Methanol als Kraftstoff - Technik Wissenschaft Forschung

Forschung für die technischen Grundlagen zur Normung

Die technischen Grundlagen für die Normung von Methanol-Kraftstoffen in Europa zu erstellen, ist der Gegenstand eines aktuellen Forschungsprojekts, das ein Konsortium aus Hochschulen, Forschungseinrichtungen, Industrieunternehmen sowie kleinen und mittelständischen Unternehmen durchführt. Damit wollen die Partner des Projekts “Methanol Standard” den Weg zur Zertifizierung und Markteinführung von Methanol-Kraftstoffen ebnen. Das Potential von Methanol-Kraftstoffen, bereits mittelfristig einen signifikanten Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen im Straßenverkehr zu leisten, bewerten die Forschenden als hoch. Auf dem Weg dahin sind einige technische Voraussetzungen zu klären.

Während die Methanolherstellung aus fossilen Rohstoffen etwa in der chemischen Industrie gängige Praxis ist, befindet sie sich auf der Basis regenerativer Energieträger noch in der Entwicklung, hat aber bereits einen hohen technologischen Reifegrad. In Power-to-Liquid-Verfahren ist treibhausgasreduziertes Methanol durch die Synthese von CO2 und Wasserstoff herstellbar. Das benötigte CO2 kann beispielsweise aus Kraftwerksprozessen oder aus der Luft stammen und der Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser mit regenerativem Strom etwa aus Solarkraftwerken gewonnen werden. Gegenstand von Untersuchungen im Forschungsvorhaben sind die Entwicklung neuer und die Nutzung bestehender Produktionsverfahren sowie sicherheitsrelevante Aspekte bei der Verwendung von Methanol.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Optimierung der ottomotorischen Verbrennungskonzepte für den Einsatz von Methanol. Einerseits untersuchen die Partner die Eignung von 15 % Methanol als Drop-In-Kraftstoff zu herkömmlichem Benzin in zukünftigen Serien-Ottomotoren und andererseits die Nutzung von 100 % Methanol in einem technisch angepassten Prototypenmotor, der in einem Fahrzeug zur Anwendung kommt. Dabei stehen unter anderem Fragen des Kaltstartverhaltens, der Klopffestigkeit, des Wirkungsgrads, der Abgasemissionen und der Materialverträglichkeit im Vordergrund.

Vor einer möglichen Markteinführung alternativer Kraftstoffe ist die Prüfung ihrer Lagerungsstabilität beziehungsweise ihres Alterungsverhaltens ebenso wichtig wie ihre Verträglichkeit mit Kraftstofftankmaterialien und dem Kraftstoffführungssystem. Das betrifft sowohl die Wirkung des Kraftstoffs auf im Fahrzeugbau verwendete Metalle als auch Kunststoffe. Während bei Metallen die korrosive Wirkung von Kraftstoffen eine besonders wichtige Rolle spielt, ist es bei Kunststoffen die Quellwirkung. Die OWI Science for Fuels gGmbH untersucht mit gezielten Alterungsmethoden die Kraftstoffalterung und Werkstoffverträglichkeit von Methanol und Methanol-Ottokraftstoff-Blends sowie die Wirkung potenziell erforderlicher Kraftstoffadditive zur Verhinderung möglicher Korrosion und Quellwirkungen. Die gealterten Kraftstoff- und Materialproben prüft und bewertet das Forschungsinstitut in chemisch-physikalischen Analysen auf potenzielle Veränderungen. Die TEC4FUELS GmbH ergänzt diese Untersuchungen durch Hardware-in-the-Loop-Tests. Im Testaufbau fließen Methanol und verschiedene Blends sowie Additivbeimischungen unter forcierten und anwendungsnahen Bedingungen durch kraftstoffführende Bauteile, so dass Alterungseffekte im Realbetrieb in relativ kurzer Zeit zu antizipieren und zu bewerten sind.

Für eine Einführung von Methanol als Kraftstoff im Straßenverkehr ist die vorherige Normungsarbeit ein essenzieller Zwischenschritt, der die betriebssichere Anwendung sicherstellen soll. Die Ergebnisse der durchzuführenden Untersuchungen führt TEC4FUELS mit Unterstützung des Konsortiums in diesem Forschungsvorhaben in einem Technical Report zusammen und erstellt einen Entwurf der Norm für den zuständigen Normarbeitskreis (NAK).

Dieses Forschungsprojekt wird gefördert durch die Bundesrepublik Deutschland. Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

Tec4Fuels ist ein Kompetenzzentrum für konventionelle und alternative Brenn-, Kraft-, Treib- und Schmierstoffe (Fuels) und deren Anwendung in bestehenden und neuen Technologien. Tec4Fuels erbringt Dienstleistungen in der Forschung und Entwicklung von technischen Komponenten und Produkten, Systemen und Energieträgern sowie deren Anwendung im Energiemarkt für Fuels. Dies umfasst die Entwicklung und Durchführung von realitätsnahen Hardware-in-the-Loop (HiL) -Prüfverfahren zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit und Leistung von Anwendungstechnologien und Kraftstoffen. Das Ziel der Untersuchungen ist in der Regel die Optimierung der Betriebssicherheit und Lebensdauer technischer Komponenten und Systeme.

Test- und Prüfverfahren

Entwicklung spezieller HiL-Systeme und Durchführung von HiL-Prüfverfahren zur Qualitätssicherung technischer Komponenten sowie konventioneller und alternativer Brenn-, Kraft-, Treib- und Schmierstoffe