Schweröl-Wasser-Emulsion für bivalente Dual-Fuel-Motoren
Projektbeschreibung
Schiffsdieselmotoren sind hocheffiziente Arbeitskraftmaschinen. Die relativ niedrige Motordrehzahl und die hohen Verbrennungstemperaturen in den stöchiometrischen Brennraumzonen führen zu einer hohen Stickoxidbildung. Daneben werden auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Partikel emittiert. In den vergangenen Jahren wurden die Entwicklungen von Schiffsdieselmotoren durch die Einhaltung der sich stetig verschärfenden Emissionsvorschriften bei gleichbleibender Effizienz geprägt. Maßgeblich sind dabei die Reglementierungen für die Stickoxid- und Schwefeloxidemissionen entsprechend der International Maritime Organization (IMO). Mit der Einführung des Emissionsstandards IMO Tier III im Jahr 2016 in den sogenannten Emissionskontrollgebieten (ECA) werden die Stickoxidemissionen nochmals drastisch reduziert. Dies bietet den Vorteil, dass auf kostenintensive Maßnahmen, wie beispielsweise die Abgasnachbehandlung und unter Umständen zusätzliche Betriebsstoffe, verzichtet werden kann.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde der Einfluss einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion, einer Saugrohr- und einer direkten Wassereinspritzung auf das Brennverfahren im Dual-Fuel-Betrieb untersucht. Dabei wurde der Wasseranteil und die energetische Zündstrahlmenge variiert und neben Dieselkraftstoff auch hochviskoses Schweröl als Zündöl eingesetzt. Infolge der Verdampfungsenthalpie des eingebrachten Wassers ist es möglich die Verbrennungstemperaturen und somit die Stickoxidemission zu senken und gleichzeitig weitere Parameter, wie beispielsweise die Filterschwärzungszahl, den effektiven Wirkungsgrad und die Verbrennungsstabiliät, zu verbessern. Durch diese Betriebsstrategie ist es möglich den derzeit in den Emissionskontrollgebieten geltenden IMO Tier III Stickoxidgrenzwert zu unterschreiten und gleichzeitig gute Ergebnisse bei den weiteren verbrennungsrelevanten Parametern zu erzielen.
Damit tritt das in dem Forschungsprojekt untersuchte Verfahren in direkter Konkurrenz zur Technologie der Abgasnachbehandlung mithilfe von SCR-Katalysatoren. Vorteilhaft ist jedoch, dass aus betriebswirtschaftlicher Sicht die Beschaffung einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel entfällt und sich das untersuchte Verfahren durch einen geringeren Platzbedarf auszeichnet. Die Betriebsstrategie richtet sich dabei an die Betreiber mittelschnelllaufender Schiffsmotoren, die Lösungen für die Einhaltung der geltenden Emissionsgrenzwerte innerhalb und außerhalb der Emissionskontrollgebiete bei stark fluktuierenden Anforderungsprofilen suchen.