Die Abgasenergie von Verbrennungsmotoren wird schon seit Jahren genutzt, um dem Motor mehr Kraft zu verleihen. Künftig soll sie sogar in Strom umgewandelt werden.
Daran arbeitet das Engineering Center Steyr (ECS) im Moment intensiv. Statt der mechanischen Energie, wie sie beispielsweise im Turbolader genutzt wird, steht dort die thermische Energie im Mittelpunkt. Mit einem thermoelektrischen Generator entsteht aus heißem Abgas Strom für das Bordnetz des Lkw. Noch ist die Technik Zukunftsmusik, doch noch in diesem Jahrzehnt könnte diese Art von Energierückgewinnung ihre Serienreife erreichen.
Auf den ersten Blick scheint das Prinzip simpel. Die technische Umsetzung ist dennoch komplex: Thermoelektrische Generatoren (TEG) basieren auf dem sogenannten Seebeck-Effekt und ermöglichen, aus Abgaswärme Strom zu generieren. Der lässt sich ins Bordnetz einspeisen und entlastet die Lichtmaschine, was letztlich auch den Kraftstoffverbrauch senken kann. Mit ihren hohen Laufleistungen und nahezu konstanten Betriebspunkten sind Fernverkehrs-Lkw für diese Technik prädestiniert.
Wichtig: homogene Strömungsverteilung
Zur Zeit forscht das ECS an zwei verschiedenen Arten von thermoelektrischen Generatoren: das Z-Design und das Plattendesign. Das Z-Design nutzt thermoelektrische Module aus Bismuttellurid (BiTe). Sie sind zwischen Abgasseite und der Kühlmittelseite kraftschlüssig angeordnet. Für den Wärmeübergang sorgen Abgaskanälen aus Stahlblechen mit integrierten Finnen. Im Einströmbereich sind zudem Leitbleche zur möglichst gleichmäßigen Verteilung der Strömung vorgesehen. Aus Stahlblechen sind auch die Kühlwasserkanäle gefertigt, die das Kühlmittel meanderförmig durchströmt.
Kompaktere Bauweise
Trotz der großen Außenmaße ist unter dem Blech eines Lkw immer weniger Platz. Das Plattendesign zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise aus. Zudem sind Abgas- und Kaltwasserkanäle integriert. Dazwischen sitzt das thermoelektrische Material (BiTe). Der Aufbau mit hintereinander angeordneten Platten soll die Herstellung vereinfachen. Zudem ist der thermoelektrische Generator leicht an geänderte Randbedingungen anpassbar. Dazu müssen einzelne Platten nur entweder hinzugefügt oder weggelassen werden.
Material erfüllt noch nicht die gewünschten Kriterien
Das ECS hat bereits beide Systeme auf seinen Motorprüfständen erprobt. Noch befinden sie sich laut dem Engineering Center im Prototypenstadium. Die Forscher erwarten, dass der Wirkungsgrad noch weiter ansteigt. Forschungsbedarf sehen die Entwickler aber noch beim Material. So soll es derzeit noch an der notwendigen Standfestigkeit und der entsprechenden Langzeitstabilität der thermoelektrischen Materialien beim Einsatz in Lkw hapern.