Die Sicht der Motorenentwicklung zum Einsatz von Ethanol, RME und Pflanzenölen

Transkript

1 Die Sicht der Motorenentwicklung zum Einsatz von Ethanol, RME und Pflanzenölen Dipl.-Ing. Bernhard Fritsch WTZ Roßlau ggmbh 4. Landtechnische Vortragstagung am in Bernburg

2 Einführung Eigenschaften der alternativen Kraftstoffe Motorische Eignung der Kraftstoffe Schwerpunkte bei der Motorenanpassung Zusammenfassung Inhalt

3 Einführung Eigenschaften der alternativen Kraftstoffe Motorische Eignung der Kraftstoffe Schwerpunkte bei der Motorenanpassung Zusammenfassung Einführung

4 unabhängige, gemeinnützige Forschungseinrichtung Forschung hauptsächlich auf den Gebieten der (Groß)Dieselmotoren, der Gasmotoren und der alternativen Kraftstoffe (RME, Pflanzenöle, le, Ethanol,...) Konstruktion und Musterbau (Komponentenentwicklung z.b. für Motoren für alternative Kraftstoffe) akkreditierte Prüflabore Motorenprüfstände aller Größen u.a. mit Einzylinder- Forschungsmotoren (Prüfläufe u.a. mit alternativen Kraftstoffen) Schall- und Schadstoffemissionsmessung Werkstofflabor und Labor für dynamische Bauteilprüfung (Einschätzung von Schäden sowie Reibung und Verschleiß) Dienstleistungen: F&E, Prüfung, (Schadens)Begutachtung, Einzelfertigung, Motorenumrüstung WTZ Roßlau ggmbh

5 Weltwirtschaft Global ansteigende Rohölpreise Lagerung der größten fossilen Reserven in politisch instabilen Regionen Produktion von billigem Pflanzenöl in klimatisch und lohnpolitisch begünstigten Ländern ökologische Vision und Notwendigkeit zukünftig größtmögliche Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern, aber auch von Alternativen, wie der Atomkraft dezentrale Energieerzeugung und KWK-Kopplung gewinnorientierte Unternehmenspolitik landwirtschaftlicher Produzent mit vermarktungsfähigem Endprodukt Kleinunternehmer als Energieerzeuger Kfz-,, Motoren- und Anlagen- hersteller und -umrüster Forschungsdienstleister Finanzdienstleister staatliche Reglementierung Befreiung von der Mineralölsteuer staatliche Förderung nach dem EEG Vorgaben durch EU Motivation hinsichtlich Produktion und Einsatz alternativer Kraftstoffe

6 EU: bis 2010 im Verkehr 5.75 % regenerativ erzeugte Kraftstoffe Kyoto: bis 2012 Emissions-Reduktion um 5,2% unterhalb Stand 1990 Anpassung der EN 590 (DK) und EN 228 (OK) für 5% Biokraftstoff- Zumischung (Option: weitere Erhöhung) Einführung der EN für FAME und der DIN V für Rapsölkraftstoff ab 2008 Mineralölsteuer auf RME (Biodiesel) und Pflanzenöl im Verkehr (Sonderstellung Landwirtschaft, Agrardieselvergütung) Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) hat Vergütungszeiträume von 20 Jahren Leitlinie der Gesetzgeber für die Motorenentwicklung

7 Einsatzprognose Mobil reines RME (vermutlich Tankstellenauflösung) Pflanzenöl (bleibt Nischenanwendung, unklar für Landwirtschaft) Ethanol (bleibt in Deutschland erst einmal unbedeutend) Biokraftstoffzumischung (Hauptaktionsfeld) Einsatzprognose Stationär kein RME-Einsatz Ethanol wird Nischenanwendung Einsatz von Pflanzenölen unterschiedlicher Herkunft (nach EEG) ökologisch sinnvoll finanziell sinnvoll technisch/energetisch sinnvoll Signal an die Motorenentwickler

8 Einführung Eigenschaften der alternativen Kraftstoffe Motorische Eignung der Kraftstoffe Schwerpunkte bei der Motorenanpassung Zusammenfassung Eigenschaften der alternativen Kraftstoffe

9 Einheit Ethanol RME Pflanzenöl DK Norm EN DIN V EN 590 Flammpunkt C (12) > 120 > 220 > 55 Oxidationsstabilität bei 110 C h > 6 > 6 Wassergehalt % (m/m) (löslich) < 0,05 < 0,075 < 0,020 Säurezahl mg KOH/g < 0,5 < 2 Fließfähigkeitsgrenze C -114 CFPP CFPP Gesamtverschmutzung mg/kg < 24 < 24 < 24 Phosphorgehalt mg/kg < 10 < 12 Iodzahl (Jodzahl) g J/100g < Dichte bei 15 C kg/m³ kinematische Viskosität bei 40 C mm²/s ca. 1 3, < ,5 unterer Heizwert, massebez. MJ/kg (26,8) (37,1) >36 (42,5) unterer Heizwert, volumenbez. MJ/l (20,1) (32,6) (34,5) (35,4) stöchiom. Luft/Kraftstoffverhältnis kg/kg (8,94) (12,4) (14,6) Siedebereich 78,3 ( ( ( C 340)... Zersetzung) 360) Zündwilligkeit (Cetanzahl) - (8) > 51 (56) > 39 (... 90) > 51 (... 54) Koksrückstand %(m/m) < 0,3 < 0,4 < 0,3 (v. 10% D.R.) (v. 10% D.R.) Aschegehalt % (m/m) < 0,02 < 0,01 < 0,01 Normwerte (Realwerte) Gegenüberstellung wesentlicher Eigenschaften

