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Auf dem Weg zum sauberen Verbrennungsmotor

05.09.2018

Autos mit Verbrennungsmotoren, die keine Emissionen verursachen – mit synthetischen Kraftstoffen wie Oxymethylenether wäre das denkbar. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben getestet, wie sich ein solcher Kraftstoff im Motor verhält und ein optimiertes Brennverfahren entwickelt.

Sie erzeugen Kohlendioxid, Feinstaub und Stickoxide: Verbrennungsmotoren stehen in der Kritik, in vielen Innenstädten gelten bereits Fahrverbote für bestimmte Dieselfahrzeuge. Synthetische Kraftstoffe wie die Gruppe der Oxymethylenether (OME) könnten die Lösung sein. Sie verbrennen fast ohne unerwünschte Nebenprodukte wie Rußpartikel oder Kohlenwasserstoffe.


Dominik Pélerin beim Test am Vollmotor-Prüfstand.

Bild: Moritz Ermert / TUM

Gegenüber anderen, schon länger bekannten Designerkraftstoffen bieten sie damit einen zusätzlichen Vorteil für die Luftqualität. Es gibt allerdings auch Nachteile: Die Herstellungskosten sind höher als die der fossilen Kraftstoffe und noch gibt es keine Anlagen für die Produktion.

Das Projekt XME-Diesel, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird, hat das Ziel, den Einsatz von OME voranzubringen. Auch Wissenschaftler des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen der TUM sind an dem Projekt beteiligt. Sie haben untersucht, wie sich OME im Motor verhalten, welche Anpassungen nötig sind, damit die Verbrennung effizienter ist und wie stark sich die schädlichen Emissionen im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen reduzieren lassen.

Vom Einzylinder auf den Vollmotor

Zunächst arbeiteten die Forscher mit Computer-Simulationen und Versuchen an einem Einzylindermotor-Prüfstand. Sie bestimmten die optimalen Parameter für die effiziente Verbrennung. So besitzt der synthetische Kraftstoff zum Beispiel einen geringeren Heizwert als Diesel.

Das bedeutet, dass mehr Kraftstoff in den Motor gegeben werden muss, um die gleiche Leistung zu erreichen. Die Wissenschaftler passten die Einspritzventile daher dementsprechend an.

Da der synthetische Kraftstoff keinen Ruß produziert, ist es außerdem möglich, große Mengen an Abgas wieder in den Motor zurückzuführen, ohne dass der Einlasstrakt verschmutzt wird. Mit diesem Verfahren wird die Entstehung von Stickoxiden gebremst, weil das rückgeführte Abgas sehr hohe Temperaturen während der Verbrennung verhindert.

Im Anschluss testeten die Wissenschaftler die Parameter an einem Vollmotor-Prüfstand. Dabei handelt es sich um einen Serienmotor mit sechs Zylindern, der speziell für den Betrieb mit dem synthetischen Kraftstoff umgerüstet wurde. Die Versuche am Vollmotor bestätigten die vorherigen Ergebnisse.

Emissionen können auf Null gesenkt werden

„Wir haben festgestellt, dass sich durch den Einsatz des Kraftstoffs die Schadstoffemissionen deutlich reduzieren lassen“, erklärt Dr. Martin Härtl, der das Projekt koordiniert. „Das Euro-6-Niveau, also der gültige Grenzwert, ist mit dem synthetischen Kraftstoff ohne Probleme erreichbar. Wir sind außerdem davon überzeugt, dass mit einer leistungsfähigen Abgasnachbehandlung die Emissionen sogar auf nahezu Null gesenkt werden können.“

Wird OME aus Abfall-CO2 – also Kohlendioxid, das etwa bei Prozessen in der Stahlindustrie, der Zementindustrie oder in Kohle- und Gaskraftwerken anfällt – und Strom aus erneuerbaren Quellen hergestellt, wäre es sogar klimaneutral.

Besonders interessant sei der Einsatz von OME vor allem für Fahrzeuge und Anlagen, bei denen der Verbrennungsmotor nicht einfach durch batterieelektrische Antriebe ersetzt werden kann, erklärt Härtl. So zum Beispiel Lkw, bei denen es sehr auf die Reichweite ankommt, die Energieversorgung in abgelegenen Gebieten sowie im Bereich der Luft- und Schifffahrt.

Weitere Informationen:

Die Versuche wurden im Rahmen des Projekts „XME Diesel – (Bio-)Methylether als alternative Kraftstoffe in bivalenten Dieselmotoren“ durchgeführt, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird.

Weitere Forschung im Bereich OME am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen finden statt im Rahmen vom Projekt „OME – Umweltfreundliche Dieselkraftstoffadditive“ (Förderung durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft) sowie dem Projekt „Sub-Zero-Emissions Dieselmotor“ (Förderung durch die Bayerische Forschungsstiftung).

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Martin Härtl
Technische Universität München
Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen
Tel: +49 89 289 24110
haertl@lvk.mw.tum.de

Weitere Informationen:

https://youtu.be/N8tAX8UXUKc
https://mediatum.ub.tum.de/1452936 Bilder zur Pressemitteilung

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

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