Oxymethylenether (OME): Eine Alternative zur teuren Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren

Moderne Verbrennungsmotoren werden immer sparsamer und sauberer. Die Motorenentwickler stehen nun jedoch vor dem schwer lösbaren technischen Zielkonflikt, sowohl Kraftstoffverbrauch als auch Abgasemission weiter zu senken.

Dies zeigt nicht zuletzt der Diesel-Abgasskandal. Ingenieure und Chemiker wollen den Zielkonflikt mit innovativen Kraftstoffzusätzen lösen, die helfen, die Verbrennung im Motor zu optimieren. Die Entwicklung solcher Zusätze wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) nun für drei Jahre mit 800.000 Euro in einem Verbundprojekt gefördert.

Gleichzeitig Kraftstoffverbrauch, Abgasemission und Nutzerkomfort zu optimieren, führt zu einem technischen Zielkonflikt. Auch die anspruchsvollen Anforderungen an die Abgasqualität haben Motoren und Abgasnachbehandlung immer komplexer werden lassen, insbesondere bei Dieselmotoren.

„Durch den Einsatz von Kraftstoffzusätzen lassen sich gleichzeitig die Emissionen von Ruß und Stickoxiden senken, ohne dass merkliche Einbußen in Verbrauch oder Leistung in Kauf genommen werden müssen“, erklärt Jakob Burger, Juniorprofessor am Lehrstuhl für Thermodynamik von Prof. Dr.-Ing. Hans Hasse. „Die Oxymethylenether, kurz OME, an denen wir forschen, sind ein solcher Kraftstoffzusatz.“

OME sind organische Verbindungen (CH3O(CH2O)nCH3), die aufgrund ihres hohen Sauerstoffgehalts die Schadstoffbildung bereits im Verbrennungsstadium unterdrücken. Allerdings stellt die wirtschaftliche Produktion der OME im technischen Maßstab noch eine Herausforderung dar. Daran wird im Rahmen des Projekts geforscht. Bereits 2010 stellten die Forscher an der TU Kaiserslautern zusammen mit der Firma BASF das bislang einzige, großtechnisch verfügbare Verfahren vor, nach dem mittlerweile weltweit erste Produktionsanlagen in Betrieb gehen. Diese Technologieführerschaft soll weiter ausgebaut werden.

Burger erläutert: „Aktuell entwickeln wir in unserem Labor ein innovatives und deutlich effizienteres Verfahren, dass ohne teure Zwischenprodukte auskommt und OME direkt aus seinen Hauptbestandteilen Methanol und Formaldehyd synthetisiert. Neben OME entsteht dabei lediglich Wasser.“

OME können sogar aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden, wie im Rahmen des Projekts beim Projektpartner, dem Institut für Katalyseforschung und -technologie von Professor Jörg Sauer am KIT Karlsruhe gezeigt wird. Dort existiert bereits eine Demonstrationsanlage zur Erzeugung von Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen, an die eine OME Produktion angegliedert werden könnte.

Auch über die Wirkungsweise der OME bei der motorischen Verbrennung und weitere Aspekte der Anwendung von OME im Fahrzeug wird geforscht. Umfangreiche Untersuchungen in Motorentests werden diese Anwendungsaspekte beleuchten und dazu beitragen, Potentiale für die Effizienzsteigerung bei der Anwendung der OME zu verdeutlichen. Diese Untersuchungen finden am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen von Professor Georg Wachtmeister an der TU München statt, der den Forschungsverbund komplettiert.

Im OME-Projekt arbeiten die TU München, das KIT Karlsruhe und die TU Kaiserslautern zusammen. Das Projekt mit einem Fördervolumen von insgesamt rund 800.000 Euro ist für die Dauer von drei Jahren (1.10.2015-30.09.2018) angelegt und wird über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. als Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Prof. Dr.-Ing. Hans Hasse und Juniorprof. Dr.-Ing. Jakob Burger (v.l.n.r.). Foto: Lehrstuhl für Thermodynamik, TU Kaiserslautern.
OME-Synthesereaktor am Lehrstuhl für Thermodynamik. Foto: Lehrstuhl für Thermodynamik, TU Kaiserslautern.

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