Das haben Sie noch nie gehört: Abgas-Wärmetauscher für Lkw und Pkw für mehr Effizienz?
Die beiden Unternehmen MAN und Volkswagen entwickeln im Moment an einem Abgas-Wärmetauscher für Lkw- und Pkw-Fahrzeuge, die jene noch effizienter machen sollen. Im Rahmen meines Besuches im hochgeheimen Ehra-Lessien und meiner Fahrt mit dem vollautonomen SEDRIC Versuchsfahrzeug in der tiefsten Niedersächsischen Heide, konnte ich mir ein Bild von der Technologie machen.
Abgas-Wärmetauscher für Lkw sinnvoll
Ein Verbrennungsmotor ist grundsätzlich ineffizient. Sein Wirkungsgrad liegt bei maximal 35 bis 40 Prozent – der Rest ist zu einem großen Bestandteil Abwärme. Was wäre, wenn man diese Abwärme – analog eines Kraftwerks – weiter nutzen würde? Klar, man bräuchte eine weitere Systematik, die nochmal Gewicht kostet und Kosten verursacht. Ein Blick auf die Rentabilität – und unweigerlich damit verbunden die Umweltfreundlichkeit – bringt ein bisschen Klarheit in die Technologie.
Allgemeines Ziel ist es, den Wirkungsgrad des Motors bzw. Antriebsstranges, schließlich des Gesamtfahrzeugs zu erhöhen. Etwa 80 Kilogramm wiegen die Zusatzeinheiten, die dafür sorgen sollen, den heißen Abgasstrom in mechanische oder elektrische Energie umzuwandeln. Bei einem Golf GTI würde mir das schon wieder nicht passen, weil 80 Kilogramm haben oder nicht haben auf jeden Fall einen Unterschied machen. Darüber hinaus fährt man mit einem Pkw niemals so konstant, wie man es mit einem Lkw tut. Sprich: Reisegeschwindigkeit und stundenlanges Halten der Betriebsdrehzahl gibt es nicht. Beim Lkw schon. Und damit kann man rechnen.
Bis zu 4 Prozent mehr Effizienz
Also schauen wir uns das System beim Lkw an. Ein Lkw fährt mit einer konstanten Drehzahl über Stunden hinweg. Motoren und Aggregate können so auf maximale Effizienz getrimmt werden. Ziel des Abgas-Wärmetauschers ist es, die im motorischen Abgas von Pkw und schweren Nutzfahrzeugen enthaltene Wärmeenergie in nutzbare mechanische oder elektrische Energie umzuwandeln.
Und beim Lkw kann man konstant damit rechnen, denn der Abgasstrom ist fast immer gleich. Ein Wärmetauscher sorgt dafür, dass das heiße Abgas eine mittels eines sogenannten Organic Rankine Cycle (ORC) genutzt wird. In diesem Dampfkreislauf wird Ethanol bei einem Systemdruck von 10 bis 30 bar in einem Abgas-Wärmetauscher auf 190 bis 220 Grad erhitzt und verdampft. Der Ethanol-Dampf wird anschließend in einer Expansionsmaschine entspannt.
Und dieser Prozess sorgt dann dafür, dass mechanische oder elektrische Nutzarbeit gewonnen wird. Bei meiner Mitfahrt im Versuchs-Lkw konnte ich die gewonnene Effizienz von einem Display ablesen. Bei Fahrten bei 80 Km/h – also im Autobahn-Realbetrieb -ergab sich durch die gezielte Nutzung der Abgasenergie eine Verbrauchs- und somit direkte CO2-Reduktion von 3 bis 4 Prozent. Und bei den Strecken, die Lkw tagtäglich fahren, lohnt sich das für Umwelt und Geldbeutel. Bei einem Pkw lohnt es sich eher nicht.
Richtig interessant wird das System bei 48V-Hybridfahrzeugen – besonders im Nutzfahrzeug-Segment. Hier lassen sich mit Sicherheit nochmals höhere Wirkungsgrade erzielen.
