Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz von Abwärme durch den Einsatz der Thermoelektrik und Magnetokalorik

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einleitung
• 1.1 Problemstellung
• 1.2 Ziel der Arbeit
• 1.3 Gang der Untersuchung
• 2. Grundlagen
• 2.1 Elementarladung
• 2.2 Elektrischer Strom
• 2.3 Elektrische Spannung
• 2.4 Joulsche Erwärmung
• 2.5 Elektrischer Widerstand
• 2.6 Leiter, Halbleiter und Nichtleiter
• 2.7 Magnetismus
• 2.8 Wärme
• 2.8.1 Wärmeleitfähigkeit
• 2.8.2 Wärmewiderstand
• 2.8.3 Wärmekapazität
• 2.9 Entropie
• 3. Thermoelektrik
• 3.1 Der Seebeck-Effekt
• 3.2 Peltier-Effekt
• 3.3 Thomson-Effekt
• 3.4 Thermoelektrischer Wirkungsgrad ZT
• 3.5 Thermoelektrische Materialien
• 3.6 Leistungsfähigkeit thermoelektrischer Generatoren
• 3.7 Thermoelektrik im Stahlwerk
• 3.7.1 Testumsetzung
• 3.7.2 Schlussfolgerung
• 3.8 Thermoelektrik in Kraftwagen
• 3.8.1 Anforderungen an TEG im PKW
• 3.8.2 Simulierende Untersuchungen
• 3.8.3 Prototypen und Testanwendungen
• 3.8.3.1 Umsetzung bei BMW
• 3.8.3.2 Umsetzung bei Honda
• 3.8.3.3 Abwärmenutzung mittels PKW-Kühler
• 3.8.3.4 Range Extender – „REXTEG❝
• 3.9 Thermoelektrik im Blockheizkraftwerk
• 3.10 Abwärmenutzung in einer Pelletheizung
• 3.11 Thermoelektrische Projekte
• 4. Magnetokalorik
• 4.1 Grundlagen der Magnetokalorik
• 4.2 Kühlen mit Magnetokalorik
• 4.3 Magnetokalorische Materialien
• 4.4 Swiss Blue Energy
• 4.4.1 Entwicklung des Prototyps
• 4.4.2 Funktionsweise des Prototyps

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz von Abwärme durch den Einsatz der Thermoelektrik und Magnetokalorik. Die Arbeit erläutert die theoretischen Grundlagen beider Technologien und beleuchtet die Möglichkeiten und Grenzen ihrer Anwendung.

• Analyse der Grundlagen der Thermoelektrik und Magnetokalorik
• Untersuchung der Möglichkeiten zur Abwärmenutzung in verschiedenen Bereichen, wie Kraftwagen, Stahlproduktion und Heizanlagen
• Darstellung von Laboruntersuchungen und bestehenden Anwendungen der Thermoelektrik und Magnetokalorik
• Bewertung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit verschiedener Anwendungen
• Ausblick auf zukünftige Entwicklungen und Potenziale der beiden Technologien

Zusammenfassung der Kapitel

• Kapitel 1: Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Abwärmenutzung ein und beschreibt die Problemstellung, das Ziel der Arbeit und den Gang der Untersuchung.
• Kapitel 2: Grundlagen: In diesem Kapitel werden die grundlegenden physikalischen Prinzipien der Thermoelektrik und Magnetokalorik erläutert. Wichtige Begriffe, Einheiten und Zusammenhänge werden definiert und erklärt.
• Kapitel 3: Thermoelektrik: Dieses Kapitel beleuchtet die Funktionsweise der Thermoelektrik anhand des Seebeck-, Peltier- und Thomson-Effekts. Die Leistungsfähigkeit thermoelektrischer Generatoren und deren Einsatz in verschiedenen Anwendungsbereichen, wie Stahlwerken, Kraftwagen und Blockheizkraftwerken, werden dargestellt und analysiert.
• Kapitel 4: Magnetokalorik: Dieses Kapitel behandelt die Grundlagen der Magnetokalorik und zeigt Möglichkeiten zur Kühlung mit dieser Technologie auf. Des Weiteren wird die Verstromung von Abwärme mittels Magnetokalorik und das einzige Unternehmen, das daran arbeitet, vorgestellt.

Schlüsselwörter

Die Arbeit konzentriert sich auf die Themen Abwärme, Abwärmenutzung, Thermoelektrik, Magnetokalorik, thermoelektrische Generatoren, thermoelektrische Materialien, magnetokalorische Materialien, theoretische Grundlagen und Anwendungen. Der Fokus liegt auf der Steigerung der Energieeffizienz durch die Nutzung von Abwärme in verschiedenen Industriezweigen und Bereichen.