DMC+ als partikelfreier und potenziell nachhaltiger Kraftstoff für DI Ottomotoren

Zusammenfassung.

C1-Kraftstoffe lassen sich mit einfachen Verfahren aus CO₂ und H₂ nachhaltig herstellen, zeichnen sich durch ihren hohen Sauerstoffgehalt und das Fehlen von C-C Bindungen aus und führen zu äußerst geringen Partikelemissionen bei der Verbrennung. Im Vergleich zur Verwendung von Kraftstoffen auf KW-Basis minimieren C1-Oxygenate mit Ausnahme von Methanol das Gefahrenpotenzial für Gesundheit und Umwelt. Während bei Dieselmotoren bereits seit einigen Jahren die Stoffklasse der Oxymethylenether (OME) als emissionsgünstige Option für nachhaltig herstellbare synthetische Kraftstoffe untersucht wird, fehlen entsprechende Lösungen für Ottomotoren.

Die Senkung der Grenzwerte für die Partikelanzahl mit Euro 6c/d befördert für Ottomotoren die Suche nach solchen Kraftstoffen. Die C1-Oxygenate DMC und MeFo zeichnen sich durch hohe Klopffestigkeit und günstige Gemischbildungseigenschaften aus. Sie sind auf nachhaltige Weise als E-Kraftstoffe herstellbar.

Während der Einsatz von reinem DMC bzw. MeFo jeweils Nachteile bezüglich der Tieftemperaturstabilität bzw. der Verdampfungseigenschaften mit sich bringt, wird hier der Weg zur Anwendung dieser beiden Oxygenate aufgezeigt. Die Entwicklung von DMC+  (Dimethylcarbonat + Methylformiat + Ethanol) auf Basis der C1-Chemie eröffnet die Chance für eine emissionsfreie Mobilität auch mit Ottomotoren.

Präsentiert wird die Methodik zur Definition einer zielführenden Formulierung für DMC+ sowie Ergebnisse aus Versuchen mit DMC+ an einem Otto-DI Einzylindermotor. Ein Rückgang der PN-Emissionen um zwei Größenordnungen sowie eine deutliche Senkung der Emission von NO_x und organischen Komponenten (VOC) im Rohabgas wird demonstriert. Es kommt ein Dreiwegekatalysator zum Einsatz, der im stöchiometrischen Betrieb niedrigste Emissionen luftverunreinigender Komponenten ermöglicht. Besonderes Augenmerk wird auf die Emission von sub-23 nm-Partikeln gelegt, die durch den Oxygenat-Kraftstoff ebenfalls deutlich reduziert werden.

Abkürzungen

CPC:

Condensation Particle Counter

CFPP:

Cold Filter Plugging Point

DMC:

Dimethylcarbonat

DMC+:

Blend aus DMC, MeFo und Ethanol, bevorzugt DMC60MeFo35Ethanol5

DMM:

Dimethoxymethan, OME1

DVPE:

Dry Vapour Pressure Equivalent @ 37,8 °C

EtOH:

Ethanol

E70:

Verdampfter Anteil bei 70 °C in %

FTIR:

Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer

IMEP:

Indizierter Mitteldruck

LNT:

Lean NO_x trap

MeFo:

Methylformiat

MeOH:

Methanol

OHC:

Oxygenated Hydrocarbon

RON95:

Ottokraftstoff mit Oktanzahl 95 nach EN228:2017

SOI:

Start of Injection

TWC:

Dreiwegekatalysator

VLI:

Vapour Lock Index (VLI = 10 x DVPE + 7 x E70)

VOC:

Volatile organic carbon