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Voith macht Bioenergie noch effizienter

Über Energieeffizienz hat man sich bei Voith Gedanken gemacht - herausgekommen ist dabei der Steam Trac, der sich die Abwärme von Verbrennungsmotoren zunutze macht.

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  • Unspektakulär, aber wirkungsvoll: die Ingenieure Heinz Tengler (li.) und Jürgen Berger mit einem Vorführmodell des Steam Trac. Im Mittelpunkt des neu entwickelten Geräts steht ein Hubkolbenexpander, der Dampf in mechanische Arbeit umwandelt. 1/2
    Unspektakulär, aber wirkungsvoll: die Ingenieure Heinz Tengler (li.) und Jürgen Berger mit einem Vorführmodell des Steam Trac. Im Mittelpunkt des neu entwickelten Geräts steht ein Hubkolbenexpander, der Dampf in mechanische Arbeit umwandelt. Foto: 
  • Der Steam Trac in der Anwendung: Die Landwirte Markus (li.) und Ernst Kröner haben auf ihrem Aussiedlerhof bei Söhnstetten die neue Technik in ihre Biogasanlage eingebaut. 2/2
    Der Steam Trac in der Anwendung: Die Landwirte Markus (li.) und Ernst Kröner haben auf ihrem Aussiedlerhof bei Söhnstetten die neue Technik in ihre Biogasanlage eingebaut. Foto: 
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„Verbrennungsmotoren haben einen Wirkungsgrad von einem Drittel“, erläutert Jürgen Berger, Entwicklungsleiter für die Abwärmenutzungssysteme. Das bedeutet: Zwei Drittel der eingesetzten Energien werden zu Wärme, die größtenteils ungenutzt bleibt. Nun ist die Idee, die hochenergetische Abwärme zu nutzen und mithilfe eines Generators daraus Strom zu erzeugen, nicht neu. „Aber alle Technik, die in dieser Hinsicht auf dem Markt ist, ist für große Kraftwerke konzipiert“, erläutert Berger. Dabei sind es eigentlich gerade die kleineren, dezentralen Kraftwerke, bei denen man die Abwärme sinnvoll nutzen könne, beispielsweise als Fernwärme, die im näheren Umfeld Gebäude beheizen kann. „Bei einem Kernkraftwerk oder auch einem großen Gaskraftwerk ist das nur schwer möglich, weil die Wärmemenge einfach zu groß ist“, meint der Ingenieur.

Die neue Energiepolitik spielt also dem Tüftlergeist bei Voith in die Hände, denn der Trend zur dezentralen Energieerzeugung öffnet der neuen Abwärmetechnik ein weites Feld. „In Deutschland gibt es über 7000 Biogasanlagen“, sagt Berger.

Was genau macht nun die Steam-Trac-Technik, die sich bei Voith kurz vor der Serienreife befindet? Die im Abgas enthaltene Wärme eines Verbrennungsmotors wird genutzt, um in einem geschlossenen Kreislauf über einen Wärmetauscher Dampf zu erzeugen, der in einer Hubkolben-Expansionsmaschine (Expander) entspannt wird. Die dabei entstehende mechanische Arbeit kann direkt dem Verbrennungsmotor zugeführt werden (Steam Trac) oder über einen Generator ins elektrische Netz eingespeist werden (Steam Drive). Anwendungsbereiche für diese Technik sind viele denkbar: So wird der Steam Trac gerade auf einem Schubboot getestet, das auf dem Rhein zwischen Rotterdam und Duisburg verkehrt, und auch an einem Triebwagen der Südwestdeutschen Verkehrs AG (SWEG) wird die Technik auf der Schiene erprobt. Auch für die Abwärmenutzung von Blockheizkraftwerken sind Steam Tracs bestens geeignet: Die Anlagen laufen im Dauerbetrieb und immer unter Volllast. Und für den Praxistest nutzt Voith die ländliche Umgebung im Kreis Heidenheim: Seit anderthalb Jahren ist die Biogasanlage von Ernst und Markus Kröner in Söhnstetten gleichzeitig auch „Feldtestanlage“ von Voith. In einer Biogasanlage entsteht bei der Gärung von biologischen Stoffen Methangas, das zur Stromgewinnung verbrannt wird. Mit Hilfe des Steam Trac lässt sich der Wirkungsgrad der Biogasanlage um rund acht Prozent steigern. „Mit der gleichen Menge an Gas kann man also mehr Strom erzeugen“, erläutert Ingenieur Heinz Tengler, der bei Voith die Produktgruppe Diesel-Antriebssysteme für Schienenfahrzeuge leitet. Diese Leistungserhöhung sei enorm, denn: „Bei der Entwicklung von Motoren ist ansonsten technisch alles nahezu ausgereizt“, meint der Fachmann.

Steam Trac auch in der Kläranlage

Bald kommt ein zweiter, ebenso innovativer Feldversuch hinzu: Das Blockheizkraftwerk der Kläranlage Mergelstetten wird ebenfalls mit einem Steam Trac ausgerüstet. „Kläranlagen haben einen sehr hohen Strom- und Wärmeverbrauch“, erläutert Berger, weshalb hier das Ziel sei, möglichst viel des eigenen Bedarfs selbst zu decken. Nach der Modernisierung soll es in der Mergelstetter Anlage, die nach dem Anschluss von Herbrechtingen und Gerstetten größere Abwassermengen zu bewältigen hat, möglich sein, 60 Prozent des eigenen Strombedarfs selbst zu decken. Im Blockheizkraftwerk in Mergelstetten läuft ein Gasmotor mit einer Leistung von 235 Kilowatt, der Steam Trac ermöglicht zusätzliche 19 Kilowatt elektrischer Leistung. Den Anstoß für den Feldversuch in Mergelstetten gab Oberbürgermeister Bernhard Ilg, nachdem er von der Entwicklung der Dampfexpander-Technik bei Voith gehört hatte. Für das Vorhaben gibt es auch Fördergelder vom Land Baden-Württemberg.

Vor kurzem angelaufen ist die Serienproduktion eines Steam Drives für Biogasanlagen, der als Kompaktmodul angeboten wird – und sich als unspektakulärer Metallschrank präsentiert. Dieses Modell wurde speziell für die Nachrüstung bestehender Anlagen entwickelt. „Biogas allein wird in Deutschland nie ausreichen, um den Energiebedarf zu decken“, sagt Ingenieur Berger. Aber es sei eben ein Baustein bei der Umstellung auf erneuerbare Energien. Und mit der Abwärmenutzungstechnik trägt Voith seinen Teil zur Energiewende bei.

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