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HighTEG: Abwärmeverstromung auf neuen Wegen

Die Nutzung von Abwärme birgt als Energiequelle großes Potenzial, denn viele Prozesse erzeugen Wärme, die bislang ungenutzt bleibt. Möglich wird die Abwärmenutzung zum Beispiel durch den Einsatz von thermoelektrischen Generatoren, deren Halbleiter Materialien Wärme in elektrische Energie umwandelt. Aufgrund der aufwändigen und teuren Herstellung der Generatoren werden sie jedoch bislang nicht großflächig genutzt. Um die Technologie voranzutreiben und das vorhandene Potenzial heben zu können, hat die Evonik Creavis GmbH  nun ein neues Herstellverfahren entwickelt, mit dem sich eine deutlich kostengünstigere Produktion realisieren lässt.

Thermoelektrische Generatoren ermöglichen die vollkommen emissions- und geräuschlose Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie und bieten damit hohes Potenzial für die Abwärmeverstromung als zusätzliche Stromquelle. Zum Beispiel werden die Generatoren im Automobilbereich getestet, um aus der Restwärme der Abgase elektrischen Strom für die Bordsysteme der Fahrzeuge zu gewinnen. So ließen sich nach Angaben von Autoherstellern etwa drei bis vier Prozent des verbrauchten Kraftstoffs einsparen. Abwärme fällt vor allem aber auch bei industriellen Prozessen an und besitzt mit 300 Terrawattstunden pro Jahr in Deutschland ein bisher kaum genutztes Potenzial als Energieressource.

Fortschrittsmotor Klimaschutz:

  • Verbreiterter Einsatzbereich in der Abwärmeverstromung
  • Günstiges Produktionsverfahren
  • Geringer Materialverlust
  • Robuste Konstruktion
  • Leichtes Recycling
  • Wartungsarmer Betrieb

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Foto: Evonik Creavis GmbH

So sieht ein thermoelektrisches Modul aus, das nach dem neuen Produktionsprozess der Creavis hergestellt wurde.



Neuer Herstellungsprozess ist günstiger und effektiver

Die Nutzung der Generatoren wird bislang durch verschiedene Aspekte gehemmt. Der herkömmliche Produktionsprozess der Generatoren ist sehr komplex und enthält eine Vielzahl manueller Schritte, die hohe Kosten verursachen. Hinzu kommt, dass der bisherige Einsatzbereich meist auf Temperaturen unter 200 Grad Celsius beschränkt ist. Damit sind viele industrielle Abwärmequellen ausgeschlossen. Die Evonik Creavis GmbH hat daher ein Verfahren entwickelt, das der Technologie den Weg ebnet. Der neue effiziente Hochleistungsprozess zur Herstellung der Energiewandler ist vollautomatisiert und spart dadurch Kosten ein. Auch die Größe der benötigten Generatoren, die von der zu behandelnden Abwärmemenge abhängig ist, lässt sich hier leichter anpassen und steuern. Außerdem kommt es zu weitaus weniger Materialverlusten, da mit Hilfe einer optimierten Verarbeitung des Leitermaterials keine überschüssigen Reste mehr entstehen. Durch das neue flache Design, in dem die Halbleiter voll integriert sind, wird das Modul zudem stabil und widerstandsfähig. Einen weiteren Bonus stellt die erweiterte Nutzung durch höhere Anwendungstemperaturen dar. Die hier produzierten Generatoren können bei Temperaturen von bis zu 280 Grad genutzt werden.

Erweiterter Einsatzbereich in der energieintensiven Industrie

Maximal fünf Prozent der zugeführten Wärme kann mit den Generatoren umgewandelt werden. Dennoch kann sich ihr Einsatz lohnen – insbesondere durch den erweiterten Temperatureinsatzbereich. Mögliche Anwendungen ergeben sich überall dort, wo konstante hohe Wärmeströme geliefert werden, wie zum Beispiel im Abgasstrang von LKW oder bei Schiffsdieseln. Auch in der energieintensiven Industrie, wie Zement-, Glas-, Keramik- und Metallherstellung/-verarbeitung oder in Gießereien gibt es interessante potenzielle Anwendungsfelder.

Die Entwicklung der Generatoren mit dem Produktnamen ESPRYX befindet sich bei der Evonik Creavis GmbH momentan im Kleinserienstatus. Ein nächster Schritt ist die Systemintegration bei ausgewählten Entwicklungspartnern. Eine Serienfertigung mit größeren Stückzahlen wird gerade diskutiert.


Foto: Evonik Creavis GmbH

„Das Projekt HighTEG, mit dem wir den Deutschen Nachhaltigkeitspreis 2016 für Forschung gewonnen haben, ist für uns mehr als nur ein weiterer Beweis unserer Innovationskraft. Das revolutionäre Design, das einer Prozess-Innovation entspringt, kann einen wertvollen Beitrag leisten, die Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie bezahlbar zu machen. Das Interesse an den Modulen ist sehr hoch. Wir sind nun ebenso gespannt wie optimistisch, noch im ersten Halbjahr 2018 erste positive Reaktionen aus dem Markt zu erhalten .“

Prof. Dr. Stefan Buchholz, Geschäftsführer der Evonik Creavis GmbH