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19.02.2016

Keine schädlichen Abgase bei Kraftstoffen aus Oxymethylenethern


Moderne Verbrennungsmotoren werden immer sparsamer und sauberer. Doch ob Kraftstoffverbrauch oder Abgasemission weiter gesenkt werden sollen, stellt die Motorenentwickler vor einen schwer lösbaren technischen Zielkonflikt. Im Projekt "OME" wollen Chemiker und Ingenieure der Technischen Universität München (TUM), der TU Kaiserslautern und des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) diesen Gordischen Knoten mit Kraftstoffen zerschlagen, die die Verbrennung im Motor verbessern.

Gleichzeitig Kraftstoffverbrauch, Abgasemission und Nutzerkomfort zu optimieren, führt zu einem technischen Zielkonflikt. Auch die anspruchsvollen Anforderungen an die Abgasqualität haben Motoren und Abgas-Nachbehandlung immer komplexer werden lassen. "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 Instituts für Katalyseforschung und -technologie am KIT. "Ein vielversprechendes Konzept für Dieselkraftstoffe ist die Verwendung von Oxymethylenethern."

Weniger Ruß und Stickoxide

Oxymethylenether (OME) sind synthetische Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff (CH3O(CH2O)nCH3). Aufgrund ihres hohen Sauerstoffgehalts wird die Schadstoffbildung bereits im Verbrennungsstadium unterbunden. Als Dieselkraftstoffe senken sie den Ausstoß von Ruß und Stickoxiden. Allerdings stellt die wirtschaftliche Produktion der OMEs im technischen Maßstab noch eine Herausforderung dar. Das Projekt OME wird an neuen und effizienten Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen arbeiten.

OME könnten aus nachwachsenden Rohstoffen, wie am KIT-Projekt "bioliq" gezeigt, hergestellt werden. So trügen sie nicht nur zur Schadstoffminderung bei, sondern leisteten auch einen Beitrag zur Minderung des Kohlendioxidausstoßes durch den Verkehr. OME haben ein Verhältnis von Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, welches stark dem von Biomasse ähnelt, sodass eine Herstellung mit hoher Energie- und Atomeffizienz möglich ist. "Neben der systematischen Variation von Reaktionsparametern wie Druck, Temperatur und Konzentration, müssen auch effiziente Verfahren für die Aufarbeitung der OME entwickelt werden, um eine hohe Kraftstoffqualität zu garantieren", erläutert Jakob Burger vom Lehrstuhl für Thermodynamik an der TU Kaiserslautern.

Detaillierte Untersuchung der Verbrennungsreaktion

Über die Wirkungsweise der OME bei der motorischen Verbrennung und weitere Aspekte der Anwendung von OME im Fahrzeug ist heute noch zu wenig bekannt. Umfangreiche Untersuchungen in Motorentests werden diese Anwendungsaspekte beleuchten und dazu beitragen, Potentiale für die Effizienzsteigerung bei der Anwendung der OME zu verdeutlichen.

Diese Untersuchungen sollen einen detaillierten Einblick in die Zusammenhänge zwischen chemischer Struktur der OME und Verbrennungseigenschaften ermöglichen. Ziel ist die Demonstration einer stark vereinfachten Abgasnachbehandlung, die auf Partikelfilter und katalytische Nachbehandlung verzichtet.

"Mit dem Einsatz von OME können wir den Kraftstoff als Wirkstoff betrachten. Dies eröffnet uns ein großes Potential, den trade-off zwischen Verbrauch und Emissionen zu entschärfen und damit eine nachhaltige Mobilität zu sichern", so Georg Wachtmeister, Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen an der TU München.

Im OME-Projekt arbeiten die TU München, die TU Kaiserslautern und der Koordinator KIT zusammen. Das Projekt mit einem Fördervolumen von insgesamt rund 800.000 € ist für die Dauer von drei Jahren angelegt und wird über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. als Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Quelle: Technische Universität München




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