AMT.nl - Kan uitlaatwarmte de generator vervangen?

Kan uitlaatwarmte de generator vervangen?

Nee, we zijn niet aan de drank of drugs zodat we wartaal uitslaan. Het kan: stroom opwekken met uitlaatwarmte. Op veel plaatsen wordt gestudeerd op zogenaamde thermo-elektrische generatoren. BMW liet daarvan al wat zien. Een studieproject aan de Technische Universiteit van Bern verwacht zelfs dat de hele stroomvoorziening van de auto zo gedekt kan worden. Het einde van de generator?

Er zijn bijzondere materialen die stroom gaan opleveren als ze aan twee kanten een flink verschillende temperatuur krijgen. Dat is uit de ruimtevaart al lang bekend. In de autotechniek zou de warmte van het uitlaatgas zo nuttig gemaakt kunnen worden.
Helaas is de omzettingsgraad van warmte in stroom nog altijd erg klein. Toch is er goede hoop dat een thermo-elektrische generator (TEG) gemaakt kan worden die wel een kilowatt of meer stroom opwekt. Zo ongeveer hetzelfde wat de generator presteert.

Omgebouwde demper
Als de generator dan weggelaten wordt valt 5% brandstofverbruik te besparen, hoopt de Bernse studie. Dat is wat kort door de bocht. Aan de universiteit werd de uitlaatdemper van een Volkswagen Touran omgebouwd tot TEG. Metingen leren dat verbeterd thermo-elektrisch materiaal en een geoptimaliseerd TEG-ontwerp ooit genoeg stroom zouden kunnen leveren om de generator weg te laten.
Ze staan niet alleen in die verwachting. Ook BMW denkt dat hun TEG-experimenten op termijn tot 1000 W stroom kunnen leveren. Al komen ze op dit moment met een productie-geschikt ontwerp pas aan 250 W, al goed voor 2% brandstofbesparing.
Hierbij verplaatste BMW zijn aandacht van de uitlaatdemper naar de EGR-tussenkoeler. Dus hebben we het dan alleen over diesels, waar je gekoelde EGR vindt.

Hierop zouden elektrische accessoires kunnen gaan draaien. BMW zet het onderzoek voort naar de TEG, thermo elektrische generator. Dit ontwerp is een TEG (in het rode deel) die is opgenomen in de EGR-koeler, om energie uit heet uitlaatgas te oogsten.

Tegendruk en temperatuurgrens
Het onderzoek in Bern koos bewust voor montage van een TEG in de uitlaatdemper. Dat houdt het simpel. Bimetalen elementen dienen als thermostaat. Het nu beschikbare TEG-materiaal kan niet tegen meer dan 200 tot 260 graden temperatuurverschil. Met bimetalen strips kan het TEG-materiaal iets los gemaakt worden van de hete demperwand om overhitting te vermijden.
Eerder experimenteerde BMW met een TEG in de uitlaat, waar een extra pijp met bypassklep aan zit. Zo wordt de TEG-temperatuur geregeld door met de bypass te regelen hoeveel uitlaatgas er langs gaat. Dat verandert wel de tegendruk in de uitlaat, ze vonden het in Bern een te ingewikkelde constructie.

Terugwinnen uitlaatenergie onvermijdelijk
Bij BMW losten ze het anders op. Direct uit de cilinders heb je het heetste uitlaatgas. Als dat door een EGR-koeler gaat kun je daarin een TEG verwerken. Aangesloten op de motorkoeling voorkomt de EGR-koeler meteen teveel warmte op de TEG.
Recent hoorden we ook bij koelingspecialist Behr dat terugwinning van energie uit de uitlaatwarmte noodzakelijk wordt, als de eisen aan CO2-uitworp stijgen. Waarbij de TEG voor personenauto’s het best is, en vrachtwagens een Rankine-circuit krijgen. Lees daarover alles in het juninummer van AMT.

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)