10 WTZ-Kraftstoffdatenbank mit Auswertemodul

11 RME Ethanol kin. Viskosität [mm²/s] DK Rapsöl Druck kin. Viskosität [mm²/s] DK bei 40 C lt. EN 590 in der Regel notwendig Dieselkraftstoff Rapsöl Temperatur [ C] Temperatur [ C] Notwendigkeiten: Vorheizung bzw. Kühlung des Kraftstoffes vor der Einspritzung Anpassung von Kraftstoff- und Einspritzsystem an verändertes Volumen sowie Korrosions- und Verschleißverhalten Viskositätsverhalten

12 Einführung Eigenschaften der alternativen Kraftstoffe Motorische Eignung der Kraftstoffe Schwerpunkte bei der Motorenanpassung Zusammenfassung Motorische Eignung der Kraftstoffe

13 Motoren äußere Verbrennung innere Verbrennung -Verbrennungsmotoren- Dampfmaschine Turbine Ottomotor Dieselmotor Stirlingmotor Zwischenbauformen Einteilung der Motoren

14 Ansaugluft drosseln Zumischen von Benzinnebel Ansaugen und Verdichten im Zylinder Zünden mit Zündkerze geringe Selbstzündungsneigung Eignung für: Ethanol Der Ottomotor

15 Ansaugluft NICHT gedrosselt Ansaugen und Verdichten im Zylinder Zünden durch Kraftstoffeinspritzung hohe Selbstzündungsneigung Eignung für: RME, Pflanzenöl Der Dieselmotor

16 Einführung Eigenschaften der alternativen Kraftstoffe Motorische Eignung der Kraftstoffe Schwerpunkte bei der Motorenanpassung Zusammenfassung Schwerpunkte bei der Motorenanpassung

17 Sicherheit: explosiv, verbrennt unsichtbar, Umweltschäden gut beseitigbar Anwendung im Ottomotor: höherer Wirkungsgrad möglich, geringe Emissionen Anwendung im Dieselmotor: starke Emissionssenkung bei CO und HC sowie fast kein Ruß, aber Anpassung des Brennverfahrens notwendig verstärkte Korrosions- und Verschleißprobleme Probleme bei Mischungen mit anderen Kraftstoffen im PKW-Sektor etabliert (Brasilien,...) bei BHKW-Betreibern deutliches Interesse Ethanolmotor

18 Zylinderkopf E1 A2 Glühkerze mit Abschirmhülse Kolben Laufbuchse Ethanol-Versuche am WTZ

19 Sicherheit: gegenüber DK bei Austritt geringere Umweltschäden grundsätzlich identisch wie DK im Dieselmotor einsetzbar geringerer Heizwert motorisch wenig spürbar Lösungsmitteleigenschaften: Angriff von Dichtungsmaterialien und Abspülen von Verunreinigungen - Anpassung des Kraftstoffsystems notwendig Bei Anpassung des Dieselmotors: ähnliches Emissionsverhalten problematischer bei Wechselbetankung und sporadischem Betrieb im Verkehrs-Sektor etabliert, in modernen Motoren problemarm vermutlich Verdrängung infolge Mineralölsteuer und Zumischungspflicht RME im Dieselmotor

20 Motorenkonstruktion: nahezu alle Pkw-, Lkw-Motoren und schnelllaufenden Motoren sind für Otto- oder Dieselkraftstoff konstruiert mittelschnelllaufende, großvolumige Dieselmotoren ab ca. 100 kw Zylinderleistung können schweröltauglich sein Dieselmotoren-Typen: Vor- und Wirbelkammermotoren: mögliche Eignung direkt einspritzende Motoren: bedingt geeignet spezielle Pflanzenölmotoren: geeignet Motorentechnik und Pflanzenöleignung

21 Sicherheit: hoher Flammpunkt, bei Austritt geringere Umweltschäden grundsätzlich identisch wie DK im Dieselmotor einsetzbar, aber motorische Anpassung unbedingt notwendig geringerer Heizwert motorisch spürbar Einhaltung der Grenzwerte für die Pflanzenöl-Eigenschaften notwendig korrosiver Angriff von Dichtungsmaterialien und Motorwerkstoffen möglich Bei Anpassung des Dieselmotors: ähnliches Emissionsverhalten problematisch bei Wechselbetankung und sporadischem Betrieb im Verkehrs- und BHKW-Sektor mit Problemen etabliert vermutlich Verdrängung im Verkehrssektor infolge Mineralölsteuer Pflanzenöl im Dieselmotor

22 DownSizing HCCI: Selbstzündung Höchste Einspritzdrücke mit Common Rail stärkere Abgasnachbehandlung notwendig (S- Gehalt < 10 ppm) lange Wartungsintervalle Abfangen möglicher Fehlbedienung Zukunft der Dieselmotorentechnik

23 Einführung Eigenschaften der alternativen Kraftstoffe Motorische Eignung der Kraftstoffe Schwerpunkte bei der Motorenanpassung Zusammenfassung Zusammenfassung

24 ökologischer Vorteil: Resourcenschonung und Umweltverträglichkeit streng auf die Einhaltung der Normen achten (DIN V 51605, EN 14214) keine adäquate Eigenschaften und damit auch keine motorische Nutzbarkeit wie Dieselkraftstoff: Anpassungen sind notwendig Teillast- und Kurzzeitbetrieb vermeiden strenge Einhaltung der Wartungsintervalle Verkehrssektor: Verdrängung mit EEG: BHKW-Betrieb kann sich lohnen! Zusammenfassung

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit