Forschen für saubere Großmotoren

Emissionen aus dem Schiffsverkehr, also die Schadstoffe von Großmotoren, sollen weiter drastisch sinken. Neue Grenzwerte, die die international agierende Maritime Organisation (IMO) festgelegt hat, verlangen nach innovativen Lösungen, um Schadstoffe innermotorisch zu vermeiden und außermotorisch zu verringern.

An der Universität Rostock gibt es gegenwärtig fünf Forschungsprojekte an Schiffsdiesel-Großmotoren. Weltweit forschen nur sehr wenige Universitäten nach Lösungen zur Reduzierung der Schiffsabgase mit alternativen Kraftstoffen. Doktorand Benjamin Stengel, der an der Universität Rostock Maschinenbau studierte, erforscht aktuell Einspritz-Strategien beim Großmotor.

In dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt will Stengel herausfinden, welchen Einfluss synthetische Kraftstoffe, so genannte E-Fuels, die es bislang nur in kleinen Mengen auf dem Weltmarkt gibt, auf die Verbrennung des Kraftstoffluftgemisches und den Schadstoff-Ausstoß haben.

„Wir möchten bereit sein, wenn E-Fuels, die aus Windkraft oder solar produziert werden, eines Tages in großen Mengen zur Verfügung stehen werden“, sagt der gebürtige Pasewalker. Er ist hoch motiviert, anspruchsvolle Lösungen für einen umweltfreundlichen Großmotor zu finden. Dabei hilft dem jungen Forscher ein so genannter intelligenter Injektor, der mit einem Drucksensor ausgerüstet ist.

Mit dessen Hilfe sollen die alternativen Kraftstoffe erkannt und die Einspritzung des Kraftstoffs haargenau angepasst werden, um eben Emissionen zu verringern und das Potenzial der neuen Kraftstoffe voll auszureizen. Hier läuft anwendungsnahe maritime Spitzen-Forschung. Seine Intention ist es, Lösungskonzepte zu entwickeln, die den Weg aus der Forschung in die Praxis schaffen und in diesem konkreten Fall helfen, die Grundlagen für eine sauberere Schifffahrt und sinkende CO2-Emissionen zu legen.

Wie das am jüngsten Forschungsprojekt mit dem Namen „ISystem4E-Fuel“ funktioniert, erklärt Benjamin Stengel so: „Der Injektor verfügt über einen speziellen Sensor, der den Kraftstoffdruck misst. Ein Steuergerät, das sich motorfern befindet, verarbeitet die Signale mehrfach pro Arbeitsspiel, gemeint ist der Prozess zwischen Ansaugen, Verdichten und Ausschieben des Abgases, in einem mathematischen Modell.“

So könne das Steuergerät die Kraftstoffqualität und den Zustand des Injektors beurteilen und über eine Cloud-Anbindung Reeder und Hersteller informieren. Motorschäden werden so verringert und die Lebensdauer der Schiffsherzen erhöht sich.

Benjamin Stengel formuliert: „Durch eine kraftstoff-angepasste Steuerung der Einspritzung beim Motor kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt und der Schadstoffausstoß minimiert werden.“ Stengel verfolgt dabei das Ziel, die Umweltbelastung von Schiffen durch eine saubere Verbrennung mit neuen Kraftstoffen zu reduzieren und die Motorlebensdauer zu erhöhen.

Die Universität Rostock spielt dabei mit Professor Bert Buchholz, Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, und Professor Egon Hassel, Inhaber des Lehrstuhls für Technische Thermodynamik, schon länger in der ersten Liga mit. Mit der Bewilligung des Forschungsverbundprojektes „LEDF-Konzepte 2“ fördert das Bundeswirtschaftsministerium diese Lehrstühle mit 2,4 Millionen Euro.

Hiesiger Forschungsschwerpunkt ist es, einen effizienten und emissionsarmen Motorbetrieb mit ein und derselben Motorenkonfiguration zu gewährleisten. Konkret werden verschiedene Möglichkeiten an einem Ein-Zylinder-Forschungsmotor für Schiffe untersucht, wie flüssige und gasförmige Brennstoffe möglichst ressourcenschonend und sauber verbrannt werden können. „Nur die Optimierung des Brennverfahrens im Motor ermöglicht die umweltschonende Energiewandlung sowohl flüssiger als auch gasförmiger Brennstoffe“, sagt Benjamin Stengel.

Text: Wolfgang Thiel

Kontakt:

https://www.uni-rostock.de/