Forschungsschwerpunkte

Im Rahmen des Netzwerks sollen Produktlösungen für die Etablierung von Methanol als grünen und nachhaltig produzierten Schiffsbrennstoff entwickelt werden. Hierbei wird zunächst der Fokus auf „small-scale“-Anwendungen gelegt, da eine technologische Lücke vorliegt und Innovationen durch mittelständische Unternehmen realisierbar sind, welche durch die im Netzwerk entwickelten Produkte geschlossen werden könnten.

Technologische Entwicklungslinien

 

Das Netzwerk organisiert seine Arbeiten in den folgenden technologischen Entwicklungslinien:

TEL 1 Methanol-elektrische Antriebssysteme

Entwicklung eines methanol-elektrischen Antriebskonzeptes mit allen dazugehörigen Komponenten und der gesamten Peripherie im Maschinenraum.

  • Identifikation eines geeigneten Motorenkonzeptes (Diesel vs. Otto-Prinzip)
  • Entwicklung eines passenden Brennstoffsystems mit integrierter hochpräziser Durchflussmesstechnik
  • wissenschaftliche Ermittlung des Schadstoffausstoßes des Motors und ggf. Entwicklung entsprechender Filtertechnik
  • parallel dazu Entwicklung eines von Beginn an integrierten Umrüstungskonzeptes, welches einen späteren Umbau auf Brennstoffzellen-elektrischen Antrieb zulässt
  • Entwicklung einer geeigneten Motorenperipherie (Akku und Leistungselektronik), Sicherheitssysteme, Anlagen zur Automation und Betriebszustandsüberwachung
TEL 2 M100-Motor (ohne Pilotöl)
Bei den meisten bisher erfolgten Motorenumrüstungen wird in der Regel das Diesel-Arbeitsprinzip favorisiert (eine Ausnahme stellt eine Maschine des vom schwedischen Unternehmen ScandiNAOS umgerüsteten Lotsenbootes im Projekt „greenPilot“ dar, welche nach dem Otto-Prinzip arbeitet). Bei Nutzung des Diesel-Prinzips ist, ähnlich wie bei im Gasbetrieb eingesetzten Dual-Fual-Maschinen, ein kleinerer Anteil an „Pilot-Diesel“ notwendig, da Methanol auch unter hoher Kompression nicht selbstzündend ist. Die Nutzung von fremdgezündeten Motoren oder die Erreichung von selbstzündenden Eigenschaften des Methanols durch Zugabe spezieller Additive (Cetanverbesserer) sind hier vielversprechende Forschungs- und Entwicklungsansätze.

Die Inhalte dieser Technologischen Entwicklungslinie decken sich zum Teil mit TEL-1. Allerdings sollte aufgrund der hohen Komplexität auf diese Themengebiete ein erhöhtes Augenmerk gelegt werden. In TEL-1 steht das Zusammenspiel der Einzelkomponenten des Antriebsstranges (Energielieferant, Elektromotor, Akku, Leistungselektronik) im Vordergrund.

  • Vergleich verschiedener Motorenkonzepte im Hinblick auf Effizienz und Schadstoffausstoß
  • Identifikation geeigneter Additive zur Veränderung der Eigenschaften des Methanols im Hinblick auf Zündfähigkeit, Schmierfähigkeit und Korrosivität
  • Entwicklung geeigneter Dosieranlagen der Additive
  • Entwicklung eines passenden Brennstoffsystems mit integrierter hochpräziser Durchflussmesstechnik
TEL 3 Abgasuntersuchung und Nachbehandlung

Unter verschiedenen Lastbedingungen müsste der tatsächliche Schadstoffausstoß von adaptierten Methanol-Motoren gemessen werden, um z.B. den Formaldehyd-Anteil im Abgas genau bestimmen zu können. In der TEL-3 wird daraufhin erarbeitet, inwieweit motorische Maßnahmen ergriffen werden können bzw. wirtschaftlich sinnvolle Abgasnachbehandlungsanlagen in das System integriert werden, um den Formaldehydanteil im Abgas zu minimieren.

Hierbei müssen eine sinnvolle Relation bzw. eine Verbesserung im Vergleich zu konventionellen Diesel-Motoren hergestellt werden, welche ebenfalls in vergleichbarem Maßstab Formaldehyd emittieren.

  • wissenschaftliche Ermittlung des Schadstoffausstoßes des Motors unter Lastbedingungen im Realbetrieb und ggf. Entwicklung entsprechender Filtersysteme (z.B. auf Basis des FriTec-Isoliermaterials) oder Identifikation von motorischen Maßnahmen zur Schadstoffreduktion (z.B. durch Eingriffe in die Motorensteuerung)
TEL 4 Safe Methanol Handling: Brandverhütung, Früherkennung und Bekämpfung

Im Gegensatz zu konventionellen Brennstoffen wie Schweröl oder Diesel ist Methanol (wie übrigens auch LNG) ein Brennstoff mit niedrigem Flammpunkt, sodass für einen sicheren Schiffsbetrieb Maßnahmen ergriffen werden müssen, wie z.B.

  • neue Sensortechnik, da Methanol mit farbloser Flamme brennt
  • neue Alarm- und Überwachungssysteme
  • Inertisierung von Tanks
  • doppelwandige Rohrleitungen