Frankreich: Forschung an der Energierückgewinnung aus Auspuffgasen von Kraftfahrzeugen

Hierbei wird auf das Rankine-Verfahren gesetzt, um die in den Auspuffgasen verlorene Wärme zurückzugewinnen und sie in mechanische oder elektrische Energie umzuwandeln.

Die Motorisierung der Kraftfahrzeuge konnte zwar in den vergangenen Jahren signifikante Fortschritte hinsichtlich der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Ausstoßes von CO₂ verzeichnen, gleichwohl bleibt die Verbesserung der Ausbeute der eingesetzten Energie eine wichtige Aufgabe. Es gibt Technologien, um die Wärmeenergie, die in den Auspuffgasen oder im Kühlwasser freigesetzt wird, zurückzugewinnen und sie in mechanische oder elektrische Energie zu verwandeln.

Das „Institut Francais de Pétrole Energies Nouvelles“ (IFPEN) hat sich dafür entschieden, seiner Entwicklungsarbeit den thermodynamischen Rankine-Prozess zugrunde zu legen; für IFPEN erschien es in mittelfristiger Perspektive für eine industrielle Entwicklung das reifste Verfahren zu sein.

Das Rankine-Verfahren erlaubt es, die Wärme mittels eines Wärmetauschers, in dem eine Flüssigkeit zirkuliert, umzuwandeln; in Kontakt mit den Auspuffgasen verwandelt sie sich unter Entwicklung von Druck. Der Druck setzt eine Turbine in Bewegung, die mechanische Energie erzeugt.

Für einen Einsatz des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug besteht das Problem darin, mit wenig kostenaufwendigen Materialien und Komponenten ein funktionierendes und zuverlässiges System zu entwickeln. Das System zur Kontrolle und zur Steuerung des Einsatzes des Verfahrens ist – so das Pressekommuniqué von IFPEN vom 11.4.2012 (s.o.) – besonders kritisch, da die Menge der durch die Auspuffgase jeweils freigesetzten Wärme nicht voraussehbar und starken Schwankungen unterworfen ist. Die Miniaturisierung der Vorrichtung stellt ebenfalls hohe technische Anforderungen.

Um den Ertrag des Verfahrens zu optimieren, führt IFPEN Entwicklungsarbeiten in folgende Richtungen durch:

• ein besseres Verständnis der physikalischen Phänomene im Verlauf der verschiedenen Etappen des Verfahrens
• die Auswahl der für den Ablauf des Verfahrens geeignetsten Flüssigkeiten (Wasser, Äthanol, Hydro Fluor Carbon / HFC etc.)
• die Auswahl der leistungsfähigsten Komponenten
• die Simulierung des Systems für die Dimensionierung und Zulassung der Komponenten
• die Zulassungstests („tests de validation“) auf mit Motoren ausgestatteten Versuchsbänken
• die Kontrolle des Verfahrens, für die IFPEN Algorithmen zur Optimierung des Wärmetransfers, der Flüssigkeitsmenge und des Rotationsrhythmus der Turbine entwickelt.

IFPEN beteiligt sich in diesem Rahmen an dem Projekt TIGRE, das von dem Forschungs-Demonstrations-Fonds von ADEME gefördert und unter der Federführung von „Renault Trucks“ (Schwerlaster / „poids lourds économes“) durchgeführt wird.

Bei einer Kraftstoffersparnis von 10% bietet – so das IFPEN-Pressekommuniqué vom 11.4.2012 (s.o.) – die Rankine-Technologie lohnenswerte Perspektiven.