Synthetische Kraftstoffe gegen Klimawandel und für die Reinhaltung der Umwelt

Autoren

Dr. E. Jacob, Emissionskonzepte Motoren, Bodman-Ludwigshafen; 
I. Bogatykh, T. Goral, Dr.-Ing. P. Seidenspinner, Dr. T. Wilharm, ASG Analytik-Service GmbH, Neusäß;
A. Peter MSc, Dr. H. Scherer, Prof. Dr. I. Krossing, Universität Freiburg

Jahr

2020

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 813

Zusammenfassung

Die Nutzung fossiler Kraftstoffe setzt außer CO₂ weitere Umweltschadstoffe frei. Mit synthetischen Kraftstoffen, die mittels nachhaltigem Strom und CO₂ hergestellt wer-den, sogenannte E-Fuels, kann man Klimaschutz mit der Reinhaltung der Umwelt verbinden. Optimierte E-Fuels verbrennen ohne die Bildung von PN₂₃-Rußpartikel, sind flüssig und für die vorhandene Infrastruktur geeignet. Für Diesel- bzw. Ottomotoren haben sich hierfür die aus Methanol herstellbaren Kraftstoffe OME_3-5 und DMC+ (Mischung von Dimethylcarbonat, DMC und Methylformiat, MF) als die beste Wahl erwiesen. Methanol kann an sonnenreichen Standorten mit Stromkosten unter 2 €c/kWh produziert werden, fungiert als Energiespeicher und ist global leicht trans-portierbar. Diese E-Fuels der 2. Generation ermöglichen eine signifikante Reduktion der Systemkomplexität des Motors und der Abgasnachbehandlung. Transport und Lagerung der Kraftstoffe werden sicherer. Da sobald nicht mit einem Ersatz der fossilen Kraftstoffe gerechnet wird, wird untersucht, ob schon Kraftstoffzusätze mit OME_3-5, DMC und MF Vorteile für Umwelt und Klima erbringen können.
OME_3-5 sind sehr zündfähige und leicht verdampfbare Dieselkraftstoffe (Cetanzahl ≥70), die hohe AGR-Raten bei niedrigen Abgasemissionen ermöglichen. Der hohe Flammpunkt (≥60 °C) sorgt für Sicherheit. Zur Analytik von Fremdstoffen in OME_3-5 wurden neue Verfahren entwickelt. Der Formaldehydgehalt kann auf <2 mg/kg abge-senkt werden (blue grade OME^®). Zur marktgerechten Einführung von OME_3-5 wird die Norm DIN SPEC 51699 erstellt. Die Mischung von Paraffindiesel (E-Fuel der 1. Gene-ration) mit OME_3-5 erfordert Maßnahmen gegen Phasentrennung in der Kälte. Es wird ein Separationspunkt (SP) als Kennwert für die Entmischungstemperatur eingeführt. Die SP von HVO/OME 80/20 und 90/10 % (v/v)-Mischungen liegen bei 11 und -8 °C. Eine größere Anzahl von Lösevermittlern wurde auf ihre Wirksamkeit geprüft. Der bisher niedrigste SP von HVO/OME 80/20 wurde mit -6 °C und der von 90/10 % (v/v)-Mischungen mit -21 °C durch Zusatz von 5 % 2-Ethylhexanol gefunden.
Bei den Ottokraftstoffen erlaubt die hohe Klopffestigkeit von DMC+ ein Downsizing des Motors mit signifikant höheren Wirkungsgraden. Blends mit DMC und MF sind nur auf Basis von paraffinreichem Leichtbenzin mit Siedeende 180 °C sinnvoll. Die Stabilisierung von Benzin-MF-Mischungen durch Additivierung wird aufgezeigt.