Nicht erst die Rekordpreise für Benzin und Diesel machen deutlich: Ein bedeutender Teil der mobilen Zukunft, vor allem auch in der Landwirtschaft, wird neuen Antriebsformen unter Einsatz alternativer und erneuerbarer Energieträgern gehören. Davon ist Professor Horst Harndorf, Inhaber des Lehrstuhls für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren an der Universität Rostock, fest überzeugt. Doch was müssen Motorenentwickler tun, um künftigen Abgasnormen zu genügen?
Auf dem Prüfstand der Rostocker Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik ist jetzt erstmals ein für die Landwirtschaft bestimmter Gasmotor erfolgreich in Betrieb genommen worden. Die Rostocker Universität gehört damit zu den ersten Hochschulen in Deutschland, die gemeinsam mit der Deutz AG aus Köln die Motorenentwicklung einerseits und den Emissionsschutz andererseits auf eine ganz neue Stufe heben wollen.
„Erdgas und Flüssiggas werden gegenüber Erdöl an Bedeutung gewinnen“, ist Professor Harndorf längst klar. „Neben Wirtschaftlichkeit sind es Umweltfreundlichkeit und die bei Erdgas und regenerativ erzeugtem Biomethan längerfristige Verfügbarkeit, die Gasantriebe so attraktiv machen, sagt der Wissenschaftler. Vor diesem Hintergrund hat die Uni Rostock in Kooperation mit der Deutz AG das Forschungsprojekt „Entwicklung und Untersuchung eines Gasmotors für Landmaschinen“ auf den Weg gebracht. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert das Vorhaben.
Bei der Entwicklung von Gasmotoren spielt das nötige Know-how die entscheidende Rolle, denn die Anforderungen an einen gasbetriebenen Motor unterscheiden sich deutlich von denen eines Dieselmotors. Das wissen Dr. Christian Fink, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Rostocker Lehrstuhl und der junge Diplom-Ingenieur für Maschinenbau, Sascha Prehn, am besten. Der eine hat über fünf Jahre als Entwicklungsingenieur bei der Deutz AG gearbeitet, der andere schrieb dort seine Diplomarbeit. „Erdgas ist ein spannendes und zukunftsweisendes Thema, da kann man sich gut entfalten“, brennt der 28-jährige Sascha Prehn für das Thema. Beispielsweise sind die thermischen Belastungen der den Brennraum umgebenden Bauteile im Gasbetrieb deutlich höher als im Betrieb mit flüssigem Kraftstoff. Deshalb mussten verschiedene Motorkomponenten an die veränderten Rahmenbedingungen angepasst werden.
„Ganz entscheidend ist die Analyse und Beherrschung des Verbrennungsprozesses im Entwicklungsmotor“, unterstreicht der junge Forscher, der sehr stolz ist, dass der gasbetriebene Motor unter seinem Mitwirken erfolgreich in Betrieb genommen werden konnte. Dr. Fink hält fest: „Es ist ein großer Erfolg, dass der Motor nach der intensiven Konzeptfindung zusammen mit dem Projektpartner nun auf dem Prüfstand der Uni Rostock läuft.“ Die Herausforderung heißt jetzt: Reduktion der Emissionswerte! Auch für den landwirtschaftlichen Bereich müssen immer strengere Emissionsvorschriften, ähnlich derer bei Pkw- und Lkw-Motoren, eingehalten werden.
„Motoren im Erdgas- und Biomethanbetrieb werden auch in der Landwirtschaft stark an Bedeutung gewinnen“, prognostiziert Prof. Harndorf. Mehr Leistung, mehr Wirkungsgrad und weniger Emissionen, so will der Motorenexperte entsprechende Motorkonzepte auf den Weg bringen. Dabei weiß er auch, dass es noch Risiken gibt, beispielsweise, wie der Kraftstoff mit hinreichender Energiedichte gespeichert werden kann und wie das Problem mit dem aufwendigen Betanken und der trotz eines größeren Tankvolumens geringeren Reichweite zu lösen ist.
Schwierig stellen sich auch die schwankenden Eigenschaften des eingesetzten Gases dar. Im Falle des regenerativ erzeugten Biogases ist deshalb seitens des Produzenten eine aufwändige Veredelung zu Biomethan erforderlich. Ein großer Vorteil ist die Möglichkeit der Einspeisung des Biomethans in das bestehende Erdgasnetz, wodurch eine große Marktdurchdringung des regenerativ erzeugten Energieträgers erreicht werden kann.
„In der Landwirtschaft ist die Motivation groß, Kraftstoff aus Biomasse zu gewinnen und einzusetzen“, weiß Harndorf. Für ihn eine Herausforderung zum Forschen auf dem Sektor Gasmotoren. Immerhin bietet die motorische Verbrennung von Erdgas bzw. Biomethan ein erhebliches Potenzial zur signifikanten Reduktion von Treibhausgasen. Wegen des günstigen Verhältnisses von Kohlenstoff zu Wasserstoff (1/4) bei Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas und Biomethan, kann durch den Einsatz dieses interessanten, weil zukunftsweisenden Kraftstoffes gegenüber Diesel und Benzin eine Einsparung der CO2-Emission von rund 25 Prozent erzielt werden.
An der Fakultät haben die Rostocker Wissenschaftler indes ihre besonderen Erfahrungen mit den speziellen Anforderungen auf den Gebieten inner- und außermotorische Emissionsreduzierung sowie alternativer Kraftstoffe weiter ausgebaut. „Wir sind mit Zukunftsthemen unterwegs und möchten unsere Kernkompetenzen kontinuierlich ausweiten“, gibt Prof. Harndorf die Richtung vor.
(Universität Rostock, 22.04.2013 – KSA)
