OME (Oxymethylenether)

Abbildung 1: links: Probenfilter Diesel-Abgas; rechts: Probenfilter OME1-Abgas
Abbildung 1: links: Probenfilter Diesel-Abgas; rechts: Probenfilter OME1-Abgas

Bestimmte alternative Krafstoffe stellen eine Möglichkeit für eine CO2-neutrale und schadstoffarme Mobilität dar. Durch Integration der Kraftstoffeigenschaften in den Entwicklungsprozess von neuen Antrieben können umweltneutrale Antriebssyteme mit Verbrennungsmotor erzeugt werden. Der Betrieb des Verbrennungsmotors hat somit keinerlei Einfluss auf seine Umwelt. Darüber hinaus ermöglichen entsprechende Kraftstoffe, welche auf Basis von regenerativer Energie hergestellt werden, einen nachhaltigen Gesamtprozess.

Neben den immer strenger werdenden Abgasgesetzgebungen bezüglich der Schadstoffemissionen wird für den Verkehrssektor bis zum Jahr 2050 eine vollständige Eliminierung der TreibHausGas-Emissionen (also auch CO2-Emissionen) gefordert. Darüber hinaus steigt das öffentliche Interesse an einer „sauberen“ Mobilität. Als Lösung dieser unterschiedlichen Aufgabenstellungen sind verschiedene Ansäzte denkbar. Neben neuartigen Antriebsarchitekuren wie beispielsweise Hybridantrieben ist auch die Abkehr von fossilen Energieträgern ein potentieller Lösungsansatz. Hierbei besitzen die flüssigen Kraftstoffe prinzipbedingte Vorteile gegenüber gasförmigen Kraftstoffen bei Logistik, Energiedichte und Speicherung.

Synthetische Energieträger, welche nicht auf Basis von Rohöl oder Erdgas hergestellt werden, können zu einer Abkehr von fossilen Energiequellen beitragen. Ein Beispiel für einen solchen Energieträger bzw. Kraftstoff ist OME. OME steht für Oxymethylenether, eine Gruppe von chemischen Molekühlen aus Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff. OME können auf Basis verschiedener Prozessabläufe hergestellt werden. Eine dieser Prozessrouten benötigt als Rohstoffe ausschließlich regenerative Energie bzw. Strom, CO2 und Wasser. Wird das benötigte CO2 aus der Umgebungsluft abgeschieden, ergibt sich zusammen mit der Umsetzung des Kraftstoffs im Verbrennungsmotor ein geschlossener CO2-Kreislauf. Somit erfüllt ein Verbrennungsmotor, welcher mit regenerativ erzeugtem OME betrieben wird das geforderte Kriterium der CO2-Neutralität.

Darüber hinaus bietet die Nutzung von OME als Kraftstoff weitere Vorteile. Im Kraftstoffmolekühl sind keine direkten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen vorhanden. Zusätzlich dazu besitzt jedes Kraftstoffmolekül einen hohen Anteil an Sauerstoff. Durch diese chemischen Eigenschaften, kann OME rußfrei verbrennen. Abbildung 1 zeigt die Messung der Rußmasse mit konventionellem Kraftstoff (links) und mit OME (rechts). Bei konventionellen Kraftstoffen kann darüber hinaus ein Zielkonflikt zwischen niedrigen Stickoxid- (NOx-) und niedrigen Rußemissionen aufgezeigt werden. Durch die rußfreie Verbrennung von OME wird dieser Zielkonflikt eliminiert. Somit können bereits im Motor selbst erweiterte Maßnahmen zur Stickoxidreduzierung getroffen werden.

Abbildung 2: Einzylinderforschungsmotor am Motorenprüfstand mit Messtechnik
Abbildung 2: Einzylinderforschungsmotor am Motorenprüfstand mit Messtechnik

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe ist Vorreiter bei der Untersuchung von OME, was an zahlreichen Veröffentlichungen zum Thema deutlich wird (siehe [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]). Aktuell werden Untersuchungen zum Thema OME mit verschiedenen Zielsetzungen an unterschiedlichen Motor- und Anstriebsstrangkonzepten am Motorenprüfstand durchgeführt. Abbildung 2 zeigt repräsentativ für die Untersuchungen den Motorprüfstand mit Einzylinderforschungsmotor. An diesem Prüfstand können in kontrollierter Umgebung beispielsweise Grundlagenforschung und Funktionsentwicklung betrieben werden. Untersuchungen am Diesel-Vollmotor bestätigen einerseits die positiven Ergebnisse der Einzylinderuntersuchungen und stellen andererseits den Übertrag zum realen Fahrbetrieb dar.

