Strom aus dem Auspuff

Physik Journal - Ein thermoelektrischer Generator erzeugt aus Autoabgasen elektrische Energie.

Die Reduktion des CO2-Ausstoßes rückt stärker ins Visier der Automobilhersteller. Für alternative Antriebskonzepte, zum Beispiel Elektroantriebe, ist es noch ein weiter Weg bis zur Serienreife mit marktfähigen Preisen. Daher sind die Autobauer auch an kleinen Verbesserungen beim Schadstoffausstoß heutiger Motoren interessiert. Wissenschaftler der DLR-Institute für Werkstoff-Forschung in Köln und Fahrzeugkonzepte in Stuttgart haben daher gemeinsam mit BMW den Prototyp eines thermoelektrischen Generators entwickelt, der aus der Wärme der Fahrzeugabgase elektrische Energie erzeugt. Das Prinzip des Generators beruht auf dem Seebeck-Effekt: Haben zwei Punkte eines Leiters unterschiedliche Temperaturen, bildet sich zwischen ihnen eine elektrische Spannung aus.

Abb.: DLR-Wissenschaftler haben einen Generator in den Abgasstrang eines Testfahrzeugs integriert (Bild: BMW)

Der in den Abgasstrang eines Fahrzeugs eingebaute Generator besteht aus Wärmeübertragern, die zusammen mit insgesamt 24 thermoelektrischen Modulen aus Wismut-Tellurid in Schichten übereinander angeordnet sind. Einen Teil der Wärme wandelt das Gesamtsystem in elektrische Energie um, ein weiterer Teil dient dazu, Fahrzeugkomponenten schneller auf Betriebstemperatur zu bringen.

Der Wirkungsgrad thermoelektrischer Generatoren bei der Umwandlung von Wärme in elektrische Energie liegt bei Feldversuchen im Bereich von wenigen Prozent, theoretisch sind Werte in der Größenordnung von zehn Prozent möglich. Auf dem Prüfstand erzeugte der Generator bei umgerechnet 130 Kilometer pro Stunde eine elektrische Leistung von 200 Watt - das liegt in der Größenordnung, die für die Motorsteuerung eines Mittelklassefahrzeugs ausreicht. Eine Kraftstoffeinsparung von einigen Prozent wäre so möglich.

Bis zur Serienreife vergehen jedoch noch mehrere Jahre. Denn das Potenzial der Materialien, die sich für einen thermoelektrischen Generator eignen, ist zwar bekannt, fertigungstechnisch aber gibt es noch viele Probleme zu lösen.

Michael Vogel
Physik Journal, Februar 2009, S. 14

AL