Grünes Methanol – Ein CO2-freier Kraftstoff zur Erreichung höchster Wirkungsgrade ＞50% bei niedrigsten Schadstoffemissionen

Autoren

A. Güdden MSc, Prof. S. Pischinger, RWTH Aachen University; Dr.-Ing. J. Geiger, Dipl.-Wirt.-Ing. B. Heuser, Dr.-Ing. M. Müther, FEV Europe GmbH, Aachen:

Jahr

2021

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Die Dekarbonisierung der Luft- und Schifffahrt sowie des Langstreckentransports stellt eine große Herausforderung dar. In diesem Zusammenhang ist die Anwendung synthetischer Kraftstoffe eine zeitnah realisierbare Alternative für die genannten Sektoren und ihre spezifischen Anforderungen. Ausgehend von erneuerbarer elektrischer Energie ist Methanol der einfachste flüssige synthetische Kraftstoff und einer der vielversprechendsten alternativen Kraftstoffe insbesondere für die Schifffahrt. Methanol eignet sich sowohl für die dieselmotorische als auch die ottomotorische Verbrennung. Daher befasst sich dieser Beitrag mit den möglichen Brennverfahren und identifiziert die vielversprechendsten Alternativen. Mit Diesel-Piloteinspritzung als Zündhilfe kann Methanol diffusiv verbrannt werden. Die erzielbaren Wirkungsgrade liegen über dem Niveau aktueller Dieselmotoren (>50% indizierter Wirkungsgrad bei unverändertem Lastbereich). Gleichzeitig verbessert sich der Ruß-NO_X-Trade-off abhängig vom Dieselanteil sehr deutlich. Andererseits ist die Verbrennung vorgemischter Methanol/Luft Zylinder-Ladungen mit Funkenzündung aufgrund des kalten und sehr schnellen Umsatzes ein vielversprechendes Konzept. In Großmotorapplikationen im maritimen Sektor können mit einem vorgemischten Magerkonzept die IMO Tier III NO_X Grenzwerte (<2 g/kWh)ohne Abgasnachbehandlung eingehalten werden. Für Nutzfahrzeugapplikationen bietet sich hingegen ein stöchiometrisches Brennverfahren mit Abgasrückführung und Dreiwegekatalysator an, um hohe Wirkungsgrade in Verbindung mit einem einfachen Abgasnachbehandlungssystem zu realisieren. Während die dieselmotorisch diffusive Methanol Verbrennung höchste Wirkungsgrade und sehr gute Lastannahme-Eigenschaftenermöglicht, lassen sich mit vorgemischten Brennverfahren auch sehr niedrige Emissionsgrenzwerte sicher einhalten.

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