Neuer Verbrennungsmotor halbiert CO2-Ausstoß

Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) haben einen Verbrennungsmotor entwickelt, der eine viel geringere Umweltbelastung verspricht als derzeit gängige Aggregate. Denn der zum Erdgas-Hybriden umgebaute Dieselmotor mit ausgeklügelter Regelungstechnik verspricht bei gleicher Leistung einen um die Hälfte geringeren CO2-Ausstoß und lockt zudem mit hoher Effizienz. Denn der Treibstoffverbrauch liegt bei unter 2,4 Litern pro 100 Kilometern.

Das Konzept beruht auf industriell bereits gebräuchlichen Motoren und könnte daher schnell umgesetzt werden – eine Serienproduktion in fünf Jahren ist den Forschern zufolge realistisch. „Voraussetzung ist, dass wir einen Industriepartner finden, der die Entwicklung eines Prototypen an die Hand nimmt“, meint Christopher Onder, Senior Scientist am Institut für Dynamische Systeme und Regelungstechnik der ETHZ. Demnach laufen bereits konkrete Gespräche mit einem Autohersteller.

Erdgas gegen CO2

Der durchschnittliche CO2-Ausstoß aller 2012 in der Schweiz verkauften neuen Pkw betrug 151 Gramm pro Kilometer. Der neue Motor dagegen gibt in einem Wagen der Golf-Klasse nur 56 Gramm CO2 pro Kilometer ab – unterschreitet also gängige Emissionswerte um das Zwei- bis Dreifache. Möglich wird das, da das ETHZ-Team einen herkömmlichen Dieselmotor eines Personenwagens der Golf-Klasse so umgebaut hat, dass er zu 90 Prozent mit Erdgas betrieben werden kann. Dieser ist vergleichsweise emissionsarm und gilt für die nächsten Jahrzehnte als wichtige Alternative zu Erdöl.

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Erdgasmotoren zündet der neue Motor nicht per Zündkerze, sondern mit einer kleinen Menge Diesel, die direkt in den Zylinder gespritzt wird. Ein spezieller Sensor misst dabei den Druck in den Zylindern, was es den Forschern ermöglicht hat, mit komplexen Steuer- und Regelungsalgorithmen die Menge des Diesels und den Zeitpunkt für das Einspritzen ständig anzupassen. Das erlaubt einen Betrieb des Motors mit einer sehr hohen Effizienz, der maximale Wirkungsgrad bei der Verbrennung liegt bei 39,6 Prozent.

Vielseitiges Hybrid-Konzept

Eben diese Regelungstechnik ermöglicht den sinnvollen Einsatz des Erdgas-Diesel-Motors in einem Fahrzeug. Deren Konzept ist an sich nicht neu, solche Motoren kommen bereits in der Industrie zum Betrieb großer Maschinen zum Einsatz. Allerdings bleiben dort Drehzahl und Last relativ konstant – im Gegensatz zu einem Auto, für das die neue Konstruktion gedacht ist. Der Erdgas-Diesel-Motor des ETHZ-Teams kann dabei mit einem Elektromotor gekoppelt werden, um den Verbrauch noch zusätzlich zu senken. Allerdings ist er auch für den Einsatz ohne elektrische Hybridisierung geeignet – was in der industriellen Fertigung größere Stückzahlen erlaubt.

Der Hybrid-Motor ist den Forschern zufolge als Brückentechnologie für die nächsten zehn bis 20 Jahre ideal. Ehe er in Serie gehen kann, sind aber noch letzte technische Hürden zu nehmen. „Im Moment beschäftigt uns vor allem die Temperatur im Katalysator“, so der projektbeteiligte Doktorand Tobias Ott. Dieser brauche mindestens 300 Grad, um richtig zum Laufen zu kommen. Da der Motor so effizient arbeitet, ist die Abluft aber insbesondere nach dem Start zu kühl. Die Forscher wollen das Problem beheben, indem sie die den Motor während des Warmlaufs speziell regeln.