Elektrische Energie durch Thermokraft
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| fleurette: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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Darüber berichtet die FAZ im Wissenschaftsteil ihrer heutigen Ausgabe.
Kurz zusammengefasst: Bekanntlich wird bei der Verbrennung von Kohle, Gas oder Benzin nur rund ein Drittel des Energieinhalts genutzt. Der größere Teil geht meist ungenutzt als Abwärme verloren.
Wenn man aus dieser gewaltigen Abwärmemenge Strom zurückgewinnen könnte, würde sich die Energieeffizienz deutlich verbessern. Thermoelektrika, die aus Wärme Strom erzeugen können, sind zwar schon bekannt, seitdem der Physiker Thomas Seebeck das Phänomen vor 200 Jahren beobachtete, doch der geringe Wirkungsgrad von weniger als 10% stand der weiten Verbreitung in der technischen Anwendung entgegen.
Ausnahme: Raumsonden, wie z.B. Voyager, die sich so weit von der Sonne entfernen, daß die Stromerzeugung mittels Solarzellen nicht möglich ist, erhalten Strom durch Thermoelektrika. Die benötigte Wärme wird dabei durch den Zerfall von Radioisotopen bereitgestellt.
In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler den Wirkungsgrad verschiedener Thermoelektrika erheblich steigern können. Ein Projekt, das Kornelius Nielsch von der Universität Hamburg leitet, befasst sich mit Nanostäben aus Wismut- und Bleitellurid. Dabei können Wirkungsgrade von bis zu 20% erreicht werden.
Dadurch können sich für Thermoelektrika neue Anwendungen erschließen. Entsprechende Materialien könnten z.B. die Aufgaben der lichtmaschine übernehmen, elektrischen Strom ins Bordnetz einspeisen und dazu beitragen, den Kraftstoffverbrauch um 5 bis 10 % zu senken.
Der Fahrzeughersteller BMW testet bereits einen Wagen mit Thermogenerator im Auspuff.
Gruß
Fleurette
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| Anzeige: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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| willi_chic: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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na, da bin ich aber froh daß ich meine lichtmaschine habe, und die wird mir noch lange erhalten bleiben, weil
- deren Wirkungsgrad heute zwischen 50 und 70% liegt
- es nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik keine Wärmekraftmaschine gibt, die bei gegebenen mittleren Temperaturen der Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr einen höheren Wirkungsgrad hat als der aus diesen Temperaturen gebildete Carnot-Wirkungsgrad.
Dieser ist definiert durch 1 - T(kalt) / T(heiß) mit T = Temperatur
wenn diese Thermoelektrika also mit 800 grdC auf der heißen Seite und 30 grdC auf der kalten Seite betrieben werden, können dabei in der Theorie niemals mehr als maximal 72% rauskommen.
In der Praxis muß man sich dann leider meist mit der Hälfte zufrieden geben
lassen wir also die forschen Forscher forschen und den Wissenschafts-Redakteur weiter schreiben und spendieren unserer lichtmaschine noch einen neuen Keilriemen, es wird nicht vergebens sein
grüße klaus
PS: ein reellerer Ansatz ist es die lichtmaschine in das Schwungrad zu integrieren, dann kann diese auch als Anlasser dienen bzw als "elektrischer Hilfsmotor"
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| maximus: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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Hallo Klaus,
Deine Nachhilfe zur Thermodynamik ist zwar im Kern richtig, hat aber wenig mit dem davorliegenden Beitrag von Fleurette zu tun.
Die dort beschriebenen Forschungen kann ich nur bestätigen. Auch die Feldversuche in der Automobilbranche mit dem Ziel, durch Wärmerückgewinnung über Ausnutzung des Seebeck Effektes Strom in das Bordnetzt zu speisen. Die bisherigen Versuche lassen eine Spriteinsparung von ca. 0,2...0,4 L pro 100km erwarten.
Das klingt marginal. Nun muss man aber wissen, dass in der modernen Motoren- und Automobiltechnik viele technische Detaillösungen angewandt werden, die für sich gesehen nur wenig bringen, als System im Ganzen jedoch das bewirken, was hocheffiziente Autos heute kennzeichnet.
