Fahrzeuge mit Abwärme betreiben
Etwa 60 % der Verbrennungsenergie in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor geht als Abwärme in Form von Abgasen und über das Kältesystem verloren. Ein thermodynamischer Prozess wie der Rankine-Prozess könnte theoretisch eine Steigerung der Motoreffizienz um bis zu 20 % möglich machen. Beim Rankine-Prozess wird Wärme in Elektrizität umgewandelt, indem das Verdampfen, die Ausdehnung und die Kondensation eines Arbeitsmittels in einem geschlossenen Zyklus genutzt wird. Im Rahmen des Projekts NOWASTE (Engine waste heat recovery and re-use) wurde diese Technik so gestaltet, um Anforderungen im Automobilbereich ohne Einbußen beim Fahrzeugdesign und bei der Leistung gerecht werden zu können. Die Vorteile machten sich noch mehr bei einer Einbindung in einen Hybrid-Elektroantrieb oder in eine hybridähnlichen Elektroantrieb bemerkbar, da die Energie gespeichert und bei Bedarf genutzt werden konnte. Die Forscher verwendeten zur Demonstration der Technik Schwerlastkraftwagen mit elektrischen Nebenaggregaten, einen von Volvo und einen von Iveco, und rechneten mit einer Steigerung zwischen insgesamt 12 und 15 % im Hinblick auf die Energieeffizienz der Fahrzeuge. Die Wissenschaftler machten wichtige Fortschritte beim Design sowie bei der Beschaffung und Integrierung von Komponenten für Tests mit entsprechenden Prüfständen. Es wurden neue Modelle für Systemkomponenten und ein Wärmekontrollsystem für Fahrzeuge entwickelt sowie Rankine-Prozess-Komponenten (Dampferzeuger, Kondensator, Expander und Pumpe) entworfen. Darüber hinaus wurden zusätzliche Erkenntnisse zum Systementwurf und zu dessen Integrierung in eine Anwendung für schwere Nutzfahrzeuge gewonnen. Es wurden sämtliche Integrationsaspekte einschließlich eines bordeigenen Energiemanagements zur Maximierung der Systemnutzens berücksichtigt. NOWASTE zeichnete sich insbesondere unter Übergangs- und Teillastbedingungen durch ein hohes Niveau bei der Einbindung des Wärmerückgewinnungssystems in den Motor und das Abgassystem aus. Die Projektpartner setzten zudem eine Lösung zur Verbesserung der Wärmeabweisung um, welche die Wirkung beim Kühlwiderstand minimiert und entwickelten innovative Strategien. Die Forscher führten ferner eine computergestützte Untersuchung des gesamten organischen Rankine-Prozess-Systems durch, welche die Einrichtung von Prüfständen für die beiden Anwendungen zum Ziel hatte. Dies führte zur Entwicklung eines Prüfstands für ein Fahrzeug und zur Entwicklung eines integrierten Systemprototypen für das andere Fahrzeug. Es wurden experimentelle Tests an beiden Systemen durchgeführt. Schließlich führte das Team eine vorläufige Kosteneinschätzung und eine Machbarkeitsanalyse bezüglich der Technik durch. Die Rückgewinnung von Wärme, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, zur Umwandlung in Strom für Nebenaggregate und Hybrid-Elektroantriebe könnte den Kraftstoffverbrauch substanziell verringern und Emissionen umfassend senken. Im Rahmen des NOWASTE-Projekts werden die Komponenten und Systeme entwickelt, die erforderlich sind, um eine effiziente und umweltfreundliche Energienutzung im Transportsektor für Straßenfahrzeuge zu erreichen.
Schlüsselbegriffe
Rankine-Prozess, NOWASTE, Wärmerückgewinnungssystem, Antriebssystem, bordeigenes Energiemanagement, computergestütztes Design, Wärmerückgewinnung, Energieeffizienz, CO2-Reduktion
