Dimethylether als alternativer Kraftstoff

Kann ein Diesel mit klimaneutralem Flüssiggas fahren?

Hardware-in-the-Loop-Prüfstand zur Qualifizierung des Flüssiggases Dimethylether als Kraftstoff.

Unter welchen technischen Rahmenbedingungen Dieselfahrzeuge mit Dimethylether (DME) als alternativem Kraftstoff betrieben werden können, untersucht derzeit ein Forschungskonsortium unter der Leitung des Ford Research and Innovation Center Aachen. DME ist ein Gas, das ähnliche physikalische Eigenschaften wie die Flüssiggase Propan und Butan besitzt und ebenso bei einem Atmosphärendruck von 5 bis 6 bar flüssig ist. DME ist, ähnlich wie sein Schwestermolekül Methanol, als klimaneutraler Energieträger besonders effizient und kostengünstig herstellbar und zeichnet sich durch emissionsmindernde Eigenschaften in der Diesel-motorischen Verbrennung (nahezu rußfrei bei Verwendung als Reinkraftstoff bei gleichzeitiger Minderung von Stickoxiden) aus. Interessant ist das beispielsweise im Güterverkehr, wo mehr als 95 % der mittleren bis schweren Nutzfahrzeuge noch mit Dieselmotoren unterwegs sind.

Damit Bestands- und Neufahrzeuge mit Dimethylether betrieben werden können, sind technische Anpassungen erforderlich. Bisherige Untersuchungen zeigten, dass der Betrieb von Dieselmotoren mit 100 % DME möglich ist, jedoch einen signifikanten Aufwand (Einspritzkomponenten, Brennverfahren, Abgasnachbehandlung, Tanksystem) bei der Umrüstung erfordert. Darum untersucht das Forschungskonsortium neue DME-basierte Kraftstoffblends als Lösungen für Bestandsfahrzeuge, die mit minimalem Nachrüstaufwand verbunden und daher kostengünstig sind. Idealerweise bleiben dabei die bereits im Fahrzeug installierten konventionellen Systemkomponenten erhalten. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass bei DME-/Diesel-Blends sowohl die Schmiereigenschaften als auch der Energieinhalt bei entsprechender Zumischungsrate nahezu erhalten bleiben. Die zu untersuchenden Kraftstoffgemische lassen sich einerseits vorgemischt betanken (statische Mischung), würden aber auch eine Mischung beider Komponenten vor der Kraftstoffhochdruckpumpe (potenziell dynamisches Blending) erlauben. Mit dem dynamischen Blending wäre unter Beibehaltung des ursprünglichen Dieselsystems sogar ein Flex-Fuel-Betrieb (Diesel oder DME/ Diesel) möglich.

Tec4Fuels testet Dimethylether-Blends

Neben der technischen Entwicklung einer solchen Nachrüstlösung liegt im Projekt ein weiterer Fokus auf der Bestimmung möglicher Kraftstoffmischungen (Blends). Die Tec4Fuels (https://www.tec4fuels.com)GmbH testet Dimethylether in Blends mit flüssigen fossilen oder erneuerbaren Kraftstoffkomponenten wie mineralölbasiertem Diesel, paraffinischen Kraftstoffen gemäß EN15940 und Biodiesel für die Anwendung in Dieselmotoren. Diese Eignungsprüfung bezieht sich sowohl auf die Kompatibilität der Kraftstoffe in variierenden Mischungen untereinander als auch ihre Auswirkungen auf die Materialien von kraftstoffführenden Bauteilen, wie etwa Hochdruckpumpen, Kraftstofffilter, Dichtungen und Injektoren. Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass eine Mischung aus 80 % mineralölbasiertem Diesel und 20 % DME die Anforderungen an die Kompatibilität erfüllt. Weitere DME-Blends, wie zum Beispiel mit Fettsäuremethylester (Biodiesel) oder Gas-to-Liquid-Produkten (paraffinischem Diesel) werden im weiteren Projektverlauf untersucht.

Die Auswahl geeigneter effizienter und nachhaltiger Antriebstechnologien für zukünftige Mobilitätsanforderungen ist komplex und wird neben dem Bedarf hinsichtlich Umweltverträglichkeit (CO2 und Schadstoffe), Sicherheit und Machbarkeit vor allem durch Bezahlbarkeit beim Verbraucher bestimmt. Dimethylether bietet Vorteile, wie eine ausreichende Energiedichte und mit Dieselkraftstoff vergleichbare Zünd- und Verbrennungseigenschaften bei signifikant niedriger Rußbildung, was die Erhöhung des Kompressionsverhältnisses und damit eine Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades und somit einen effizienteren Kraftstoffverbrauch ermöglicht. Darüber hinaus ist es bei der Herstellung von DME als eFuel möglich, die Well-to-Wheel-Emissionen von CO2 um mehr als 90 % reduzieren.

Das Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Tec4Fuels ist ein Kompetenzzentrum für konventionelle und alternative Brenn-, Kraft-, Treib- und Schmierstoffe (Fuels) und deren Anwendung in bestehenden und neuen Technologien. Das Unternehmen erbringt Dienstleistungen in der Forschung und Entwicklung von technischen Komponenten und Produkten, Systemen und Energieträgern sowie deren Anwendung im Energiemarkt für Fuels. Tec4Fuels bietet ergänzend zu Prüfverfahren und Kraftstoff-Checks auch mit Forschung und Entwicklung verbundene Beratungs- und sonstige Dienstleistungen an. Hierzu gehören auch die Prüfung und Zertifizierung, die Vermittlung sowie die Herstellung und der Vertrieb der Produkte.
TEC4FUELS unterstützt seine Kunden auf folgenden Gebieten:
– Test- und Prüfverfahren
Entwicklung spezieller Hardware-in-the-Loop-(HiL) Systeme und Durchführung von Prüfverfahren zur Qualitätssicherung technischer Komponenten sowie konventioneller und alternativer Brenn-, Kraft-, Treib- und Schmierstoffe
– Kraftstoff-Check für Netzersatzanlagen
Überwachung der Qualität von Kraftstoffvorräten in Netzersatzanlagen (Notstromaggregaten) zur Erhaltung der Verfügbarkeit und Betriebssicherheit
– Technisches Consulting
Beratung in grundlegenden Fragen des Innovationsmanagements über die Vor-, Konzept- und Serienentwicklung bis hin zum Aftersales

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TEC4FUELS GmbH
Michael Ehring
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