Forschung an CO2-neutralen Kraftstoffen der Zukunft

High-Performance-Fuels auf Methanol-Basis geplant

Prüfstand zur Untersuchung innerer Ablagerungen an Dieselinjektoren. (oto: OWI

16. Januar 2019 – Um seine Klimaziele zu erreichen, muss Deutschland bis zum Jahr 2030 seine gesamten CO2-Emissionen im Vergleich zu 1990 um 38 % verringern. Ein Maßnahmenpaket zur Zielerreichung soll die Steigerung des Anteils erneuerbarer Energieträger an der Energieversorgung sein. Die Zeit drängt, daher sind effiziente, ökonomisch sinnvolle und praktikable Lösungen gefragt. Optionen für verschiedene klimaneutrale, strombasierte Kraftstoffe soll das nun gestartete Forschungsprojekt „C³-Mobility“ untersuchen. Hergestellt werden sie aus CO2, Wasser und regenerativ erzeugtem Strom. Eine vorab durchgeführte Bewertung ergab, dass für die Herstellung der „Methanolpfad“ gute Voraussetzungen bietet, die oben genannten Anforderungen zu erfüllen. Methanol kann als Basisprodukt mit relativ überschaubarem Aufwand in großen Mengen regenerativ hergestellt und anschließend als flüssiger Energieträger einfach transportiert werden. Das Potenzial der infrage kommenden Technologien, bereits kurzfristig einen signifikanten Beitrag zur Reduktion des CO2-Ausstoßes zu leisten, wird als sehr hoch eingeschätzt und daher in diesem Projekt untersucht.

Ausgangspunkt der Forschung wird die Weiterverarbeitung des Methanols zu neuen regenerativen Kraftstoffen für Benzin- und Dieselmotoren sein. Dazu zählen etwa Methanol-to-Gasoline (Methanol zu Benzin, MtG) sowie mittel- und langkettige Alkohole. Ein Schwerpunkt liegt auf der Erzeugung von hochoktanigem Benzin in einer Pilotanlage. Die Entwicklung neuer Kraftstoffsyntheseverfahren und Verbrennungskonzepte wird durch bereichsübergreifende Forschung zu Materialverträglichkeit, Kraftstoffstabilität, Abgasnachbehandlung und Kraftstoffsensorik begleitet.

Die Fahrzeugtauglichkeit der im Projekt hergestellten neuen Kraftstoffe soll ebenso unter realen Fahrbedingungen überprüft werden. Die Anwendungen erstrecken sich dabei von Benzin- und Dieselmotoren im Pkw-Bereich über leichte Nutzfahrzeuge bis hin zu Schwerlast-Nutzfahrzeugen. Dazu werden die anwendungs- und kraftstoffspezifischen Problemstellungen erforscht und insgesamt 8 Demonstrationsfahrzeuge aufgebaut. Zudem wird die Anwendung des in der Demonstrationsanlage zu Testzwecken hergestellten MtG-Kraftstoffes in einer Pkw-Flotte gezeigt.

Die Projektergebnisse münden in eine ganzheitliche Bewertung aller Optionen. Diese umfasst die Merkmale der Synthesewege, die Motorentechnologie einschließlich Effizienz und Schadstoffemissionen sowie die Übereinstimmung neuer Energieträger mit der heutigen Kraftstoffgesetzgebung und möglichen Kraftstoffmischstrategien. Neben den Herstellungs- und Nutzungspfaden fließen auch Markteinführung und Vertrieb in die Gesamtbewertung ein.

Im Projekt „C³-Mobility“ arbeiten in einem sektorübergreifenden Konsortium 29 Partner aus der Energieversorgung, der verfahrenstechnischen Industrie, der Automobil- bzw. Industriemotorindustrie sowie der Forschung und Entwicklung zusammen. Das OWI Oel-Waerme-Institut und die TEC4FUELS GmbH sind Partner in diesem Konsortium und untersuchen, wie die hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer kraftstoffführender Bauteile von Motoren beim Betrieb mit neuen Kraftstoffen sichergestellt bleibt. Während das OWI Fragen der Kraftstoffalterung und der Interaktion von Kraftstoffen mit dem Motoröl untersucht, konzentriert sich TEC4FUELS auf die Verträglichkeit neuer Kraftstoffe mit den kraftstoffführenden technischen Komponenten und ihren Materialien.