Grüße
Albert
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| willi_chic: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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| maximus-one hat folgendes geschrieben:: | | Deine Nachhilfe zur Thermodynamik ist zwar im Kern richtig, hat aber wenig mit dem davorliegenden Beitrag von Fleurette zu tun.... |
warum denn, war doch ausdrücklich davon die Rede: "...die Aufgaben der lichtmaschine zu übernehmen.."
grüße klaus
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| maximus: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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Ich denke, da liegt einfach ein Mißverständnis vor. Auf die lichtmaschine zur Stromerzeugung im Auto wird man so schnell nicht verzichten können. Also bei Bedarf einen neuen Keilriemen kaufen macht auch in Zukunft viel Sinn.
Worum es bei dem beschriebenen Forschungsprojekt durch Energierückgewinnung aus der Auspuffwärme geht, ist eine zusätzliche Stromeinspeisung in das Gleichstrombordnetz. Nicht mehr und nicht weniger.
Egal wie gut oder wie schlecht der Wirkungsgrad von solchen Thermoelementen ist, jedes Quäntchen Energie, das aus Verlustwärme wieder zurückgewonnen werden kann, hilft ein kleines Stück weiter.
Alles klar?
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| fleurette: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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| willi_chic hat folgendes geschrieben:: | na, da bin ich aber froh daß ich meine lichtmaschine habe, und die wird mir noch lange erhalten bleiben, weil
- deren Wirkungsgrad heute zwischen 50 und 70% liegt
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Die lichtmaschine, so toll ihr Wirkungsgrad auch immer sein mag, zapft aber die mechanische Energie des laufenden Motors an, um Strom zu erzeugen. Die gewonnene elektrische Energie geht also zu Lasten der mechanischen Energie des Motors.
Thermogeneratoren speisen sich dagegen aus der Abwärme des Motors. Mehr als die Hälfte des verbrannten Kraftstoffs wird bisher in meist ungenutzte Abwärme verwandelt. Wenn von diesem gewaltigen Potential auch nur ein kleiner Prozentsatz nutzbar gemacht werden könnte, wäre das ein Fortschritt. Noch ein Zitat der "forschen Forscher" : "Gegenüber anderen Techniken arbeiten Thermogeneratoren äußerst zuverlässig, sind geräuschlos und wartungsarm".
Daß wir sie nicht morgen gegen unsere Lichtmaschinen austauschen können, versteht sich von selbst. Das Geld für den neuen Keilriemen der lichtmaschine ist also gut investiert.
Gruß
Fleurette
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| macagi: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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Hloochen,
nun noch eine Meinung mehr:
Bei der Zeit zu der sich dann was vernünftiges zeigt bei den Peltier(Seebeck Elementen wird man an Fahrzeugen keine Auspüffe mehr haben.
Gestern gab es auf Phoenix einen interessanten Bericht (und auch sehr up to date) über Elektroautos, und ich glaube dass das trotz der Probleme mit Batterieentwicklung viel schneller kommt als viele erwarten. Insbesondere der Ansatz von GM (Opel Ampera) oder auch renault bzw Better Place scheint vielversprechend.
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| andwein: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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Hallo,
und wenn dann der Batterieantrieb auch bei Wohnmobilen realisiert wird werden die "batterie und Ladetechnik"-Beiträge wahrscheinlich ein eigenes Forum wert sein.
Aber das erlebe ich bestimmt nicht mehr.
Gruss Andreas
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| cojo: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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Jetzt weiß ich auch wohin mit dem radioaktiven Müll. Rein ins Auto!
Da kann man die sich entwickelnde Zerfallswärme nutzen, braucht kein Licht mehr, da dann die Gegend von allein leuchtet. Mann bekommt dann noch Geld von den Atom-Strom-Erzeugern für die Entsorgung und lebt somit glücklich un kurz genug um die Rentenkasse nicht zu belasten. :D 8)
Also für mich ist die Brennstoffzellen-Technik näher an der Praxis, als die Thermo-Elektrik. Auch die Verbrennung von Wasserstoff (gebunden oder nicht) in Verbrennungsmotoren wäre noch viel näher.
