Potenzial der Hochdruck-Direkteinspritzung von Ammoniak im Großmotor

Ammoniak gilt als einer der vielversprechendsten kohlenstofffreien Kraftstoffe für die Dekarbonisierung der globalen Schifffahrt und Stromerzeugung. Ein Forschungsteam des LEC und der TU Graz hat gemeinsam mit der OMT Officine Meccaniche Torino SpA (Italien) ein Hochdruck-Diesel-Ammoniak-Dual-Fuel-Konzept an einem mittelschnelllaufenden Einzylinder-Forschungsmotor untersucht. Der Motor wurde mit separaten Injektoren für Ammoniak und Diesel ausgestattet. Dadurch konnten unterschiedliche Einspritzstrategien realisiert und deren Einfluss auf den Verbrennungsprozess sowie auf die Schadstoffemissionen – insbesondere Lachgas (N₂O) und Stickoxide (NOₓ) – systematisch untersucht werden.

Bild 1: Illustration der Einspritzung und Einspritzdüsen (grün: Ammoniak, schwarz: Diesel) im Zylinderkopf des Motors

Bild 2: Emissionen (N₂O und CO₂) in Abhängigkeit vom Diesel-Anteil im Treibstoff

Key Highlights:

Untersuchungen am Einzylinder-Forschungsmotor unter Einsatz modernster fiberoptischer Messtechnik.
Stabiler Motorbetrieb mit einem Ammoniak-Energieanteil von bis zu 95 % an einem 15-Liter-Einzylinder-Forschungsmotor bei 12 bar IMEP.
Niedrigste CO₂-äquivalente Emissionen bei Substitutionsraten von 85–90 % mit einer Reduktion von bis zu 70 % gegenüber dem Dieselbetrieb.
Bestimmung eines geeigneten Einspritzdruckniveaus für die Hochdruck-Direkteinspritzung von Ammoniak
Reduktion der Stickstoffoxid-Emissionen (NO_x) um bis zu 33 % gegenüber der konventionellen Dieselverbrennung
Ergänzung der Motorversuche durch optische Untersuchungen des Einspritzstrahls (Schlierenverfahren und Mie-Streuung) am CMT in Valencia.

Warum das wichtig ist:

Die Studie liefert belastbare Erkenntnisse zur Hochdruck-Direkteinspritzung (HPDI) von Ammoniak in Großmotoren und zeigt eine Verringerung der CO₂-Äquivalent- und NOₓ-Emissionen gegenüber dem konventionellen Dieselbetrieb. Bei sehr geringen Dieselanteilen begrenzen jedoch erhöhte N₂O-Emissionen die insgesamt erzielbare Reduktion der CO₂-Äquivalentemissionen. Die Ergebnisse bilden eine wichtige Grundlage für die Entwicklung zukünftiger Einspritzstrategien sowie für die Auslegung geeigneter Abgasnachbehandlungssysteme auf dem Weg zu einer klimaneutralen Schifffahrt.

Zur Publikation:

👉 Klicken Sie hier, um die vollständige Publikation im renommierten Open-Access-Journal „Fuel” zu lesen: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016236126014742?via%3Dihub

Gratulation an unser Autor:innen-Team:

Markus Roßmann, Maximilian Malin, Marco Coppo, Nicole Wermuth

Dank an unsere Unterstützer und Fördergeber:

Diese Publikation entstand im Rahmen des COMET-K1-Zentrums LEC GETS und wurde im Programm „Kompetenzzentren für exzellente Technologien” gefördert. Die Finanzierung erfolgt durch das Bundesministerium für Innovation, Mobilität und Infrastruktur (BMIMI), das Bundesministerium für Wirtschaft, Energie und Tourismus (BMWET), die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) sowie die Bundesländer Salzburg, Steiermark und Tirol.

Unser besonderer Dank gilt den Teams CMT-Motores Térmicos der Universitat Politècnica de València und OMT SpA sowie dem Team von LEC/TU Graz für ihre Unterstützung bei der Entwicklung und Erprobung alternativer Kraftstoffinjektoren und der Analyse der Versuchsergebnisse.

Keywords:

Sustainable shipping, decarbonization, large single cylinder research engine, ammonia combustion, ammonia-diesel dual fuel combustion, exhaust emissions

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