Kalte Flammen am Motor

Entwicklung eines emissionsarmen stationären, vielstofffähigen Diesel-Motor-Brennverfahrens zum Einsatz von nicht aufbereiteten Biokraftstoffen, das auf einer externen Vorverdampfung des Brennstoffes beruht

Kurzbeschreibung

Der Einsatz von Biokraftstoffen gewinnt im Hinblick auf die Ressourcen-Schonung fossiler Kraftstoffe sowie auf die Senkung des globalen CO₂-Austoßes stark an Bedeutung. Biokraftstoffe besitzen allerdings häufig Eigenschaften, die den Einsatz im herkömmlichen Verbrennungsmotor schwierig machen, oder sie weisen nicht die erforderliche Reinheit auf, die für eine motorische Verbrennung notwendig ist und müssen daher einer aufwändigen Reinigung unterzogen werden. Im Rahmen dieses Vorhabens wird ein Verfahren erprobt, das den Einsatz von Kraftstoffen mit geringer Reinheit ermöglicht.

Arbeitsziele des Projekts

Ziel ist, einen vielstofffähigen Stationär-Motor für den Einsatz in dezentralen Blockheizkraftwerken zu entwickeln. Dieser Motor soll eine Einhaltung der immer strenger werdenden Emissionsgrenzwerte mit möglichst geringem Wirkungsgradverlust ermöglichen. Eine dem Motor nachgeschaltete Abgasnachbehandlung ist meist kostenintensiv, verschlechtert den Wirkungsgrad und ist bei der Daueranwendung in Blockheizkraftwerken aufgrund der begrenzten Lebensdauer problematisch. Ein Ansatz, der im Rahmen dieses Forschungsvorhabens untersucht werden soll, liegt in der Entwicklung eines teilhomogenen Brennverfahrens mittels externer Gemischbildung. Ziel ist die Senkung der Stickoxid- und Partikelemissionen unter Beibehaltung des derzeitigen Wirkungsgrades. Die homogene Vormischung von Brennstoff und Luft wird unter Nutzung des Kalte-Flammen-Phänomens in einem Reaktor vorgenommen. Das gasförmige Gemisch wird in den Motor geleitet und dort verbrannt.

Dieser Vorverdampfer wird mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt. Weiteres Augenmerk ist auf die Einmischung des vorverdampften gasförmigen Kraftstoffes in den Motor gerichtet, für die mehrere Varianten erprobt werden sollen. Weiterhin steht das eigentliche Brennverfahren im Fokus des Interesses, das mittels partieller Vorvermischung potentiell sehr geringe Ruß- und NOx-Emissionen aufweisen soll, wobei aber die Anteile unverbrannter Kohlenwasserstoffe nicht zu hoch werden dürfen.

Arbeitsaufgaben OWI

Am OWI wird in zwei Schritten ein Reaktor entwickelt, der die Verdampfung verschiedener Kraftstoffe und insbesondere Biokraftstoffe ermöglicht. Des weiteren wird der Prozess so optimiert, dass eine problemlose Beladung des Motors bei einem erhöhten Druck (bis ca. 5 bar) gewährleistet werden kann. Dies ist wichtig, um eine Eindüsung im Brennraum zu ermöglichen, bzw. um auch die Verwendung von aufgeladenen Motoren zu ermöglichen.

Zeitgleich wird bei der AixCellSys GmbH ein Steuerungskonzept entwickelt, dass eine Abstimmung der Verdampfereinheit mit der motorischen Verbrennung gewährleistet, wodurch der innovative Betrieb ermöglicht wird. Dies erfolgt in enger Absprache mit dem OWI und der Universität Hannover. Durch eine ständige Anpassung der Steuerung an die neu gewonnenen Erkenntnisse aus den Versuchen wird die Optimierung des Brennverfahrens bestmöglich realisiert.

An der Universität Hannover wird ein Einzylinder-Versuchsmotor so modifiziert, dass sowohl ein Betrieb mit Saugrohreindüsung des vorverdampften Brenngases, als auch eine Eindüsung des Brenngases in den Brennraum möglich ist.

Durchführende Forschungsstellen

• AixCellSys GmbH, Herzogenrath
• Leibniz Universität Hannover, Institut für Technische Verbrennung (ITV)
• OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath

Projektförderung

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Gülzow

Projektlaufzeit

Mai 2012 bis Mai 2015