Abgesehen davon, wird die Abwärme in PKW-s auch im winter genutzt. Und im Sommer könnte man sie nutzen, um damit die klimaanlage zu betreiben. Das sind schon alte Anwendungsgebiete die nur angepasst und verfeinert werden müssen. Würde man den Luftwiederstand und das gewicht eines Fahrzeuges senken käme auch mehr raus.
Was ich sagen will. Forschung ist wichtig und gut. Man sollte aber nicht voreilig auf neue praktische Anwendungen schließen. Denn es kommt erstens anders, als man zweitens denkt.
Danke Klaus für Deinen Exkurs in die Thermophysik.
Gruß Jörg
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| kintzi: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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Hallo, @Klaus: hat der Prius Hybrid zw. Motor+getriebe schon seit 13J. @ Fleurette: Lobenswert die Verbesserung eines altbekannten Effekts,mal sehen was draus wird. In jedem Fall moderne intelligente Ergebnisse vor Nachbau d. die Chinesen schützen, damit wir nicht zum Hilfsarbeiter werden.
Ansonsten wird im grossen Style kein Autoproduzent in den nächsten 10 Jahren um die Hybride mit Verbrennungsmaschine mit therm. Abgasnutzung herumkommen. Gruss Richi
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| willi_chic: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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wen es interessiert, eine Zusammenfassung zum Thema Thermoelektrik etc: --> Link
daraus einige kommerziell interessante Zitate:
- Ab 2010 wird mit einem Markt von 10 Mrd. Euro gerechnet. Dazu gehören dann Stromerzeugung aus beispielsweise Sonnenenergie, Bioenergie, sowie aus Abwärme von Motoren und Computer-Prozessoren.
- Dass die Elektrik für spezielle Anwendungen bereits serienreif ist, beweist die thermoelektrische Uhr Eco Drive Thermo von Citizen. Bereits seit 1999 nutzt sie Körperwärme als Energiequelle.
- Eckard Müller vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt ist sich sicher, dass sich mit Hilfe sogenannter Thermo-Generatoren im Fahrzeug massiv Energie einsparen liese. Dazu soll einfach die Wärme aus den Autoangasen genutzt werden, um sie direkt in Strom umzuwandeln. Die so gewonnenene Energie könnte für die Motorsteuerung oder andere elektronische Komponenten Verwendet werden und die lichtmaschine des Motors ersetzen oder zumindest entlasten. Dies könnte zu bis zu 10 Prozent weniger Treibstoffverbrauch führen und der Autoindustrie endlich zu den vieldiskutierten, energieeffizienten Fahrzeugflotten verhelfen.
- Den Prototypen eines Thermo-Generators für Kraftfahrzeuge haben DLR-Forscher vom Institut für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart bereits entwickelt. Bislang erzeugt dieser generator eine elektrische Leistung von 200 Watt.
trotzdem, ich geh jetzt einen neuen Keilriemen kaufen bevor die Produktion eingestellt wird....
grüßé klaus
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| macagi: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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| cojo hat folgendes geschrieben:: |
Also für mich ist die Brennstoffzellen-Technik näher an der Praxis, als die Thermo-Elektrik. Auch die Verbrennung von Wasserstoff (gebunden oder nicht) in Verbrennungsmotoren wäre noch viel näher.
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Brennstoffzellentechnik im Auto ist ziemilch tot. Es gab mal hochfliegende Hoffnungen, aber was jetzt viel seriennäher erscheint ist das Elektroauto. Akkus machen nämlich weniger Kopfschmerz als Wasserstoff.......
