Synthetische Kraftstoffe
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Der Schwerpunkt der TME Forschungsaktivitäten ist auf die Anpassung und Optimierung der Brennverfahren vor dem Hintergrund spezieller kraftstoffspezifischer Eigenschaften gerichtet. Großes Zukunftspotential birgt insbesondere ein integrierter Optimierungsprozess von Kraftstoff und Motor.
Neben Entwicklungen von Ottomotoren für den Betrieb mit Alkoholkraftstoffen wie Methanol und Ethanol wird insbesondere auch der Einsatz von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren untersucht. Beides erlaubt erhebliche Verbesserungen von Wirkungsgrad und Emissionen, sowie die Defossilisierung des Kraftstoffes. Des Weiteren werden Vorkammerkonzepte für Ottomotoren sowohl mit konventionellen als auch synthetischen Kraftstoffen untersucht. MTG (Methanol to Gasoline) und Fischer-Tropsch-Kraftstoffe können als Drop-in Kraftstoffe verwendet werden und sind daher auch aktuell Gegenstand der Forschung.
Dieselbrennverfahren für den Einsatz von alternativen Kraftstoffen sind ebenfalls Gegenstand der aktuellen Forschung. Jüngste Beispiele sind die Verfahrensabstimmung auf unterschiedliche Biokraftstoffe, synthetische Kraftstoffe aus Biomasse (BTL – Biomass to Liquid), sowie strombasierte synthetische Kraftstoffe (E-Fuels, PTL – Power to Liquid). 1-Oktanol und eine Methylketonmischung konnten für eine dieselmotorische Verbrennung Rußemissionen senken, ohne Nachteile im Wirkungsgrad, den Stickoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen, und Geräuschemissionen in Kauf nehmen zu müssen. Unter Verwendung von Dimethylether (DME) und Polyoxmethylendimethylether (OME), welche durch BTL oder PTL Prozesse synthetisiert werden können, konnte eine nahezu rußfreie Verbrennung dargestellt und der Ruß-NOx-Konflikt somit aufgelöst werden.
Auf Basis einer geeigneten Verfahrensauslegung lassen sich für die Brennverfahren Vorteile in Hinblick auf Wirkungsgrad und Emission erzielen. Folglich können gezielt Anforderungen an synthetische Kraftstoffe gestellt werden, sodass der Kraftstoff auf den Motor hin entwickelt werden kann.
Im Exzellenzcluster Das Fuel Science Center - Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquellen (FSC) an der RWTH Aachen University wird in diesem Zusammenhang die Molekülstruktur des Kraftstoffes als Freiheitsgrad für eine optimierte nachhaltige Herstellung aus regenerativen Ressourcen und Ausnutzung des thermodynamischen Potentials von Verbrennungsmotoren betrachtet.
Mit den im FSC entwickelten fortschrittlichen Brennverfahren konnten indizierte Wirkungsgrade über 48% an PKW-Einzylindermotoren aufgezeigt werden. Maßgeschneiderte synthetische Kraftstoffe ermöglichen darüber hinaus auch in konventionellen Otto- und Dieselbrennverfahren deutlich verbesserte Wirkungsgrade und Emissionen gegenüber konventionellen fossilen Kraftstoffen.