrzeugentwickler fahnden schon länger nach Möglichkeiten der Abwärmenutzung. Zur einsetzbaren Technik gehören etwa Latentwärmespeicher, in denen Phasenwechsel-Materialien, etwa spezielle Salze oder Paraffine, die Wärme speichern und bei Bedarf auf einen Schlag abgeben.

Die Latentwärmespeicher können vor dem Start den Fahrgastraum oder den Katalysator heizen. Letzteres hat den Vorteil, dass der „Kat“ bei Kaltstarts schnell auf Betriebstemperatur kommt. Das spart nicht nur 1 g CO2/km, sondern senkt den Ausstoß von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff beim Kaltstart um bis zu 95 Prozent. Gerade für häufig startende Hybride oder Stromer mit Range-Extender sind solche Latentwärmespeicher interessant.[foto id=“471515″ size=“small“ position=“right“]

Eine weitere Technik nutzt die Abwärme nach dem sogenannten „Clausius-Rankine-Prozess“. Dabei wird im Abgas Wasser verdampft und durch eine Turbine getrieben. Nach Einschätzung des Zulieferers Eberspächer ließe sich so die Lichtmaschine entlasten oder ersetzen, was den CO2-Ausstoß um bis zu 10 g/km verringert.

An Wärmerückgewinnung mit Dampf arbeitet auch der weltweit größte Zulieferer Bosch. Dort wandeln Expansionsmaschinen die Abwärme von Nutzfahrzeugmotoren in Strom fürs Bordnetz oder in zusätzlichen mechanischen Antrieb der Kurbelwelle um. Solche Systeme können den Verbrauch von Lkw im Fernverkehr um bis zu 2 500 Liter Diesel pro Jahr senken.

Bleibt die Kostenfrage

Die EU-Klimaschutzvorgaben zwingen die Autohersteller, in Effizienz zu investieren. Strafen und Imageverluste drohen, wenn sie die vereinbarten CO2-Flottenziele verfehlen. Aktuell sondiert die Branche Kosten und mögliche Synergien sämtlicher Effizienztechnologien. Richtschnur wird künftig das Strafmaß bei Überschreitung des CO2-Limits je Flottenfahrzeug sein: Es beträgt 95 Euro je Gramm. Um den CO2-Ausstoß zu verringern, setzen die Automobilhersteller heute auf Techniken wie Turbolader, Downsizing und Thermomanagement. Dort liegen die Grenzkosten je reduziertes Gramm CO2 und Kilometer zwischen 40 Euro bis 50 Euro. Zum Strafmaß bleibt da noch Luft für Investitionen.