Abbildung 3: Forschungsfahrzeug für Untersuchungen mit OME unter Realfahrbedingungen
Abbildung 3: Forschungsfahrzeug für Untersuchungen mit OME unter Realfahrbedingungen

Neben den Untersuchungen am Motorenprüfstand hat das Institut ein Forschungsfahrzeug für den Betrieb mit OME aufgerüstet und mit Messtechnik ausgestattet. Mit Hilfe eines Forschungsfahrzeuges können am Prüfstand entwickelte Systeme im realen Straßenverkehr und unter Realfahrbedingungen getestet und analysiert werden. Erste Ergebnisse mit dem Forschungsfahrzeug sind sehr vielversprechend und bewirken hohes mediales Interesse (siehe z.B. [10, 11]). Das aktuelle Forschungsfahrzeug ist in Abbildung 3 dargestellt.

[1] Christian von Pyschow, M. Sc.; Alexander Feiling, M. Sc.; Prof. Dr. techn. Christian Beidl; Dipl.-Ing. Magnus Schmitt, alle Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe, Technische Universität Darmstadt; Dr. Eberhard Jacob, Continental Emitec GmbH: Der synthetische Kraftstoff OME im Betrieb am Nfz-Vollmotor – Herausforderungen und Potentiale, Internationaler Motorenkongress, Baden-Baden, Februar 2015.

[2] Alexander Feiling, M. Sc.; Dipl.-Ing. Magnus Schmitt; Christian von Pyschow, M. Sc.; Prof. Dr. techn. Christian Beidl, alle Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe, Technische Universität Darmstadt; Dr. Eberhard Jacob, Continental Emitec GmbH: Potential des synthetischen Kraftstoffs OME1 zur Emissionsreduzierung bei Dieselbrennverfahren, Internationaler Motorenkongress, Baden-Baden, Februar 2015.

[3] Münz, M.; Beidl, C.: Oxygenat-Kraftstoff im Dieselmotor – Chancen und Herausforderungen von hohen AGR-Raten. AVL Tech Day „Indizierung“. Darmstadt, September 2016

[4] Münz, M.; Töpfer, D.; Mokros, A.; Beidl, C.: Oxygenate-fuel in a diesel engine – Is a CI engine capable of Lambda 1?, 4. Internationaler Motorenkongress, Baden-Baden, Februar 2017.

[5] Münz, M.; Mokros, A.; Beidl, C.: Ermöglichen Oxygenat-Kraftstoffe den Drei-Wege-Katalysator am Dieselmotor?, 14. FAD-Konferenz „Herausforderungen – Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren“, Dresden, November 2016.

[6] Münz, M.; Feiling, A.; Beidl, C.; Härtl, M.; Pélerin, D.; Wachtmeister, G.; Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (Ivk), Technische Universität München: Oxymethylene Ether (OME1) as Synthetic Low Emission Fuel for DI Diesel Engines. 3. Internationaler Motorenkongress. Baden-Baden. Februar 2016

[7] Münz, M.; Feiling, A.; Beidl, C.: Potenzial des synthetischen Kraftstoffs OME1b für den rußfreien Dieselmotor. Artikel in MTZextra „Kraft- und Schmierstoffe der Zukunft“. Springer Vieweg. Februar 2016

[8] Münz, M.; Beidl, C.: Indizierung am Einzylindermotor mit alternativem Kraftstoff OME (Oxymethylenether). AVL Tech Day „Indizierung“. Darmstadt, September 2015

[9] Mokros, A.; Münz, M; Beidl, C.: Potential for Ultra-Low Emissions With OME and TWC on a CI Engine. 5th International Conference – Tailor Made Fuels from Biomass. Juni 2017

[10] Schmitt, M.; Emissionsminderung am Nutzfahrzeugdieselmotor durch optimierte Prozessführung und synthetische Kraftstoffe, Dissertation, Darmstadt 2016

[11] https://www.springerprofessional.de/betriebsstoffe/emissionen/tu-darmstadt-appliziert-serienfahrzeug-fuer-ome-betrieb/12281298

[12] http://www.faz.net/aktuell/technik-motor/auto-verkehr/studenten-entwickeln-synthetischen-kraftstoff-15044324.html