Von Verbrennungsmotoren wird viel Energie nutzlos als Wärme an die Umgebung abgegeben. Diese Restenergie, die ohne Nutzen an die Umwelt abgegeben wird, kann dem System zumindest teilweise wieder zugeführt werden. Wie das geht, untersuchen Forscher im DLR.
Das Ziel dabei ist es, die Gesamteffizienz des Systems zu zu steigern und den CO2- Ausstoß zu verringern. Bisher gehen in Verbrennungsmotoren von der im Kraftstoff gespeicherten Energie ca. 30 Prozent durch das Abgas verloren. Um auszuloten wie diese bisher verlorene Energie im Fahrzeug rekuperiert und somit der CO2 Ausstoß reduziert werden kann, trafen sich vom 25.01.-26.01.2017 fünfzig Experten aus Industrie und Forschung in Sindelfingen. Die Fachkonferenz des VDI unter der wissenschaftlichen Leitung von DLR-Abteilungsleiter Frank Rinderknecht hatte zum Ziel, Fachleute aus den Bereichen Thermoelektrik, Clausius-Rankine-Prozess und Wärmespeicher auf einer Tagung zu gemeinsamen Gesprächen zusammen zu bringen. Die 15 hochkarätigen, interessanten und abwechslungsreichen Vorträge der zwei Tage wurden von Experten aus Industrie und Forschung gehalten. Dabei ist es gelungen, einen Einblick von der Materialforschung bis hin zur Systemintegration zu vermitteln.
Für die zunehmende Hybridisierung des Antriebsstrangs und somit für die mittelfristige Zukunft hat die Thermische Rekuperation in Fahrzeugen ein hohes Potential, wie DLR-Forscher Martin Kober in seinem Vortrag mit dem Titel „Leistungsdichten moderner Thermoelektrischer Generator Systeme- Aktueller Überblick“ darstellte. Herr Kober begeisterte mit einem von ihm und seinem Team untersuchten TEG System, welches über die aktuell weltweit höchste bekannte volumetrische und gravimetrische Leistungsdichte verfügt.
„Dies ist der Beginn des Durchbruchs der Thermoelektrik in der Abwärmenutzung. Wir sind hoch motiviert und werden in den nächsten Jahren unsere Forschungsbemühungen verstärken, um dem Thema endgültig zum Durchbruch zu verhelfen. Die Basis für weitere intensive Forschungsarbeiten ist hiermit gelegt. An dieser Stelle sei beispielhaft die Untersuchung von TEG-Systemen in Nutzfahrzeugen zu nennen, die in Zukunft eine hohe Relevanz haben wird.“ so Frank Rinderknecht.
Reinhard Sottong, ebenfalls DLR, ermöglichte den Teilnehmer einen tiefen Einblick in die Forschung zu thermoelektrischen Materialien aus Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.
Mit dem Ansatz der endothermen Reformierung von Kraftstoffen stellte DLR-Forscher Dr.-Ing. Ralph-Uwe Dietrich einen für mobile Anwendungen eher unkonventionellen Ansatz der Abwärmenutzung vor, der die Bandbreite der DLR Möglichkeiten verdeutlicht.
Der Vortrag „Thermohybride Wärmespeichersysteme“ von Herrn Werner Kraft rundete den Reigen der DLR Vorträge ab. Herr Kraft machte deutlich, dass ein thermischer Speicher die Reichweitenproblematik von immer stärker elektrifizierten Fahrzeugen signifikant entschärfen könnte.
Als Resümee der Tagung lässt sich feststellen, dass die im DLR verfolgte thermische Rekuperation mittels Thermoelektrik aktuell die mit Abstand höchste Leitungsdichte, bei gleichzeitig geringsten Kosten, darstellt. Dabei rückt die gesamtsystembasierte Optimierung der TEG-Komponente, unter Berücksichtigung aller fahrzeugspezifischen Einflüsse, immer stärker in den Fokus. Eine aussagekräftige und validierte Gesamtsystemmodellierung und die damit verbundene Berechnung der tatsächlich erreichbaren Effizienzsteigerung sowie eine Modellierung der späteren Produktionskosten bei einem Serieneinsatz stellt die Entwickler dabei vor weitere Herausforderungen. Zudem müssen thermoelektrische Generatoren erfolgreich als Funktionsmuster aufgebaut und getestet werden, um die herausragenden Simulationsergebnisse zu bestätigen. Die bis jetzt geschaffene solide Basis ist für die folgenden Schritte äußerst vielversprechend, sodass in den nächsten Jahren weitere Schritte hin zu geringeren Kosten, nochmals gesteigerten Leistungsdichten und höherer Effizienz zu erwarten sind.
Weitere Informationen zu den DLR-Forschungsarbeiten am TEG finden sie hier