Proud z odpadního tepla pomůže snížit spotřebu automobilů

„Proud z odpadního tepla„ je motem společného vývojového programu automobilky BMW a Německého střediska pro letectví a kosmonautiku DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt). V jeho rámci chtějí odborníci automobilky a Ústavů DLR pro výzkum materiálů v Kolíně nad Rýnem a pro koncepci vozidel ve Stuttgartu pomocí termoelektrického generátoru přeměnit odpadní teplo výfukového plynu, dosud bez užitku odváděné do ovzduší, na elektrický proud a účelně ho využít k napájení energeticky stále náročnějšího elektrického vybavení automobilu. Termoelektrický generátor je založen na fyzikálním jevu, který fyzik Thomas Seebeck objevil již v roce 1821. Podle tohoto jevu vzniká mezi dvěma body elektrického vodiče (i polovodiče), které mají různou teplotu, elektrické napětí. Vzniklé napětí je velmi malé a pohybuje se v řádu několika mikrovoltů na stupeň Celsia podle materiálu vodiče. Větší napětí vzniká u materiálů polovodičových, které se i vhodněji zpracovávají. Doposud se termoelektrické generátory používají zejména v kosmonautice v tzv. radioizotopových generátorech jako zdroje elektrické energie pro kosmické sondy a satelity při letu v oblastech kde není sluneční záření. Díky velkému pokroku ve výzkumu materiálů se však využití odpadního tepla přiblížilo k praktické realizaci i v automobilovém průmyslu a mohlo by tak v dohledné době svým dílem přispět ke snížení spotřeby pohonných hmot a emisí CO2. V běžném automobilu se více než jedna třetina energie pohonné hmoty ztrácí jako nevyužité teplo odcházející ve výfukových plynech do ovzduší. V důsledku toho panují ve výfukovém potrubí vysoké teploty až přes 700 °C a teplotní rozdíl mezi výfukovou trubkou a vedením chladicí kapaliny tak může činit až několik set stupňů Celsia. Takový teplotní rozdíl je velmi výhodný pro použití termoelektrického generátoru a pracovníci DLR se ho snažili maximálně využít. Termoelektrický generátor, který navrhli pro přímou montáž do výfukového potrubí automobilu, sestává ze tří výměníků tepla pro výfukový plyn, ze čtyř výměníků tepla pro chladicí kapalinu a z 24 termoelektrických modulů vyrobených z polovodičového materiálu na bázi telluridu vizmutitého (Bi2Te3). Díky vhodnému uspořádání se horkému výfukovému plynu odnímá teplo a zčásti se přeměňuje na elektrický proud, který se dá využít pro napájení palubní rozvodné sítě vozidla, což umožní snížit výkon alternátoru (dynama) vozidla. Pro ověření a odzkoušení technického řešení byl v Ústavu DLR pro koncepci vozidel ve Stuttgartu prototyp termoelektrického generátoru vestavěn do zkušebního vozu BMW řady 5. Konstruktéři začlenili prototyp TEG do výfukového systému a umístili ho pod podlahou vozu. Průtočné průřezy výfukového potrubí museli samozřejmě upravit tak, aby nedošlo k ovlivnění charakteristik spalovacího motoru. Při jízdních zkouškách dodával prototyp termoelektrického generátoru při rychlosti 130 km/h elektrický výkonu přes 200 W. Vývojáři jsou však přesvědčeni, že se jim v blízké budoucnosti podaří realizovat TEG s ještě většími výkony (až 1 kW), což by mohlo přispět ke snížení spotřeby pohonných hmot i o několik procent. Termoelektrický generátor se navíc ukazuje jako účelný doplněk již existujícího rekuperačního systému, který umožňuje dobíjet akumulátor elektrickou energií získanou při brzdění nebo během jízdy setrvačností. Zatím co rekuperace příznivě ovlivňuje spotřebu ve fázi brzdění, výhody termoelektrického generátoru se projeví hlavně při zrychlování a při jízdě konstantní rychlostí. Termoelektrické generátory mají pro použití v automobilu řadu výhod: nejsou citlivé na otřesy, jsou bezhlučné, neprodukují žádné škodlivé emise a protože neobsahují žádné mechanické díly nepotřebují údržbu a mají mimořádně dlouhou životnost. /kab/