Verbrennungsmotoren werden zu Generatoren

Forscher der Pennsylvania State University entlasten die Umwelt mit thermoelektrischem Effekt

Thermoelektrischer Generator an einem Auspuffrohr (Illustration: acs.org)

University Park (pte004/13.02.2025/06:05)

Autos, Schiffe, Lkw, Bahnen und Fluggeräte produzieren dank thermoelektrischen Generatoren von Forschern der Pennsylvania State University (Penn State) künftig nebenbei Strom. Denn sie nutzen die Hitze der Verbrennungsmotoren. Die Geräte werden so montiert, dass sie das Abgassystem umschließen. Sie bestehen aus einer Metallkombination, die thermoelektrische Eigenschaften hat.

Wird die eine Seite erhitzt und die andere bleibt kühl, entsteht eine elektrische Spannung, die als Strom abgeleitet wird, um etwa die Bordbatterie aufzuladen. Diese kann, da sie nicht mehr allein auf die Lichtmaschine angewiesen ist, kleiner und damit billiger sein.

Hybride länger elektrisch

Besonders attraktiv könnte diese Lösung für Hybridfahrzeuge sein, die einen Elektro- und einen Verbrennungsmotor haben. Sind die Batterien leer und der Diesel- oder Benzinmotor springt an, werden die Akkus wieder aufgeladen. Das geht schneller, als wenn der Ladestrom allein aus dem Bordgenerator kommt. Die Folge: Solche Fahrzeuge fahren über weitere Strecken elektrisch, schonen die Umwelt also effektiver.

Wenjie Li und Bed Poudel sehen ihre Technologie als revolutionär. Bisher entwickelte Generatoren dieser Art waren schwer und sperrig. Den beiden Wissenschaftlern ist es gelungen, das System so stark zu verkleinern, dass es sich für den mobilen Einsatz verwenden lässt. Gleichzeitig ist es ihnen gelungen, den Wirkungsgrad, der bei heutigen Generatoren gerade einmal fünf bis sechs Prozent liegt, auf rund 15 Prozent etwa zu verdreifachen.

Kein Löten und Schweißen

"Aufgrund der globalen Treibhausgasemissionen und der damit verbundenen Umweltprobleme wollen wir auf umweltfreundlichere Technologien umsteigen. Unsere Arbeit, die thermoelektrische Geräte effizienter macht, kann bei der Erreichung dieses Ziels helfen", sagt Poudel. Während die beiden Materialien bei bisherigen Generatoren getrennt hergestellt und durch Löten oder Schweißen verbunden werden mussten, haben die beiden das stromerzeugende Material in einem Arbeitsgang hergestellt, also ohne Lötstelle oder Schweißnaht, die den Wirkungsgrad massiv reduziert.

Dieses Kunststück ist den Fachleuten gelungen, indem sie nicht zwei verschiedene Werkstoffe miteinander kombinierten, sondern zwei Wismut-Tellurid-Schichten mit unterschiedlichen Anteilen der beiden Elemente, die sie in einem Arbeitsgang fertigten. Die Forscher stellen ihre Innovation in der Fachzeitschrift "Applied Materials & Interfaces" vor, die die American Chemical Society herausgibt.

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