Ungenutzte Abwärme soll sauberen Strom erzeugen

Bisher wird Abgas meist nur verwertet, wenn es viele hundert Grad heiß ist. Gaskraftwerke zum Beispiel erzeugen mit dem Abgas der Gasturbine Wasserdampf für den Antrieb einer Dampfturbine. Die Chemieindustrie verwendet die Abwärme der Reaktionsprodukte um beispielsweise andere Substanzen vorzuwärmen.

Je „kühler“ die Abwärme jedoch wird, desto schwieriger ist ihre Verwertung. Die globale Forschung Siemens Corporate Technology (CT) untersucht nun unter anderem den Einsatz thermoelektrischer Generatoren, um in 200 bis 300 Grad Celsius heißen Umgebungen klimaneutral Strom zu erzeugen.

Die Technik hat hohes Potential, weil thermoelektrische Bauteile kostengünstig und in hohen Stückzahlen hergestellt werden können. Bisher fehlen jedoch Materialien, die in dem geforderten Temperaturbereich effizient genug sind.

In thermoelektrischen Materialien fließt Strom, wenn ein Temperaturunterschied, beispielsweise zwischen einer warmen und einer kalte Seitenfläche, besteht. Man kann sie so in einem Abgaskanal oder in einem Auspuff montieren, dass eine Seite kühl bleibt, und mit dieser Anordnung dann Strom erzeugen.

Thermoelektrische Materialien sind Festkörper, sie haben keine langen Anfahrzeiten und verarbeiten daher auch kurzzeitig anfallende Wärmemengen. Davon können zum Beispiel Kraftwerke profitieren, die künftig kurzzeitig ans Netz gehen müssen, um Schwankungen durch erneuerbare Energien auszugleichen.

Eine Hürde für die industrielle Praxistauglichkeit thermoelektrischer Generatoren ist die Entwicklung von Materialien, die bei Temperaturen von mehr als 200 Grad effizient arbeiten. Darüber hinaus müssen Verbindungstechniken gefunden werden, weil konventionelle Löttechniken den hohen Temperaturen und den Temperaturschwankungen nicht standhalten. Siemens verfolgt diese Fragen zusammen mit Hochschulen und Industriepartnern im Rahmen des Förderprojekts NEXTEC. Ein Labordemonstrator ist derzeit bei CT im Bau.

Ein weiteres Forschungsgebiet ist die Nutzung thermoelektrischer Generatoren in Fahrzeugen. Das größte Potential liegt hier bei Dieselloks oder Lkw, aber auch in Pkw könnte die Technik bei zunehmenden Benzinpreisen einen Nutzen bieten. Hier ist Siemens zusammen mit anderen Automobilfirmen am EU-Projekt HeatReCar beteiligt, das anhand eines Prototypen das Potenzial der Rückgewinnung von Abgaswärme untersucht. (IN 2012.10.3)