Dieses Forschungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

Über das C³-Mobility-Konsortium

Das Forschungsprojekt C³-Mobility („Closed Carbon Cycle Mobility – Klimaneutrale Kraftstoffe für den Verkehr der Zukunft“) fokussiert sich auf der Entwicklung von Produktionstechnologien zur Herstellung erneuerbarer Kraftstoffe und Praxistests im Transportsektor. Das Konsortium besteht aus 29 Partnern aus Industrie, Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen.

FEV Europe GmbH
Opel Automobile GmbH
Ford-Werke GmbH
Daimler AG
Volkswagen AG
BMW Group
Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH
Liebherr-Components Deggendorf GmbH
Continental Automotive GmbH
Continental Mechanical Components Germany GmbH
Denso Automotive Deutschland GmbH
AVL Deutschland GmbH
AVL qpunkt GmbH
innogy SE
Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH
Shell Global Solutions
Umicore AG & Co. KG
Deutz AG
Grillo Werke AG
TEC4FUELS GmbH
Weissgerber Engineering
Oel-Waerme-Institut gGmbH
Forschungszentrum Jülich GmbH
Fraunhofer ISE
TU Darmstadt
TU Freiberg
TU Dresden
FH Aachen
RWTH Aachen University

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High-performance fuels based on methanol

Prüfstand zur Untersuchung möglicher Wechselwirkungen zwischen neuen Kraftstoffen und kraftstoffführenden Bauteilen von Fahrzeugen. Foto: OWI

16 January 2019 – To achieve its climate targets, Germany has to reduce its total CO2 emissions by 38% by 2030 compared to 1990 levels. One measure to achieve the targets is to increase the share of renewable energy sources in the energy supply. Time is crucial, therefore efficient, economically sensible and practicable solutions are required. The „CÂ³-Mobility“ research project, which has recently started, is to investigate pathways for various climate-neutral, electricity-based fuels. They are produced from CO2, water and renewable electricity. An evaluation carried out in advance showed that the „methanol path“ offers good conditions for meeting the above-mentioned requirements. Renewable methanol can be produced in large quantities at relatively manageable efforts and then easily transported as a liquid energy source. The goal of the technologies in question is to make a significant contribution to the reduction of CO2 emissions in the short term is estimated to be very high and is therefore being investigated in this project.

The starting point for the research will be the further processing of methanol into new renewable fuels for gasoline and diesel engines. These include methanol-to-gasoline (methanol to petrol) (MtG) and medium- and long-chain alcohols. One focus is on the production of high-octane gasoline in a pilot plant. The development of new fuel synthesis processes and combustion concepts is supported by interdisciplinary research on material compatibility, fuel stability, exhaust aftertreatment and fuel sensor technology.

The vehicle suitability of the new fuels produced in the project will also be tested under real driving conditions. Applications range from gasoline and diesel engines in passenger cars to light commercial vehicles and heavy-duty commercial vehicles. To this end, application- and fuel-specific problems will be assessed and a total of 8 demonstration vehicles will be built. In addition, the MtG fuel produced in the demonstration plant will be demonstrated in a car fleet.

The project results lead to a holistic evaluation of all options. This includes the characteristics of the synthesis pathways, the engine technology including efficiency and pollutant emissions as well as the compliance of new energy sources with today’s fuel legislation and possible fuel mixing strategies. In addition to the manufacturing and usage paths, market introduction and sales are also included in the overall assessment.

In the „CÂ³-Mobility“ project, 29 partners from the energy supply, process engineering, automotive and industrial engine industries as well as research and development work together in a cross-sector consortium. The OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH and TEC4FUELS GmbH are partners in this consortium and are investigating how the high operational reliability and service life time of fuel-carrying engine components can be ensured when operating with these new fuels. While the OWI investigates the fuel ageing and the interaction of fuels with engine oil, TEC4FUELS concentrates on the compatibility of new fuels with the fuel-carrying technical components and their materials.

This research project is funded by the Federal Ministry of Economics and Energy. The author is responsible for the content of this publication.

About the CÂ³-Mobility-Consortium

The research project CÂ³-Mobility („Closed Carbon Cycle Mobility“) focuses on the development of production technologies for the production of renewable fuels and practical tests in the transport sector. The consortium consists of 29 partners from industry, universities and non-university research institutions.