200 Watt elektrische Leistung aus Abgaswärme

Die Abwärme von Autoabgasen verpufft zurzeit ungenutzt, die Bordelektrik wird aus der Autobatterie gespeist. „Hier liegt eine stille Reserve, wir könnten die Abwärme nutzen und in Strom umwandeln“, erklärt Dr. Wolf Eckhard Müller, Gruppenleiter am Institut für Werkstoff-Forschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Denn eine Temperaturdifferenz zwischen zwei unterschiedlichen Metallen oder Halbleitermaterialien kann über den so genannten Seebeck-Effekt eine elektrische Spannung erzeugen. Solche thermoelektrischen Generatoren oder kurz TEGs erzeugen zum Beispiel in Weltraumsonden Strom aus der Zerfallshitze eines radioaktiven Isotops, die dort verwendete Technik ist jedoch teuer und ungeeignet für den Straßenverkehr.

„Uns geht es darum, diese Technologie vom Himmel auf die Erde zu holen, wir arbeiten dafür an preisgünstigen und unbedenklichen thermoelektrischen Generatoren, die die Abwärme nutzen, die ohnehin entsteht“, sagt Müller. Der erste Schritt ist schon geschafft: In Zusammenarbeit mit den DLR-Experten hat der Autohersteller BMW Group bereits ein Versuchsfahrzeug mit einem TEG ausgestattet, der aus der Abgaswärme etwa 200 Watt Leistung für die Bordelektrik erzeugen kann. Dieser TEG, der direkt in den Abgasstrang integriert wurde, enthält die Verbindung Bismuttellurid, die bis zu Temperaturen von ca. 250 Grad Celsius in TEG Strom erzeugen kann.

Die meiste Abwärme von Motoren und Energieanlagen – ob im Verkehr oder in der Industrie – fällt jedoch mit 400 bis 500 Grad Celsius bei deutlich höheren Temperaturen an. Die DLR-Werkstoffexperten forschen daher bereits an völlig neuen Materialklassen wie Chalkogeniden, Skutteriden, Siliziden und Clathraten, meist in Form von Mischkristallen und Nanomaterialien. Dabei haben sie schon im Labor die spätere Massenproduktion im Blick und arbeiten auch an neuen Herstellungs- und Kontaktierungsverfahren. „Wir rechnen mit bis zu fünf Prozent Spritersparnis durch solche verbesserten thermoelektrischen Generatoren“, erklärt Müller.