Wissenschaftler haben einen chemischen Wärmespeicher zur effizienten Nutzung der in Verbrennungsmotoren entstehenden Abwärme entwickelt. Die Wiener Forscher wandeln dabei mit Hilfe eines chemischen Reaktors die überschüssige Wärme in chemische Energie um. Auf diese Weise kann die Energie über längere Zeiträume gespeichert werden, ohne, dass ein Verlust durch Entweichen droht. Auch kann die Wärme durch ihre Umwandlung in eine andere Energieform für unterschiedlichste Prozesse, wie etwa die Kühlung des Fahrgastraumes oder mechanische Vorgänge , nutzbar gemacht werden.
Heutige Verbrennungsmotoren sind bereits deutlich effizienter als ihre Vorgängergenerationen, dennoch geht weiterhin mindestens ein Drittel der im Kraftstoff gespeicherten Energie – so wollen es die Gesetze der Physik – in Form von Wärme (Abwärme) verloren. Einen möglichst großen Teil dieser Abwärme wollen die Forscher nun auffangen.
Dazu entwickelten sie einen chemischen Reaktor, der auf der Verwendung eines speziellen Salzes in Kombination mit Wasser beruht. Im Anfangszustand ist das Wasser mit den Salzkristallen locker verbunden. Bei Zuführung von Wärme – hier mittels durch den Reaktor gepumpten heißen Motorkühlwassers – wird das Wasser aus der Salzkristallstruktur herausgedrängt und sammelt sich am Boden des Reaktorbehälters. Hier kann es solange verbleiben, bis die so gespeicherte Wärme erneut genutzt werden soll. Ist dies der Fall, kann das Reaktorwasser verdampft werden, um eine Rückführung des Wassers in den Kristall zu bewirken. Bei der Hydratbildung zwischen Kristallsalz und Wassers wird viel Energie in Form von Wärme freigesetzt, die nun auf unterschiedliche Weise zum Einsatz kommen kann.
Fortschritt für Hybridtechnologie?
Besonders gut eigne sich diese Form der Wärmespeicherung, bei der nicht die Wärme selbst, sondern chemische Reaktionsenergie gespeichert wird, für den Einsatz im Automobil. „Die Wärme kann nicht entkommen“, erläutert Peter Hofmann von der Technischen Universität Wien. „Auch wenn Sie das Auto, beispielsweise für eine Flugreise, länger abstellen, ist die Wärme der vorherigen Fahrt noch gespeichert.“ Dementsprechend müsse der Reaktor auch nicht isoliert werden.
Von der Technologie könnten vor allem Hybridfahrzeuge, die sowohl einen Verbrennungs- als auch einen Elektromotor besitzen, profitieren. Denn bei niedrigen Außentemperaturen wird in diesen Fahrzeugen der Verbrennungsmotor oft nur verwendet, um mit der entstehenden Abwärme den Fahrgastraum zu beheizen. Dies könnte durch eine intelligentere Nutzung und Speicherung der Abwärme vermieden werden und so den Verbrauch optimieren.
Effizienter als Taschenwärmer
Zwar befinde sich die Forschung noch in einem Frühstadium, die ersten Ergebnisse ermutigten jedoch zu weiteren Untersuchungen, so Hofmann. So zeigte der entwickelte Prototyp eines solchen Reaktors mit einer Heizleistung von 500 Watt innerhalb von drei Minuten einen Wert, der über den Höchstleistungen bereits eingesetzter Latentwärmespeicher liegt. Latentwärmespeicher sind uns etwa als Taschenwärmer in den verschiedensten Formen und Farben bekannt und basieren ebenfalls auf der Speicherung von Wärmenergie in Form von chemischer Energie, die sich durch einen Auslöser – etwa das Knicken eines Metallplättchens – wieder in Wärme umsetzen oder umwandeln lässt.
Die theoretische Höchstleistung der neuen Reaktoren ist noch nicht erreicht und so arbeiten die Wissenschaftler nun an deren Optimierung sowie dem Einsatz der Abwärme etwa in Nutzfahrzeugen. Hier könnte die gespeicherte Energie mit Hilfe von sogenannten Expansionsmaschinen zum Beispiel in die Bewegung einer Baggerschaufel fließen oder statt zur Erwärmung – zur Kühlung des Innenraumes beitragen.
(Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V., 17.01.2013 – KBE)
