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Thermoelektrik schon in wenigen Jahren im Auto?

Mit BMW, Mercedes und Toyota loten derzeit mehrere führende Automobilhersteller das Potenzial aus, die Motorabwärme zur Stromerzeugung zu nutzen. Dies wurde auf einer Tagung der IAV deutlich, die am Freitag in Berlin zu Ende ging. Voraussetzung für die Stromgewinnung an Bord ist die Entwicklung automobiltauglicher thermoelektrischer Generatoren, kurz TEG, die den Seebeck-Effekt nutzen. Dieser Effekt besagt vereinfacht, dass in einem Halbleiter Strom fließt, wenn er an einem Ende erhitzt wird, da die Elektronen durch die Wärme zunächst in Schwingung und dann in Bewegung geraten.

Professor Thomas Breitling, bei Mercedes-Benz Pkw für das Energiemanagement verantwortlich, errechnete, dass der Einsatz eines TEG in einer C-Klasse rund einen Viertel Liter Kraftstoffersparnis auf 100 Kilometer erbrächte - allerdings im Mercedes-Benz-Kundenzyklus, nicht nach Normverbrauch im NEFZ. Grund hierfür ist, dass die Kunden im Schnitt höhere Autobahnanteile führen und damit mehr Abwärme zur Verfügung steht. Dem pflichtete Dr. Johannes Liebl, Leiter "Efficient Dynamics" bei BMW, bei. Bei einer Geschwindigkeit von 130 km/h will er mit dem TEG sechs Prozent Kraftstoff sparen. BMW hat mit einem ersten Prototypenfahrzeug (ATZonline berichtete) bereits 130.000 Kilometer ohne Leistungseinbuße absolviert.

TEGs werden seit den 70er Jahren vor allem in der Raumfahrt eingesetzt. Die für Weltraummissionen eingesetzten thermoelektrischen Materialien haben jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad, da Gewicht und Kosten nicht ausschlaggebend sind. Jean-Pierre Fluerial, dessen Jet Propulsion Laboratory im Auftrag der NASA Generatoren entwickelt, wies darauf hin, dass der Wirkungsgrad, gemessen in der ZT-Zahl für den Automobileinsatz verdoppelt werden müsse. Außerdem entstünden die Weltraumgeneratoren in Handarbeit, während für den Automobilbau automatisierte Fertigungsverfahren erst noch entwickelt werden müssen.

Zunächst jedoch muss die Frage beantwortet werden, welches Material für das Auto das richtige wäre. Insgesamt stehen elf Werkstoffgruppen zur Diskussion. Dr. Harald Böttner vom Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik sprach von einem ganzen "Zoo", der Forschungsbedarf sei immens. Kurzfristig, da war er sich mit Dr. Thomas Weber, Geschäftsführer der BASF Future Business GmbH, einig, steht nur ein Material zu Verfügung: Bleitellurid. Die Verwendung des Schwermetalls Blei mag zunächst schrecken, Weber sieht hier aber kein Hindernis, wenn der TEG gekapselt und rezyklierbar ausgeführt wird wie heutige Starterbatterien.

Auch zum Einbauort im Fahrzeug sind noch einige Fragen offen: Der BMW-Prototyp arbeitet mit einer Bypass-Klappe im Abgasstrang. Grundsätzlich ist natürlich ein motornaher Einbau wünschenswert, sofern das thermoelektrische Material entsprechend hochtemperaturfest ist. Der Zulieferer Behr präsentierte daher ein Konzept, bei dem das thermoelektrische Material in den Kanälen des Kühlers für das rückgeführte Abgas verbaut ist.
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