Alternative Antriebe

Dimethylether als neuer Lkw-Treibstoff

DME lässt sich aus Methanol mithilfe von erneuerbaren Energien herstellen. In der Schweiz wird der Kraftstoff jetzt näher untersucht.

Viele Nutzfahrzeug-Hersteller und -Betreiber ziehen alternative Antriebe in Betracht, um die Umweltverträglichkeit ihrer Flotte zu verbessern. Für Nutzfahrzeuge im Langstreckenbetrieb eignen sich Elektroantriebe jedoch kaum: Die Batterien wären zu schwer, die Ladezeiten zu lang und die erforderlichen Ladeleistungen zu hoch für einen konkurrenzfähigen Einsatz.

Versuche mit Wasserstoff und synthetischem Erdgas

Wasserstoff könnte dieses Problem lösen: Ab September 2020 rollen in der Schweiz die ersten Brennstoffzellen-Lastwagen von Hyundai im kommerziellen Versuchsbetrieb. Auch synthetisches Erdgas aus überschüssigem Ökostrom wird erforscht: Am Mobilitätsdemonstrator move der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) werden ab 2021 die ersten Erdgas-Lastwagen damit betankt.

Doch es gibt noch eine weitere Alternative, der sich für Langstreckentransporte eignen würde und eine genauere Betrachtung verdient: Dimethylether.

Günstige Infrastruktur, saubere Verbrennung

Die Chemikalie Dimethylether (DME) wird im Massstab von mehreren zehntausend Tonnen jährlich hergestellt. Der Stoff steckt als Treibgas in Spraydosen und ist Bestandteil von Kältemitteln in Kühlanlagen. Daneben ist DME als Zwischenprodukt in der chemischen Industrie weit verbreitet. Sein Vorteil: Es lässt sich kostengünstig und fast verlustfrei aus Methanol herstellen. Die Basis dafür bilden Wasserstoff und CO₂. Falls der eingesetzte Wasserstoff mit Strom aus Solar- und Windenergie erzeugt und das CO₂ aus der Atmosphäre entzogen wird, liessen sich Lastwagen praktisch ohne Emissionen von Treibhausgasen bewegen.

Ähnliche Eigenschaften wie Flüssiggas

Ein weiterer Vorteil: DME hat ähnliche Eigenschaften wie Flüssiggas. Es kann – anders als Wasserstoff – in günstigen Tanks unter geringem Druck in flüssiger Form befördert und aufbewahrt werden; auch die Technik für Tankanlagen ist kostengünstig, weltweit bekannt und bereits jahrzehntelang im Einsatz. Weil im Dimethylether Sauerstoff chemisch gebunden ist, verbrennt der Stoff noch dazu besonders sauber und mit geringer Russbildung.

Erprobung in einem modifizierten Lastwagenmotor

Schon in der Vergangenheit gab es Versuche mit Dimethylether als Treibstoff: Volvo Trucks führt seit 2013 in Schweden und in den USA Praxisversuche mit Experimental-Lastwagen durch, die mit DME betrieben werden. In Deutschland läuft seit 2016 ein Forschungsprojekt, koordiniert vom Ford Research and Innovation Center Aachen. Der Motor wurde bereits in einen Ford Mondeo eingebaut und erprobt.

Nun wird die Empa, gemeinsam mit der FPT Motorenforschung AG Arbon, dem Politechnico di Milano, dem Schmierstoffhersteller Motorex und weiteren Partnern auf den bisher gewonnenen Erkenntnissen aufbauen. In einem Prüfstand der Empa-Abteilung Fahrzeugantriebssysteme ist seit Anfang Juli 2020 der Versuchsmotor in Betrieb, der fundierte Daten zu Brennverfahren, Effizienz und Umweltfreundlichkeit von DME im Nutzfahrzeugsektor liefern soll. „Wir kennen diesen Motor schon sehr gut“, sagt Projektleiter Patrik Soltic. „Der Motorblock stammt von einem Cursor 11-Nutzfahrzeugmotor des Herstellers FPT Industrial und dient uns bereits seit fünf Jahren für diverse Forschungsprojekte. In den vergangenen Monaten haben wir ihn zusammen mit unserem Partner FPT auf DME umgerüstet.“

Das war nicht ganz einfach: Das leichtflüchtige DME besitzt im Gegensatz zu Dieseltreibstoff praktisch keine Schmiereigenschaften, was vor allem die Hochdruckpumpe des Common-Rail-Einspritzsystems rasch zerstört hätte.

Betrieb ohne Additive im Treibstoff

Die Forscher wollen ihren Versuchsmotor mit reinem DME betreiben, ohne Zusatz von schmierenden Additiven, wie es bei früheren Projekten üblich war. Gemeinsam mit einem grossen europäischen Zulieferer wurde also eine neue, ölgeschmierte Common-Rail-Pumpe entwickelt. Zudem wurden die Ventile und Ventilsitzringe auf DME-taugliches Material umgerüstet. Auch ein elektrisch betriebener Kompressor für eine präzise Abgasrückführung kommt zum Einsatz. Schliesslich sind auch die Brennräume und das Verdichtungsverhältnis des ehemaligen Dieselmotors angepasst worden.

Der grosse Vorteil beim DME-Betrieb, sagt Soltic, sei die Chance, in fast allen Betriebszuständen einen sehr hohen Anteil Abgas in die nächste Füllung des Zylinders zu übernehmen, mittels der sogenannten Abgasrückführung (AGR). Diese Technik ermögliche es, viel NOx einzusparen, was die Abgasreinigung hinter dem Motor entlastet und es erlaubt zukünftige, strengere Grenzwerte sicher zu erfüllen. Bei fossilem Diesel führen hohe Abgasrückführraten zu ansteigenden Partikelemissionen, dies ist bei DME nicht der Fall.

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