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Wie hoch dieser sogenannte Methanschlupf genau ausfällt und wie man ihn reduzieren kann, dazu gibt es bislang relativ wenige wissenschaftlich fundierte Kenntnisse. Forscher der Technischen Universität München (TUM) und der Leibniz Universität Hannover untersuchten deshalb die Methan-Emissionen in Biogasmotoren im Detail.
Ziel des Projektes war es, Wissen und Methoden zu entwickeln, um die Verbrennung bei Gasmotoren zu optimieren, den Wirkungsgrad zu steigern und gleichzeitig die Kohlenwasserstoff-Emissionen im Motor zu reduzieren.
Dazu erfassten die Forscher in experimentellen Motorenversuchen detaillierte Daten zu den Methanemissionen und untersuchten verschiedene Maßnahmen zu deren Reduzierung. Die Modellierung und Berechnung der innermotorischen Vorgänge erfolgte mittels dreidimensionaler Strömungsberechnungen (CFD) und reaktionskinetischer Modellierungen.
Im Ergebnis zeigte sich, dass das Verbrennungs-Luftverhältnis den größten Einfluss auf die Emissionen von Kohlenwasserstoffen (THC - total hydrocarbons), zu denen Methan gehört, hat. Wandtemperatur, Volumen der Brennraumspalte, Zündsystem und Gemischbildung sind weitere wichtige Einflussfaktoren.
Die Herausforderung für die Forscher bestand nun darin, Maßnahmen zur THC-Reduzierung zu finden, die weder den Wirkungsgrad verringern noch die Stickoxid-Emissionen erhöhen. Im Ergebnis erfüllen eine Abgasnachbehandlung, hohe Kühlmitteltemperaturen und niedrige Ladelufttemperaturen diese Bedingungen am besten.
Auf Basis der umfangreichen Untersuchungsergebnisse entwickelten die Wissenschaftler dann eine Bewertungsmatrix, die es der Motorenindustrie ermöglicht, THC-Reduktionsmaßnahmen abzuleiten und diese Erkenntnisse in die Entwicklung neuer Motoren einfließen zu lassen. Auch die entwickelte CFD-Berechnungsmethodik kann für zukünftige Auslegungen eingesetzt werden.
Das Bundeslandwirtschaftsministerium (BMEL) förderte das Verbundvorhaben „Ursachen und Reduzierung der CH4-Emissionen in Biogasmotoren“ im Rahmen des Energie- und Klimafonds (EKF) der Bundesregierung über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR).
Alle relevanten Informationen zu den Teilvorhaben finden Sie in der Projektdatenbank der FNR unter den Förderkennzeichen (FKZ) 22407512 und 22407612.
