Zukunft des Spritsparens: Energie aus Motorabwärme

Die Abwärme von Automotoren ist eine große, bislang aber noch kaum ausgeschöpfte Energiequelle. Nun arbeitet der Automobilhersteller BMW daran, die thermische in elektrische Energie umzuwandeln, um so den Verbrauch seiner Pkw zu senken.

„Wir wollen nicht nur beim Bremsen, sondern auch beim Beschleunigen Energie zurück gewinnen“, erklärte Stephan Neugebauer, Leiter der Abteilung Energiemanagement, beim diesjährigen AVL-Kongress „Motor und Umwelt“ in Graz.

Selbst hoch effizient arbeitende Verbrennungsmotoren setzen bestenfalls nur ein Drittel der im Kraftstoff enthaltenen Energie in mechanische Kraft um; der größte Teil geht als Wärme verloren. Künftig soll die Hitze des Abgases mit Hilfe eines thermoelektrischen Generators (TEG) in elektrische Energie umgewandelt und genutzt werden. Versuche mit einem Prototypen auf der Basis eines BMW 535i haben gezeigt, dass hierdurch der Kraftstoffverbrauch um bis zu 5 Prozent reduziert werden kann.

Das Prinzip des TEG ist nicht neu: Schon 1821 hat der deutsche Physiker Thomas Seebeck den nach ihm benannten Effekt entdeckt, dass durch das Aufbringen einer Temperaturdifferenz auf einem elektrischen Leiter Elektronen von der heißen auf die kalte Seite wandern. Dabei entsteht eine elektrische Spannung. Diese Methode der Stromerzeugung wird seit langem in der Raumfahrt angewendet, wobei dort die notwendige Wärme beim Zerfall von radioaktivem Material entsteht.

Hohe Kosten und geringe Wirkungsgrade haben jedoch bisher eine breite Anwendung verhindert. Erst die Verfügbarkeit neuartiger, metallähnlicher Halbleiter und Fortschritte in der Entwicklung der Nanotechnologie haben die Effizienz thermoelektrischer Generatoren so weit erhöht, dass ihr Einsatz im Automobil möglich erscheint. Ziel sei, so Neugebauer, die von der Bordelektronik benötigte elektrische Energie bei Geschwindigkeiten von 100 km/h bis 130 km/h ausschließlich aus der Abwärme zu erzeugen und die von der Kurbelwelle angetriebene Lichtmaschine zu entkoppeln.

Hierzu muss jedoch der Wirkungsgrad des thermoelektrischen Materials noch annähernd verdoppelt werden, um 600 Watt (W) bis 700 W statt aktuell 200 W elektrische Leistung zu generieren. Sogar 1 000 W scheinen künftig möglich.

Als weiterer Schritt wird bei BMW überlegt, einen TEG in den Abgaskatalysator zu integrieren: Zunächst wird elektrische Energie an den Halbleiter geliefert, der sich erwärmen und den Kat schnell auf Betriebstemperatur bringen würde. Wenn das Abgas heiß genug ist, dreht sich der Prozess um, so dass Strom erzeugt wird.