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Intelligente Wärmenutzung im Auto: Energierecycling mit chemischen Speichern

17.01.2013
Um Motoren effizienter zu machen, gilt es, die während der Verbrennung entstehende Abwärme besser zu nutzen.
Wissenschaftler der Technischen Universität Wien haben herausgefunden, dass es sich lohnen könnte, einen Teil der Wärme in einem chemischen Reaktor zu speichern – nur eines der von der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) geförderten Projekte, mit denen die Kraftstoff-Energie bestmöglich genutzt werden soll.

Auch wenn moderne Verbrennungsmotoren mit hohen Wirkungsgraden arbeiten, mindestens ein Drittel der im Kraftstoff gespeicherten Energie geht – so wollen es die Gesetze der Physik – als Abwärme verloren.
Einen Teil des Wärmeüberschusses wollen Wissenschaftler der Technischen Universität (TU) Wien künftig nutzen, um Motor, Getriebe und Innenraum schneller auf Betriebstemperatur zu bringen. Dazu speichern sie die Wärme des auf 95 Grad erhitzten Kühlwassers in einem chemischen Reaktor, der sich beispielweise unter der Motorhaube verstecken könnte.

In dem kürzlich abgeschlossenen FVV-Projekt wird das heiße Kühlwasser in den Reaktor gepumpt. Die Wärme führt dort dazu, dass Kristallwasser aus einem Salzhydrat abgespalten wird und sich auf dem Reaktorboden ansammelt. Wird die Wärme bei der nächsten Fahrt wieder benötigt, verdampft man das Wasser. Sobald der Dampf mit dem Salz in Berührung kommt, entsteht wieder ein Salzhydrat mit einem höheren Kristallwasseranteil – eine Reaktion, bei der sehr viel Wärme freigesetzt wird, die wiederum das Kühlwasser nach einem Kaltstart schneller erhitzt.
Die entstandene Wärme, so die Wissenschaftler, könnte auch in anderer Form zum Heizen genutzt werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden verschiedene Materialpaarungen untersucht, von denen sich Natriumsulfid als Salz und Methanol als Wasserersatz als besonders geeignet herausstellten.

Diese Form der Wärmespeicherung, bei der nicht die Wärme selbst, sondern chemische Stoffe gespeichert werden, eignet sich für den Automobileinsatz besonders gut. „Die Wärme kann nicht entkommen“, erläutert Professor Peter Hofmann, TU Wien. „Auch wenn Sie das Auto, beispielsweise für eine Flugreise, länger abstellen, ist die Wärme der vorherigen Fahrt noch gespeichert.“ Dementsprechend muss der Reaktor auch nicht isoliert werden. Besonders Hybridfahrzeuge, die sowohl einen Verbrennungs- als auch einen Elektromotor besitzen, könnten von der Entwicklung profitieren. Bei niedrigen Außentemperaturen springt nämlich der Verbrennungsmotor trotz voller Batterie oft nur an, um mit dessen Abwärme den Fahrgastraum zu beheizen.

Blick in den chemischen Reaktor
Dipl.-Ing. M. Jakobi, TU Wien

Der erste Prototyp eines chemischen Energiespeichers, den Hofmann im Rahmen des FVV-Projektes aufbaute, erzielte bereits nach drei Minuten eine Heizleistung von 500 Watt. Die spezifische Energiedichte von 850 Kilojoule je Kilogramm blieb noch deutlich unter dem theoretisch dreifach höherem Wert, liegt aber schon oberhalb des Niveaus, das mit Latentwärmespeichern in der Vergangenheit erzielt wurde. „Noch befinden wir uns in einem frühen Forschungsstadium“, so Hofmann. Die Ergebnisse sind jedoch so ermutigend, dass an dem Thema weiter geforscht werden soll.

In weiteren laufenden Vorhaben untersuchen von der FVV unterstützte Forschungsinstitute andere Wege, die Motorabwärme zu nutzen. Vor allem für Nutzfahrzeuge interessant ist die direkte Wandlung von Wärmeüberschüssen in mechanische Energie. Die dafür nötigen Expansionsmaschinen erarbeitet ein Vorhaben an Hochschulen in Braunschweig, Dortmund und Hannover. Die Technische Universität Berlin beschäftigt sich damit, wie man Abwärme dafür nutzen kann, den Innenraum zu kühlen. Einig sind sich Forscher in einem Punkt: Wärme ist zu kostbar, um sie zu verschwenden.

Stefanie Jost-Köstering | FVV
Weitere Informationen:
http://www.fvv-net.de

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