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| willi_chic: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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schön daß es im Forum außer Hundekacke am stellplatz und Kukident in der Pipibox noch weitere aufregende Themen gibt.....
die Thermoelektrizität (Seebeck-Effekt) lebt davon, daß Kontaktstellen zweier leitfähiger Materialien, die auf unterschiedlichen Temperaturen liegen, eine Spannung erzeugen und nach Herrn Ohm fließt dann ein elektrischer Strom
soweit so gut, leider sind Stromleiter auch gute Wärmeleiter und damit kann die Temperaturdifferenz nur mit Arbeit (=Verlusten) aufrecht erhalten werden
Hier kommt jetzt der Herr Nielsch ins Spiel, der hat nämlich Leitermaterialien entwickelt die mittendrin eine Isolierstelle haben, sodaß der Wärmestrom wirkungsvoll unterbrochen wird. Daß über diese Isolierstelle trotzdem Strom fließt, haben wir der Quantenmechanik mit ihrem Tunneleffekt zu verdanken, der in den letzten Jahrzehnten schon mehrfach zum Nobelpreis verholfen hat
alles klar? falls nicht:
"ein Kuriosum der Quantenmechanik ist, dass der Versuch, durch eine Hauswand hindurchzugehen, nicht notwendig scheitert. Es besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass jedes einzelne Teilchen im menschlichen Körper durch die Potentialbarrieren der Wand hindurchtunnelt und sich anschließend somit auf der anderen Seite der Wand befindet. Diese Wahrscheinlichkeit ist allerdings unvorstellbar klein."
grüße klaus
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| Lancelot: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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| willi_chic hat folgendes geschrieben:: |
Diese Wahrscheinlichkeit ist allerdings unvorstellbar klein." |
Stimmt :!:
Hab´s gerade im Selbstversuch probiert ... (hab eine Beule auf der Denkerstirn :wink: )
Geh lieber auch noch einen Satz Keilriemen kaufen ... :D
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| fleurette: "Elektrische Energie durch Thermokraft"
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| cojo hat folgendes geschrieben:: | Jetzt weiß ich auch wohin mit dem radioaktiven Müll. Rein ins Auto!
Da kann man die sich entwickelnde Zerfallswärme nutzen, braucht kein Licht mehr, da dann die Gegend von allein leuchtet. Mann bekommt dann noch Geld von den Atom-Strom-Erzeugern für die Entsorgung und lebt somit glücklich un kurz genug um die Rentenkasse nicht zu belasten. |
Da der Inhalt des Textes für sich spricht, möchte ich ihn nicht kommentieren, sondern nur einige Anmerkungen zu radioaktiven Zerfallsprozessen machen.
Die bei diesen Prozessen entstehende Zerfallswärme wird gerne genutzt. Ein schönes Beispiel dafür ist die Nutzung der Erdwärme für Heizungszwecke mit dem löblichen Ziel, weniger fossile Energieträger zu verbrennen. Diese Erdwärme wird zu etwa 70% durch den Zerfall der radioaktiven Elemente der Gesteine hervorgerufen(die restlichen 30% stammen noch aus der Entstehungszeit unseres Planeten). Im Wesentlichen sind es die Isotope U238, U235 und Th232. In diesem Sinn stellt die Erde einen natürlichen Kernreaktor dar.
Die beim Zerfall emittierte ionisierende Strahlung wird terrestrische Strahlung genannt. Sie ist abhängig vom Boden. Im Urgestein, beispielsweise Granit, ist sie höher als in Sedimentgestein, beispielsweise Sandstein. Deshalb ist die mittlere Ortsdosisleistung, gemessen in mSv/a, von Bundesland zu Bundesland unterschiedlich.
Hohe Werte z.B. in Saarland 0,49, Bayern und Rheinland - Pfalz 0,42. Niedrige Werte in Brandenburg 0,18, berlin 0,19, Mecklenburg - Vorpommern 0,22.
Stärker ins gewicht fällt die zusätzliche natürliche Strahlendosis beim Wohnen in Beton- oder Granitbauten: bis 3 msV/a.
Der Mittelwert der natürlichen Strahlenexposition in Deutschland beträgt 2,1 mSv/a.
Zum Vergleich: In den Monarzitbezirken Brasiliens liegt die maximale natürliche Strahlenexposition bei 200mSv/a.
Dagegen ist die Strahlung, die vom Bildschirm des Computers ausgeht fast nichts. Eine Stunde im Forum surfen macht zusätzlich nur (abhängig vom Monitor) rund 6pSv aus.
Gruß
Fleurette
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