Dual-Fuel-Brennverfahren erlaubt Betrieb von Dieselmotoren mit 70 Prozent Bio-Ethanol Neuer Dieselmotor fährt mit Hochprozentigem - scinexx | Das Wissensmagazin
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Dual-Fuel-Brennverfahren erlaubt Betrieb von Dieselmotoren mit 70 Prozent Bio-Ethanol

Neuer Dieselmotor fährt mit Hochprozentigem

Dieser Dieselmotor läuft mit bis zu 70 Prozent Bio-Ethanol. © TU Wien

Neuer Weg zu sauberen Diesel-Fahrzeugen? Forscher haben einen Dieselmotor entwickelt, der 70 Prozent Ethanol als Kraftstoff nutzen kann. Ein spezielles Dual-Fuel-Brennverfahren sorgt dafür, dass der Diesel nur noch zur Zündung benötigt wird. Wie erste Tests belegen, führt dies zu einer Verringerung der CO2-Emissionen von bis zu 39 Prozent und zu rund 90 Prozent weniger Emissionen von Ruß und Feinstaub. Gerade für Diesel-Busse und andere Nutzfahrzeuge könnte das eine Alternative sein, so die Forscher.

Der Diesel ist in Verruf geraten. Seit dem Abgas-Skandal ist klar, dass Dieselfahrzeuge dank Abschaltautomatik und unzureichender Abgasreinigung deutlich mehr Stickoxide und Feinstaub ausstoßen als erlaubt und angegeben. Als Folge werden in vielen deutschen Städten die EU-Grenzwerte für Stickoxide ständig überschritten – vielerorts drohen inzwischen Fahrverbote.

Ethanol statt fossilem Kraftstoff?

Bei vielen PKW könnte nach Ansicht des ADAC und vieler Umweltverbände eine Hardware-Nachrüstung helfen, doch die Autohersteller sperren sich dagegen. Hinzu kommt: „In vielen Einsatzbereichen kann man mittel- bis langfristig nicht auf Diesel-Motoren verzichten, denken wir etwa an den LKW-Verkehr, oder an Traktoren“, sagt Bernhard Geringer von der Technischen Universität Wien. „Dort hat die Elektromobilität ihre Grenzen.“

Deshalb haben die Wiener Forscher nun eine andere Lösung entwickelt: einen Dieselmotor, der mit bis zu 70 Prozent Bio-Ethanol betrieben werden kann. „In manchen Ländern ist es schon lange üblich, dem Benzin größere Mengen von Ethanol beizumengen“, erklärt Geringer. „In Dieselmotoren war das bisher aber nur in minimalem Ausmaß möglich.“ Denn würde man den Alkohol einfach in den Diesel-Tank mischen, käme es zu Problemen mit der Zündung.

Zwei Kraftstoffe gleichzeitig

Dieses Problem haben die Wissenschaftler mit einem speziellen Dual-Fuel-Brennverfahren gelöst. Bei diesem läuft der Motor mit zwei Kraftstoffen gleichzeitig. „Gezündet wird wie bei gewöhnlichen Dieselmotoren durch einen direkteingespritzten Dieselstrahl“, erklärt Geringer. „Zusätzlich wird bei unserem Modell zur Ansaugluft noch vor dem Motor der alkoholische Kraftstoff beigemischt. Er wird dann von der Diesel-Zündung mitgezündet.“ Erstmals wird dadurch der Betrieb von Dieselmotoren mit einem hohen Bio-Ethanol-Anteil im Kraftstoff möglich.

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Die Ergebnisse der Motorentests und Abgasmessungen © TU Wien

Wie effektiv und leistungsfähig ein Dieselmotor mit diesem Brennverfahren ist, haben die Forscher auf dem Motoren-Prüfstand der TU Wien getestet. Dabei erhöhten sie sukzessive den Ethanolanteil und prüften dem Wirkungsgrad und die Emissionen bei unterschiedlich hoher Belastung im Drehzahlbereich von 1.500 bis 3.000 Umdrehungen pro Minute.

Höhere Effizienz, weniger Emissionen

Das Ergebnis: Bis zu 70 Prozent des Diesel-Kraftstoffs konnte durch Bio-Ethanol ersetzt werden, ohne dass es zu Leistungsabfällen oder Motorproblemen kam. Die Kraftstoff-Kombination verringerte nicht nur die Emissionen, sie steigerte auch den Wirkungsgrad des Motors. „Wir haben eine Effizienzsteigerung von bis zu 6,1 Prozent gemessen, alleine dadurch verbessert sich bereits die Umweltbilanz des Motors“, sagt Aleksandar Damyanov von der TU Wien.

Die Abgasmessungen ergaben, dass der Bio-Ethanolzusatz die Feinstaub- und Ruß-Emissionen um bis zu 99 Prozent verringerte. „Zusätzlich muss man natürlich miteinbeziehen, dass Bio-Ethanol eine sehr gute CO2-Bilanz hat, weil es aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird. Wenn man das mitberücksichtigt, kommt man auf eine Gesamtminderung der CO2-Emissionen von bis zu 39 Prozent“, sagt Damyanov .

„Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass Bio-Ethanol erfolgreich als Ersatzkraftstoff in einem Dual-Fuel-Dieselmotor eingesetzt werden kann und dass dieses Konzept der Umwelt erhebliche Vorteile bringt“, sagt Geringer. „Mit unserer Dual-Fuel-Technologie könnte man gerade im LKW-Verkehr oder bei Traktoren hervorragend die Nachhaltigkeit und das Emissionsverhalten deutlich verbessern.“

(Technische Universität Wien, 10.10.2018 – NPO)

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