Energie aus Abgas : Kraftwerke am Auspuff bringen kaum etwas

Ein großer Teil der im Motor freigesetzten Energie treibt das Auto nicht an, sondern heizt die Umgebung. Das könnte man nutzen. Doch in der Praxis ist die Ausbeute sehr bescheiden.

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Verpufft. Mit dem Abgas strömt Wärme ungenutzt in die Umwelt. Foto: dpa/ZB
Verpufft. Mit dem Abgas strömt Wärme ungenutzt in die Umwelt. Foto: dpa/ZBFoto: picture alliance / ZB

Auf den ersten Blick scheint jedes Auto mit Verbrennungsmotor noch gewaltige Energiereserven zu haben. „Ein Drittel der im Sprit enthaltenen Energie geht zur Kupplung, ein Drittel in das Kühlsystem und das letzte Drittel in die Abgase“, nennt Maximilian Prager vom Motorenlabor der TU München eine grobe Faustregel von Autoingenieuren. Ein großer Teil der im Motor freigesetzten Energie treibt also nicht das Auto an, sondern heizt die Umgebung. Gelänge es, diesen „Verlustanteil“ wenigstens teilweise zu nutzen, könnte der Kraftstoffverbrauch spürbar sinken. Diese Idee ist so einfach wie alt. Und sie erlebt immer wieder Aufschwung, indem etwa Forschungseinrichtungen von Wärmetauschern oder thermoelektrischen Elementen im Auspuff schwärmen. Prager winkt ab: „In der Praxis rechnet sich das kaum.“

Um die Energie im Abgas besser zu nutzen, leiten Nutzfahrzeughersteller wie Scania die rund 600 Grad Celsius heißen Gase aus dem Turbolader in eine weitere, „Turbocompound“ genannte Turbine. Sie wird dadurch bis auf 55 000 Umdrehungen in der Minute beschleunigt und kühlt das Gas auf unter 500 Grad. Die Turbinenbewegung wird über ein Getriebe an die Kurbelwelle weitergegeben und erhöht so die Antriebskraft. So weit die Theorie. In der Praxis spart die aufwendige Technik allenfalls zwei Prozent Sprit. „Ein Turbocompound-Motor ist beim Traktor auf dem Acker und beim Fernverkehr schwerer Lkw sinnvoll“, sagt der Experte für Verbrennungskraftmaschinen an der TU Berlin, Roland Baar. „Im Schwachlastbereich, der zum Beispiel im Stadtverkehr häufig auftritt, bringt diese Technik unter Umständen sogar Nachteile.“

Ein anderes Konzept verfolgen Autohersteller wie BMW, die elektrischen Strom – etwa für die Bordelektronik – aus den heißen Abgasen gewinnen wollen. Bisher kommt der Strom aus einem Generator, der Lichtmaschine. Sie wird meist über einen Keilriemen vom Motor angetrieben, was den Treibstoffverbrauch erhöht. Als Alternative bietet sich eine Dampfmaschine an, die nach folgendem Prinzip arbeitet: Wärmetauscher nutzen die Hitze der Abgase, um Wasser oder eine andere Flüssigkeit zu verdampfen. Dieser Dampf treibt dann eine Turbine an, die elektrischen Strom liefert.

„Je kleiner das Gerät ist, umso schlechter ist der Wirkungsgrad“, hält Prager entgegen. Darum werden Kohle- oder Gaskraftwerke möglichst groß gebaut, weil sie dann besonders effektiv Strom produzieren. Ein Lkw braucht eine viel kleinere Turbine, beim Pkw schrumpft das Aggregat noch weiter – und damit der Wirkungsgrad. Zudem erzeugt dieser Dampfprozess zusätzliche Wärme. „Bei modernen Lkw ist das Kühlsystem bereits heute oft am Limit, zusätzliche Wärme kann kaum noch abgeführt werden“, ergänzt der TU-Ingenieur Baar. Obendrein sind solche Anlagen groß und in den Fahrzeugen des 21. Jahrhunderts ist nur wenig Platz.

Ein weiterer Nachteil sind die starken Motoren. Im Fernverkehr fahren Lkw mit 30 bis 50 Prozent ihrer Nennleistung über die Autobahn. Bei Pkw ist das Verhältnis weitaus ungünstiger, sie nutzen selbst bei zügiger Geradeausfahrt in der Ebene oft nur einen Bruchteil der möglichen Motorleistung, sagt Prager. Dadurch ist das Abgas kühler, die Dampfmaschine bringt weniger Leistung. „Bei Nutzfahrzeugen erhöht eine solche Dampfmaschine den Wirkungsgrad vielleicht um ein oder zwei Prozentpunkte, bei einem Pkw ist der Effekt geringer und oft kaum noch messbar“, sagt der Wissenschaftler. Die Effizienz ließe sich steigern, wenn man einfach mehr Gas gibt. Dadurch steigt zwar die Abgastemperatur, allerdings auch der Spritverbrauch.

Ähnliches gilt für thermoelektrische Halbleiterelemente. Sie gewinnen Strom aus dem Temperaturunterschied zwischen heißen Abgasen und kühler Umgebung. Bekannt ist der „Seebeck-Effekt“ bereits seit 1821, die Nasa gewann damit in den 1970er Jahren Strom in ihren Raumsonden. Autoentwickler kämpfen jedoch bis heute mit dem geringen Wirkungsgrad des Prozesses, der bei wenigen Prozent liegt.

Unterm Strich, so das Fazit der Ingenieure, sollte man sich von den teuren Energiegewinnungstechniken aus dem Abgas nicht zu viel versprechen. Erheblich größer ist das Sparpotenzial beim Verhalten – indem man beispielsweise ein Fahrzeug mit geringem Verbrauch kauft. Auch der Fahrer kann da einiges tun, sagt der Münchener Forscher Prager. „Mit einem sensiblen Gasfuß kann man deutlich mehr Sprit sparen als mit allen Techniken zur Abgasnutzung.“

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