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Entwicklung von Methanol-Kraftstoff

Technische Grundlagen fĂŒr die Normung geschaffen

Ein Forschungskonsortium unter der Leitung von FEV, einem weltweit fĂŒhrenden Entwicklungsdienstleister, hat umfassende technischen Grundlagen fĂŒr die Verwendung von Methanol-Kraftstoff in Europa erarbeitet. Das Forschungsprojekt mit dem Namen „Methanolstandard“ legte den Fokus auf Untersuchungen, die fĂŒr die Normung von Methanol als Kraftstoff relevant sind, und lieferte wichtige Erkenntnisse. Das Konsortium untersuchte die KompatibilitĂ€t von Methanol mit bestehender Technik und Kraftstoffnormen und identifizierte potenzielle Bereiche fĂŒr weitere Forschung- und EntwicklungsaktivitĂ€ten.

Methanol ist ein möglicher alternativer Kraftstoff, der ein hohes CO2-Reduktionspotenzial hat, sofern er aus regenerativen Energien wie Solar- und Windenergie in Kombination mit CO2 aus geschlossenen KohlenstoffkreislĂ€ufen ĂŒber PtX Verfahren hergestellt wird. Allerdings weichen die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Methanol teils deutlich von Diesel- und Ottokraftstoffen ab, sodass eine ErfĂŒllung der bestehenden Kraftstoffnormen nicht möglich ist. Damit Methanol dennoch eine Chance auf eine MarkteinfĂŒhrung bekommt, wird in Deutschland an einer DIN-Norm fĂŒr Methanol gearbeitet mit der Perspektive, dass diese spĂ€ter auch fĂŒr eine europĂ€ische Methanol-Norm als Grundlage dient. Das Ziel dieser Norm ist, die Betriebssicherheit der Anwendungstechnik zu gewĂ€hrleisten und die QualitĂ€t des Methanols zu garantieren.

Nationale Normen fĂŒr die Verwendung von 85 % und 100 % Methanol als Kraftstoff existieren in China bereits seit 2009 und ermöglichen erfolgreich den großflĂ€chigen Einsatz von Methanol im Straßenverkehr.

Geringere Schadstoffemissionen durch Methanol-Kraftstoff

Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die Eigenschaften von reinem Methanol als Kraftstoff (M100) und Methanolbeimischungen von 15 % zu mineralölbasiertem Kraftstoff (M15) im Vergleich zu einem EU6 Referenzkraftstoff. Die Forschungspartner, darunter die TEC4FUELS GmbH und die OWI Science for Fuels gGmbH, nahmen verschiedene Aspekte unter die Lupe, wie beispielsweise die Optimierung ottomotorischer Verbrennungskonzepte sowie Fragen zur MaterialkompatibilitĂ€t, Additivierung und LagerstabilitĂ€t. ZusĂ€tzlich wurden Fragen zur Methanol-Produktion, ToxizitĂ€t und Sichtbarkeit der Flamme untersucht, um die Sicherheit des Kraftstoffs zu gewĂ€hrleisten. DarĂŒber hinaus wurde ein M15-Gemisch in einem Serienmotor als Möglichkeit zur Dekarbonisierung des Straßenverkehrs untersucht.

Methanol lĂ€sst sich direkt als Kraftstoff einsetzen oder mit mineralölbasierten Kraftstoffen zu sogenannten „Blends“ vermischen. Diese Kraftstoff-Blends können, als sogenannte Drop-in-Kraftstoffe, bereits in konventionellen oder modifizierten Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die technischen Grundlagen der bereits etablierten Verbrennungsmotoren zu nutzen und zeitgleich fossile Kraftstoffe schrittweise zu substituieren. DarĂŒber hinaus sind die Abgase der Methanol-Verbrennung im Vergleich zu Benzin oder Diesel nahezu frei von Rußemissionen und Schwefeloxiden und enthalten weiterhin einen deutlich geringeren Anteil an umweltschĂ€dlichen Stickoxiden.

Hoher motorischer Wirkungsgrad

Obwohl die herkömmlichen fossilen FlĂŒssig-Kohlenwasserstoffe eine doppelt so hohe volumetrische Energiedichte wie Methanol besitzen, können mit Methanol-Motoren wegen dessen höherer Oktanzahl von 109 grĂ¶ĂŸere VerdichtungsverhĂ€ltnisse genutzt und daher im Allgemeinen ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden. Dadurch lĂ€sst sich eine entsprechend dem Energiegehalt geringere Reichweite einer TankfĂŒllung mit Methanol teilweise wieder kompensieren.

Die Ergebnisse der Forschung zeigten unter anderem, dass Methanol mit bestehender Technik teilweise kompatibel ist und bestimmte Anforderungen erfĂŒllt. Aus den Hardware-in-the-Loop-Tests von Tec4Fuels geht hervor, dass dieselmotorische Common-Rail-Systeme und Hochdruckpumpen nur eingeschrĂ€nkt mit Methanol funktionierten und teilweise ausfielen. Die erhöhte Neigung von Metallen wie Aluminium und Kupfer zur Korrosion im Kontakt mit Methanol und die verringerte SchmierfĂ€higkeit von Methanol sind zwei Aspekte, fĂŒr die im Projekt unter Mitwirkung von OWI verschiedene Additive untersucht wurden. Nur ein noch nicht im Handel erhĂ€ltliches Additiv zur Beimischung in den Kraftstoff konnte bei niedrigen Methanolkonzentrationen in Benzin (M15) die Korrosion vermeiden und die SchmierfĂ€higkeit verbessern. Die KompatibilitĂ€t bleibt fĂŒr die Additiv- und die Materialentwicklung eine Herausforderung, die sich sowohl bei den Metallen als auch den Kunststoffen (z.B. Dichtungen, Tankbaumaterial) stellt. Das gilt auch fĂŒr die Tankstellentechnik, deren Tanks, Pumpen, Leitungen und Zapfpistolen methanolfĂ€hig sein mĂŒssen. Trotz der noch bestehenden technischen Herausforderungen sehen die Forschenden Methanol als eine vielversprechende Option fĂŒr den Transportsektor.

Das Forschungsvorhaben „Untersuchung der technischen Grundlagen zur Standardisierung von Methanolkraftstoffen in Europa“ wurde mit Mitteln des Bundesministeriums fĂŒr Wirtschaft und Klimaschutz unter dem Förderkennzeichen 19I20005A-I gefördert.

Quelle: www.owi-aachen.de

Pressemitteilung veröffentlicht am 10.10.2023 in News.
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