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Könnte Dimethylether zukünftig Lastwagen antreiben?

Lastwagen
Lastwagen stellen spezielle Anforderungen an ihre Kraftstoffe.(Bild: Kesu01/ iStock)

Schon länger wird daran geforscht, Lastfahrzeuge umweltfreundlicher zu machen – beispielsweise durch Elektroantrieb und Wasserstaff statt fossilem Diesel. Ein weiterer Alternativtreibstoff könnte Dimethylether sein, wie nun Forscher berichten. Demnach könnten leicht veränderte Diesel-Motoren mit dem Kraftstoff betrieben werden. Tests auch zu Langstreckenfahrten laufen bereits.

Dieselfahrzeuge sind aufgrund ihres hohen Ausstoßes an Stickoxiden und Feinstaub in Verruf geraten. Alternativen zum fossilen Diesel sind daher gefragt. Elektroantriebe eignen sich für Nutzfahrzeuge im Langstreckenbetrieb jedoch kaum, weil die Batterien zu schwer, die Ladezeiten zu lang und die erforderlichen Ladeleistungen zu hoch für einen konkurrenzfähigen Einsatz sind. Hingegen könnte Wasserstoff eine zukünftige Lösung sein, wie unter erste Tests nahelegen. Und auch mit synthetischem Erdgas aus überschüssigem Ökostrom werden ab 2021 probeweise die ersten Erdgas-Lastwagen betankt.

Dimethylether – auch eine mögliche Alternative?

Aber auch sogenannter Dimethylether (DME) könnte sich als alternativer Treibstoff für Lastwagen eignen. Diese Chemikalie steckt zum Beispiel als Treibgas in Spraydosen, ist Bestandteil von Kältemitteln in Kühlanlagen und als Zwischenprodukt in der chemischen Industrie weit verbreitet – so dass davon bereits jetzt mehreren zehntausend Tonnen jährlich produziert werden. Der Vorteil: Es lässt sich kostengünstig und fast verlustfrei aus Methanol herstellen, das mit Strom aus Solar- und Windenergie günstig gewonnen werden kann. Außerdem hat Dimethylether ähnliche Eigenschaften wie Flüssiggas und kann deshalb – anders als Wasserstoff – in Tanks unter geringem Druck flüssig befördert und aufbewahrt werden. Und auch die Technik für Tankanlagen ist kostengünstig und bereits jahrzehntelang weltweit im Einsatz. Noch dazu verbrennt Dimethylether sauber und mit geringer Rußbildung.

Um herauszufinden, ob sich Dimethylether auch als umweltfreundlicher Treibstoff für Langstreckenfahrten mit Lastwagen eignet, testen derzeit Wissenschaftler um Patrik Soltic von der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) die Chemikalie an einem Versuchsmotor. Bereits seit 2013 führt Volvo Trucks in Schweden und in den USA Praxisversuche mit Experimental-Lastwagen durch. Und auch in Deutschland läuft seit 2016 ein Forschungsprojekt des Ford Research and Innovation Center Aachen, bei dem ein mit DME betriebener Motor in einen Ford Mondeo eingebaut und getestet wurde. Darauf aufbauend haben sich Soltic und seine Kollegen nun zum Ziel gesetzt, Fahrzeuge mit reinem Dimethylether – ohne schmierende Zusätze – anzutreiben.

Tests mit umgerüsteten Dieselmotoren laufen

Das Problem: Ein gewöhnlicher Dieselmotor ist nicht vollständig für einen Antrieb mit Dimethylether geeignet. Er muss in einigen Punkten umgerüstet werden. Zum einen besitzt der leichtflüchtige Dimethylether im Gegensatz zu Dieseltreibstoff praktisch keine Schmiereigenschaften. Dadurch kann vor allem die gewöhnlich eingebaute Einspritzpumpe, die dem Motor die richtige Menge Treibstoff mit einem bestimmten Druck zuführt, beschädigt werden. Andererseits können auch einige Materialien und der Brennraum im Dieselmotor nicht einfach übernommen werden. Deshalb entwickelten die Forscher nun einen Testmotor mit einer neuen, ölgeschmierten Common-Rail-Pumpe und rüsteten außerdem die Ventile und Ventilsitzringe auf ein taugliches Material um. Zudem setzten die Wissenschaftler einen elektrisch betriebenen Kompressor für eine präzise Abgasrückführung ein und passten zusätzlich auch die Brennräume und das Verdichtungsverhältnis des ehemaligen Dieselmotors an.

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„Nun wollen wir die Maschine mit dem neuen Treibstoff kennenlernen“, sagt Soltic. Dafür erproben die Forscher den Motor zunächst in dem Autobahnbetrieb üblichen Mittellast-Bereich, bei dem der Motor 100 Kilowatt Leistung liefern muss. „Dann modifizieren wir unter anderem den Zeitpunkt und den Druck der Einspritzung, schauen uns die Abgaswerte und den Treibstoffverbrauch an“, erklärt Soltic. Während der Testphase nimmt das Forscherteam auch immer wieder Proben des Motoröls, um chemische Veränderungen zu untersuchen. Die Ergebnisse werden genutzt, um ein speziell angepasstes Motoröl zu entwickeln.

Erste Ergebnisse vielversprechend

In einer ersten Testphase zeigte sich bereits, dass der Dimethylether-Betrieb zukünftig tatsächlich eine umweltfreundlichere Alternative zum Diesel-Motor sein könnte – auch für Lastwagen auf langen Strecken, so die Forscher. Denn neben einer emissionsfreien Herstellung des Stoffs, gebe es noch mehr Vorteile: „Der große Vorteil ist die Chance, in fast allen Betriebszuständen einen sehr hohen Anteil Abgas in die nächste Füllung des Zylinders zu übernehmen, mittels der sogenannten Abgasrückführung“, erklärt Soltic. „Diese Technik ermöglicht es, viel Stickoxide einzusparen, was die Abgasreinigung hinter dem Motor entlastet und es erlaubt zukünftige, strengere Grenzwerte sicher zu erfüllen.“

Derzeit sind aber noch weitere Forschungen nötig, um den Antrieb mit Dimethylether zu optimieren und für den Alltag zu nutzen. Außerdem arbeiten die Wissenschaftler noch an chemischen Prozessen mit denen sich Dimethylether möglichst effizient herstellen lässt und an speziellen Anlagen für die Produktion.

Quelle: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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