Für den Verkehr sollen auf Grundlage von Strom aus erneuerbaren Energiequellen emissionsarme Kraftstoffe als Ersatz für Diesel hergestellt werden.

Im Vorhaben E2Fuels werden strombasierte, erneuerbare Kraftstoffe ganzheitlich betrachtet. Im Fokus stehen die optimierte Erzeugung, die Anpassung von Motoren und die Demonstration. Untersucht werden soll die Herstellung von Wasserstoff, Erdgas/Methanol und Oxymethylenether (OME) für die energetische Nutzung in verschiedenen Verkehrsbereichen – Pkw, Lkw und Schiff – und auch in stationären Großmotoren. Geplant sind Tests an Versuchsständen zum Brennverfahren für OME, computergestützte Entwicklung der Brennverfahren sowie Praxistests in Pkw/Lkw und Großmotoren.

Power-to-Fuel: Strom- und Verkehrssektor koppeln

Zentral im Forschungsvorhaben ist auch die Analyse der Systemdienlichkeit von Power-to-Fuel-Anlagen: Hier werden aus Strom, insbesondere aus schwankend eingespeistem erneuerbarem Strom, über sogenannte Brücken-Chemikalien Kraftstoffe gewonnen und so der Strom- mit dem Verkehrssektor gekoppelt.

Dieser sektorübergreifende Ansatz spiegelt sich in der Modulstruktur des Vorhabens wider. Die Ergebnisse der jeweiligen Module werden an die anderen Module weitergereicht. So lassen sich Ergebnisse aus den jeweiligen Einzelsektoren in die korrespondierenden Bereiche vermitteln.

In Modul 1 beschäftigten sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der Herstellung alternativer, strombasierter Kraftstoffe und der Einbindung der neuen Technologien in die Energiewirtschaft. Zentrale Fragen: Wie kann die Effizienz von PtX-Anlagen gesteigert und die Kosten reduziert werden? Wie kann die Systemintegration von Elektrolyse und nachgeschalteter Synthese optimiert werden? Wie kann die Flexibilität des Gesamtsystems gesteigert werden?

In Modul 2 bringen die Forschenden die in Modul 1 betrachteten alternativen Kraftstoffe zur Anwendung. Insbesondere wurde die Nutzung von OME als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren in der Pkw- und Lkw-Anwendung untersucht.

In Modul 3 und 4 wurden ein defossilisiert betriebener Marinemotor demonstriert, eine Methan-Abgasnachbehandlung aufgebaut und der Einsatz von Methan-Wasserstoffmischungen im Kraftwerksbereich sowie Methanol als Schiffsbrennstoff am Motor und Möglichkeit einer Bunkerinfrastruktur hierfür untersucht. Die beteiligten Fachleute erarbeiteten außerdem Lastprofile und Tools für die analytische Bewertung von Hybridsystemen im Marinebereich.

Strombasierte Kraftstoffe im Test: Erste Zwischenergebnisse

Als ein erstes Resultat des Modul 1 wurde beispielsweise ein CO₂-Potenzialatlas für Deutschland erstellt, um geeignete Standorte und Quellen für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe zu identifizieren. Ein weiterer Schwerpunkt war die Entwicklung einer neuartigen, intensivierten CO₂-Methanolsynthese.

In Modul 2 konnte außerdem erfolgreich ein Gegenstrombrenner für Experimente mit OME Kraftstoff adaptiert werden. Dabei wurde das Zündverhalten verschiedener OME Reinstoffe sowie eines OME-Gemischs in unterschiedlichen Mischverhältnissen untersucht.

Im Rahmen von Modul 3 wurde ein Versuchsmotor für eine optimale Nutzung unterschiedlicher Wasserstoff-Erdgas-Mischungen optimiert und mit Hilfe von Prozesssimulationen Regelstrategien abgeleitet.

Bei den Motorversuchen in Modul 4 erlangten die Fachleute Erkenntnisse über einen vorteilhaften Einfluss der OME-Piloteinspritzung auf den Verbrennungsprozess. Vor allem im Teillastbereich wurde eine zum Teil erhebliche Wirkungsgradsteigerung beobachtet, die Stickoxid-neutral bei gleichzeitig deutlich verminderten Methanschlupf die Treibhausgasemissionen weiter vermindert. Eine Kombination mit einer optimierten Piloteinspritzdüse bei angepasster Piloteinspritzstrategie führte darüber hinaus sogar zu einer weiteren Verbesserung.

Das Vorhaben wird aus Mitteln des Energieforschungsprogramms der Bundesregierung und des Programms „Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz kofinanziert.

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