Forschungsprojekt : Treibstoff der Zukunft: Wie diese Forscher den Dieselmotor retten wollen

Wissenschaftler der TU München, der TU Kaiserslautern und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchen in einem aktuellen Projekt die Wirkung von sogenannten Oxymethylenether-Kraftstoffen (OME). Die Vision klingt zunächst paradox: Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren sollen trotz Anwendung von Sprit keine Schadstoffe mehr emittieren.

In OME-Kraftstoffen sehen die Forscher das nötige Potenzial, um die Vision auch wahr werden zu lassen. Denn die Verbrennung von OME-Kraftstoffen setzt kaum unerwünschte Nebenprodukte wie Rußpartikel oder Kohlenwasserstoffe frei, so die Forscher.

„Die Weiterentwicklung von Diesel- oder Benzin-Kraftstoffen bietet nun eine Chance die Bildung schädlicher Abgase direkt am Ursprung, nämlich bereits bei der Verbrennung im Motor, zu vermeiden“, erklärt Jörg Sauer, Leiter des KIT. Ein vielversprechendes Konzept für Dieselkraftstoffe sei deshalb die Verwendung von Oxymethylenethern.

Oxymethylenether (OME) sind synthetische Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Aufgrund ihres hohen Sauerstoffgehalts wird die Schadstoffbildung bereits im Verbrennungsstadium unterbunden. In Verwendung als Dieselkraftstoff senken sie den Ausstoß von Ruß und Stickoxiden.

Doch es steckt noch ein weiterer Clou dahinter: OME-Kraftstoffe könnten zum Teil aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Laut den Forschern würde die Struktur stark jener von Biomasse ähneln, wodurch sie mit hoher Energieeffizienz produziert werden könnten.

Effiziente Verfahren für die Aufbereitung müssten jedoch erst entwickelt werden, um auch eine hohe Kraftstoffqualität zu gewährleisten, erläutert Jakob Burger vom Lehrstuhl für Thermodynamik an der TU Kaiserslautern. Zudem sei über die Wirkungsweise von OME-Kraftstoffen bei motorischen Verbrennungen noch wenig bekannt. Umfangreiche Untersuchungen in Motorentests sollen die Anwendungsaspekte nun näher beleuchten.

Um mehr über die Wirkungsweise von OME-Kraftstoffen herauszufinden, forschten die Wissenschaftler bereits mit Computer-Simulationen und Versuchen an einem Einzylindermotor.

Die Tests zeigten, dass synthetische Kraftstoffe im Verhältnis zum Diesel einen geringeren Heizwert erzielen. Dadurch muss auch mehr Kraftstoff in den Motor eingespritzt werden, um die gleiche Leistung zu erreichen. Zudem mussten Änderungen an den Einspritzventilen vorgenommen werden.

Ein Vorteil der synthetischen Kraftstoffe ist, dass kein Ruß produziert wird, sodass große Mengen an Abgas wieder in den Motor zurückzuführt werden können, ohne dass der Einlasstrakt verschmutzt wird. Dieses Verfahren würde sich positiv auf die Entstehung von Stickoxiden auswirken, da das rückgeführte Abgas sehr hohe Temperaturen während der Verbrennung verhindert.

„Wir haben festgestellt, dass sich durch den Einsatz des Kraftstoffs die Schadstoffemissionen deutlich reduzieren lassen“, resümiert 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.“ Härtl ergänzt: „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: So zum Beispiel Lkw, bei denen es sehr auf die Reichweite ankommt, die Energieversorgung in abgelegenen Gebieten sowie im Bereich der Luft- und Schifffahrt.

Die Wissenschaftler halten sich trotz der Euphorie um die OME-Kraftstoffe nicht zurück, auch auf die Nachteile aufmerksam zu machen: So stellt die wirtschaftliche Produktion der OMEs im technischen Maßstab noch eine Herausforderung dar. Gegenüber konventionellen Fossilkraftstoffen seien die höheren Herstellungskosten zudem wesentlich höher. Entsprechende Produktionsanlagen müssten auch erst geschaffen werden.

Das „Projekt OME“ wird an neuen und effizienten Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen arbeiten. Die Tests der TU München sind Teil des Projekts XME-Diesel, das vom deutschen Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird und zum Ziel hat, den Einsatz von OME-Kraftstoffen voranzubringen.

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