Generator verwandelt Abgase von Autos in Strom

Verbrennungsmotoren nutzen nur etwa ein Viertel der Energie des Treibstoffes aus. Der Rest geht als Wärme durch den Auspuff verloren. Forscherinnen und Forscher der Pennsylvania State University in den USA stellten kürzlich in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces ein System vor, das diese Abgaswärme in Strom verwandeln kann.

Das Team um die Materialwissenschaftler Wenjie Li und Bed Poudel hat einen Generator entwickelt, der den Treibstoffverbrauch und CO2-Emissionen verringern kann. Dadurch könnten Verbrennungsmotoren etwas klimafreundlicher werden. Das System eignet sich besonders gut, wenn hohe Geschwindigkeiten erreicht werden, wie etwa bei Autos oder Hubschraubern.

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Temperaturunterschied zur Energiegewinnung

Thermoelektrische Systeme wie der vorgestellte Generator nutzen den Temperaturunterschied zwischen Auspuff und Umgebung, um Energie zu generieren. Das funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip wie bei Klimaanlagen, nur dass bei thermoelektrischen Systemen effizientere Halbleiter eingesetzt werden. Halbleiter sind Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen leitenden (z.B. Kupfer) und isolierenden (z.B. Kunststoff) liegt. Sie leiten unter bestimmten Bedingungen Strom. 

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Der Vorteil von thermoelektrischen Systemen ist, dass sie eine durchgängige Energieversorgung ermöglichen. Batterien sind daher nicht nötig.

Prototyp liefert 40 Watt Leistung

Der Generator von Li und Poudel ist leichter und weniger komplex als bestehende thermoelektrische Systeme und braucht kein zusätzliches Kühlwasser. Er basiert auf dem Halbleiter Bismuttellurid. 

Er enthält einen zusätzlichen Kühlkörper (heatsink), dessen Rillenform den Temperaturunterschied und damit den elektrischen Output erhöht. Der Protoyp kann bis zu 40 Watt elektrischer Leistung liefern.

Computersimulation für hohe Geschwindigkeiten

Das Forschungsteam hat zusätzlich zum Prototypen eine Computersimulation entwickelt. Diese zeigt, dass der neue Generator gut bei hohen Geschwindigkeiten einsetzbar ist. Mit Auto-Abgasen könnten bis zu 56 Watt, mit Helikopter-Abgasen bis zu 146 Watt generiert werden. 

Denkbar wäre, mit der generierten Energie den Akku eines Hybrid-Antriebs zu laden. Möglich wäre auch, die Elektronik im Auto zu speisen oder etwa die Klimaanlage zu betrieben. Auch bei Hubschraubern könnten Bordsysteme versorgt werden. Dadurch muss der Verbrennermotor weniger elektrische Energie erzeugen, was den Treibstoffverbrauch senkt, bzw. die Reichweite erhöht.