Weniger auf die Abgas-Waage bringen

15. November 2011, 17:59
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Die Motoren effizienter machen und Reibungsverluste reduzieren: Leobener Werkstoffforscher arbeiten an den Grundlagen für neue Fahrzeuge, die weniger CO2-Ausstoß verursachen

Autohersteller sind im Zugzwang. Wer ab dem kommenden Jahr für einen zu hohen Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid in der Europäischen Union sorgt, muss Bußgeld zahlen. Denn dann gelten von der EU festgelegte Obergrenzen für die CO2-Emissionen bei Neuwagen - für die gesamte Flotte des Herstellers bis 2015 im Schnitt 130 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer. Die Konzerne suchen nach Technologien, um CO2-ärmere Autos herzustellen. "Das Forschungsinteresse ist enorm", berichtet der Leobener Materialforscher Christian Mitterer: "Denn von dem Grenzwert sind wir weit entfernt."

Reduktion von Reibung

Daher wird auch nach minimalen Einsparungspotenzialen gefahndet: Der Kettentrieb zur Ventilsteuerung beim Auto-Zylinder "trägt nur 0,1 bis 0, 2 Prozent zum gesamten CO2-Ausstoß des Autos bei", sagt Mitterer: "Trotzdem haben wir auch hier Forschungsprojekte, um dort für die Reduktion von Reibung zu sorgen."

Um die CO2-Bilanz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren zu verbessern, gibt es zwei Ansätze: "Man kann versuchen, den Motor effizienter zu machen, indem man die Verbrennungstemperatur erhöht, oder aber versuchen, die Reibungsverluste, die im Motor oder im Antrieb auftreten, zu minimieren", sagt der Forscher, der das jüngst gestartete Research-Studio-Austria-Projekt an der Montan-Uni leitet, das genau hier ansetzt: "Energy drive" hat das Ziel, Werkstoffe zu entwickeln, die zu effizienteren Motoren und Fahrsystemen führen. Das Projekt wird in Kooperation mit Joanneum Research abgewickelt und vom Wirtschaftsministerium kofinanziert. Dazu müssen Aufträge aus der Wirtschaft an Land gezogen werden.

Die Forscher wollen die Verbrennungstemperatur in einem Turbolader erhöhen. Dazu braucht es Werkstoffe mit Oxidationsschutzschichten, die das darunterliegende Material vor den Temperaturen von über 700 Grad Celsius schützen. Andere Beschichtungen sollen die Reibung reduzieren, etwa bei der Auf- und Abbewegung der Kolben. "Wir wollen die Werkstoffe mit speziellen Schichten funktionaler machen", sagt Mitterer.

Auch beim Werkstoff selbst gibt es Hoffnungsträger für Weiterentwicklungen: Titanaluminide ziehen schon seit geraumer Zeit - auch international - großes Forschungsinteresse auf sich. Als Leichtmetall sind sie etwa für die Luftfahrt von großer Bedeutung, um den Kerosinverbrauch zu drosseln.

Mit dem Leobener Leichtmetall-Experten Helmut Clemens, Träger des Houska-Preises 2009, sucht das neue Labor auch in diesem Bereich nach Verbesserungen, etwa optimierte Legierungstechniken für Titanaluminide und entsprechende Oxidationsschutzschichten. "Auch bei der Luftfahrt gilt: Entweder erhöht man die Verbrennungstemperaturen, oder man versucht, die Turbinenschaufeln, die in der Turbine rotieren, leichter zu machen", sagt Mitterer.

Die derzeit für die Turbinenschaufeln verwendeten "Superlegierungen" auf der Basis von Nickel halten bis zu 1200 Grad Celsius aus. Doch sie bringen Gewicht auf die Waage. "In den Bereichen, wo es so heiß wird, kommt man um diese Werkstoffe nicht herum. Aber es gibt kühlere Bereiche", so der Laborleiter. Und hier böten die leichteren Titanaluminide eine Alternative.

Beim zweiten Schwerpunkt des Labors wagen sich die Forscher in einen für sie eher neuen Bereich: die Energietechnik für alternative Energieversorgung.

Turbinenkonzept als Vorbild

"Die Konzepte für Flugzeugturbinen können wir durchaus auch für Turbinen im Bereich der Energieerzeugung verwenden", so Mitterer: "Etwa bei Dampfturbinen für die Stromerzeugung in Kraftwerken, die auf Leistungsspitzen reagieren und schnell auf hohe Drehzahlen gebracht werden müssen." Das geht leichter, wenn sie aus leichteren Werkstoffen bestehen. Geforscht wird etwa auch an Lösungen für möglichst dünnwandige Aluminiumstrukturen bei Solarabsorbern, um diese einfach ins Dach integrieren zu können.

Die Laufzeit des Forschungslabors beträgt drei Jahre. Am Ende sollen Prototypen stehen. Einen komplett neuen Motor werde man in dieser Zeit wohl nicht entwickeln, schränkt Mitterer ein. Ein Ziel wäre "die Steigerung der Temperaturbeständigkeit bei Werkstoffen, die beim Turbolader im Auto oder bei der Turbinenschaufel im Flugzeug vorkommen". Größenordnung: "Einige Dutzend Grad."

Zwischen den derzeitigen Anwendungstemperaturen bei 700 bis 720 Grad Celsius und den angepeilten 750 Grad "liegen noch Welten", sagt Mitterer: "Dafür braucht man schon zwei bis drei Jahre." (DER STANDARD, Printausgabe, 16.11.2011)

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    Der Plan: Ab 2012 wird Bußgeld für zu viel CO2 fällig. Deswegen wollen Hersteller und Forscher bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge sparen.

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