Innovative Einspritztechniken vielversprechend

Forscher der Syracuse University haben unter Laborbedingungen eine brandneue Einspritzmethode für Dieselmotoren entworfen. Die Wissenschafter versetzen dabei Dieselkraftstoff vor der Einspritzung in superkritischen Zustand, was eine homogenere Verbrennung verspricht.

Die Effektivität von Dieselmotoren könne auf diese Weise um weitere zehn Prozent erhöht werden. Außerdem wird von den Wissenschaftern eine 80-prozentige Schadstoffreduktion in Aussicht gestellt.

„Die für die suboptimale Verbrennung und damit für den Ausstoß von schädlichen Ruß-Partikeln mitverantwortliche Zähigkeit von Diesel verringert sich im superkritischen Zustand. Auch ist durch die veränderte Molekularbewegung eine bessere Durchmischung von Kraftstoff und Luft im Verbrennungsraum gewährleistet und damit eine schnellere, sauberere, und vollständigere Nutzung des Gemisches“, sagt George Anitescu, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für biomedizinische Chemie der Syracuse University und Mitentwickler des Motorendesigns. Einem Bericht von Technology Review zufolge könnte ein erster Prototyp für weiterführende Tests bis Jahresende entwickelt sein.

Auch das Startup Transonic Combustion Inc. arbeitet mit Dieselmotoren und Kraftstoffen in superkritischem, also beinahe gasförmigem Zustand. Allerdings verbrennen die Kalifornier sowohl Normalbenzin als auch Biokraftstoffe in ihren speziell adaptierten Dieselmotoren. „Es handelt sich dabei um einen völlig anderen Ansatz. Wir haben zu keiner Zeit mit der Syracuse University kooperiert“, betont Mike Rocke, Vice President Business Development von Transonic Combustion, gegenüber pressetext. Im Rahmen von Tests habe man das Mischverhältnis von Luft und Treibstoff schon auf 80:1 erhöhen können. Autos könnten dadurch in Zukunft nur mehr rund zwei Liter Benzin auf 100 Kilometern verbrauchen. „Wir rechnen bei der Verbrennung von Normalbenzin mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad. Die Energieausbeute sollte sich jedoch auch bei der Verbrennung von Diesel verbessern lassen“, meint Rocke. Zentrales Element beider Systeme ist eine neuartige Einspritzanlage. Dennoch bleiben zunächst Restfragen – etwa wie es mit Fehlzündungen oder der Langlebigkeit solcher Motoren aussieht – offen.

„Angesichts der Tatsache, dass modernste Dieselmotoren bereits Wirkungsgrade jenseits der 40-Prozent-Marke erreichen können, ist bei in Aussicht gestellten Steigerungen um weitere zehn Prozent eine gewisse Skepsis angebracht. Auch die spektakulären Angaben zu möglichen Schadstoffreduktionen im 80-Prozent-Bereich würden zuallererst die Frage nach der jeweiligen Bemessungsgrundlage aufwerfen“, so eine erste Bestandsaufnahme eines Experten für Motorenbau auf Nachfrage von pressetext. Eine seriöse Beurteilung der Ansätze ließe sich aber nur auf der Grundlage einer vernünftigen Datenbasis durchführen. Angaben des amerikanischen Verkehrsministeriums zufolge würden Ottomotoren im Schnitt sogar nur 15 Prozent der im Normalbenzin gespeicherten chemischen Energie zur Fortbewegung der Fahrzeuge nützen.

Flüssigkeit wird superkritisch, wenn Temperatur und Druck einen kritischen thermodynamischen Punkt überschreiten. Ist dieser Zustand erreicht, ist keine Differenz mehr zwischen den Aggregatszuständen flüssig und gasförmig auszumachen. Die Dichten gleichen sich einander an und die Stoffeigenschaften verändern sich – etwa in Form einer höheren molekularen Diffusion als bei Flüssigkeiten. Die angemessene Temperierung des Kraftstoffes stellt eines der technischen Hauptprobleme dar, da Kraftstoffversorgungssysteme normalerweise bei niedrigeren Temperaturen arbeiten. Zudem droht Diesel bei Temperaturen von 450 Grad Celsius zu verkoken, weshalb wiederum ein Verdünnungsmittel vor der Einspritzung zugesetzt werden muss. In technischer Hinsicht weniger bedenklich sei hingegen der Umstand, dass die Erhitzung unter einem Druck von 600 bar in einer Vorkammer stattfinden muss, heißt es von Seiten der Syracuse University.