In Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird die dort entstehende Abwärme für den Betrieb der Innenraum-Heizung sinnvoll genutzt. Die Motoren von Elektrofahrzeugen hingegen erzeugen keine Abwärme. Wird es in den kälteren Monaten irgendwann nötig, den Fahrzeuginnenraum zu heizen, nutzen viele Elektro-Fahrzeuge die Batterie als Energiequelle und büßen dadurch einiges an Reichweite ein. „Das Gleiche gilt auch für die Klimaanlage in den wärmeren Monaten“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Stefan Rusche von der Hochschule RheinMain. Und das ist kontraproduktiv, schließlich soll ein Elektromotor ja helfen, Energie zu sparen. Das Wärmepumpenprinzip kann hier ein wichtiger Beitrag für einen energieeffizienten Haushalt der Autobatterie sein. Denn damit könnten Optimierungen der Reichweite von bis zu 25 Prozent erreicht werden. Kombiniert man die Wärmepumpentechnologie mit thermischen Speichern, lässt sich die Reichweite der Fahrzeuge sogar noch weiter erhöhen. Und daran forschen Prof. Rusche und sein Team, zu dem auch Daniela Dimova gehört.
„Wir haben schon einiges ausprobiert und uns zunächst viele Fragen gestellt“, fasst die Diplomingenieurin ihre Arbeit zusammen. Wie verhalten sich die eingesetzten Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen? Wie können diese Eigenschaften am besten genutzt werden, um die Kühlung am effizientesten zu gestalten? Wie weit wird dabei die Batterie des E-Mobils in Mitleidenschaft gezogen, oder profitiert deren Lebensdauer sogar von der Kühlung? Wie können wir die Größe und das Gewicht der Wärmepumpen noch weiter reduzieren?
Ein Lösungsansatz sind hier metallische Latentwärmespeicher, die mit ihrer hohen Energiedichte und guten Wärmeleitfähigkeit ein Energiespeichersystem mit sehr hohem Energieniveau bietet. Solche Latentwärmespeicher nehmen bei einem Wechsel vom festen in den flüssigen Aggregatszustand Wärme auf und können diese später wieder freigeben. Dieses Prinzip ist uns von den kleinen Taschenwärmern bekannt, die bei geringer Masse und vergleichbar kleinem Volumen viel mehr Energie speichern können als andere Formen von thermischen Speichern. Deshalb sind sie gut für einen platzsparenden Einbau in Elektroautos geeignet. „Wir suchen bei allen Komponenten im Fahrzeug nach nutzbarer Abwärme, um das Fluid zu erwärmen, und versuchen, jedes Quäntchen Energie optimal auszunutzen“, erzählt Prof. Rusche. „Wenn wir noch höhere Speicherkapazitäten erreichen wollen, müssen wir Materialien mit höherer Schmelzenthalpie finden.“ (Schmelzenthalpie ist die Energie, die benötigt wird, um einen Stoff vom festen in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen.) Und bei dieser Suche ist die Forschung noch längst nicht abgeschlossen.
Die Wärmepumpe hat auf ihrem Weg aus dem Dunst technikverliebter Häuslebauer eine deutliche Aufwertung ihres Images erfahren. Sie sorgt heute schon bei vielen Elektroautos für ein energieeffizienteres Heizen und Kühlen im Innenraum. Dank der Energiewende ist sie mittlerweile das Schlagwort des klimafreundlichen Fortschritts geworden. Das muss sich jetzt nur noch herumsprechen: „Im stationären Bereich ist sie schon längst in aller Munde“, bestätigt Prof. Rusche. „Jetzt sollte sie auch auf dem Pkw-Markt zum Standard werden.“
