Umweltfreundliche Motoren für eine nachhaltige Schifffahrt

Ein großes, EU-finanziertes Kooperationsvorhaben hat zahlreiche Technologien untersucht, um die Schifffahrt sauberer und energieeffizienter zu gestalten.

Verkehr und Mobilität

Das teilweise von der EU finanzierte Projekt Hercules-2 verfolgte einen ganzheitlichen Ansatz, um die Schifffahrtsindustrie umweltfreundlicher zu machen. Das Projekt ist die Nachfolgephase des Forschungs- und Entwicklungsprogramms für Triebwerkstechnologien von Hercules, das ursprünglich von zwei großen europäischen Triebwerksherstellern im Jahr 2004 erarbeitet wurde. Die Technologien von Hercules-2 sollen schließlich an Bord großer Schiffe eingesetzt werden. Mehr Leistung und Brennstoffoptionen Die Brennstoffflexibilität hat in den letzten zehn Jahren durch das Aufkommen von Zweistoffmotoren und die Notwendigkeit des Umstiegs auf schwefelarme Brennstoffe in Emissions-Überwachungsgebieten oder Häfen, in denen örtliche Vorschriften gelten, immer mehr an Bedeutung gewonnen. „Ein großer Vorteil der Brennstoffflexibilität besteht darin, dass Schiffsmotoren nahtlos zwischen konventionellen oder umweltfreundlicheren Brennstoffen mit variabler Zusammensetzung und Qualität wechseln können“, bemerkt Professor Nikolaos Kyrtatos, Schiffsbauingenieur an der Nationalen Technischen Universität Athen. Mithilfe fortschrittlichster Testeinrichtungen, die über modernste optische Messwerkzeuge und Computersoftware verfügen, untersuchten die Forscher die Einspritz- und Zündungseigenschaften verschiedener Brennstoffe für langsam und mittelschnell laufende Dieselmotoren. Der Fokus lag dabei auf der Kombination von nachhaltigeren Brennstoffen wie Erdgas, Flüssiggas, Methanol, Biogas und Dimethylether mit gängigeren Brennstoffen wie schweren oder destillierten Heizölen. „Da zur Erhöhung der Effizienz und zur Senkung der Emissionen höhere Temperaturen erforderlich sind, müssen zukünftige Motoren aus haltbareren Materialien hergestellt werden“, so Prof. Kyrtatos. Die Suche nach neuen Materialien konzentrierte sich auf Komponenten wie Gussteile, Zylinderköpfe und Turboladergehäuse, die starken mechanischen oder thermischen Belastungen standhalten. Die Forscher untersuchten die Verwendung von intermetallischen und Gusseisenwerkstoffen zur Herstellung haltbarer Komponenten. Diese robusten Materialien erhöhen nicht nur die Verschleißfestigkeit der Komponenten, sondern auch den Betriebstemperaturbereich des Motors, wodurch höhere Schiffsgeschwindigkeiten erzielt werden können. Neuartige adaptive Steuertechniken Schwerpunkt war die Kombination von Elektronik, Mechanik und Software, um einen Motor zu entwickeln, der sich optimal an seine Betriebsumgebung anpassen lässt. Der Grundgedanke hinter den Neuentwicklungen war, dass sich jeder Parameter zur Bestimmung der Motorleistung während seiner gesamten Lebensdauer um nicht mehr als 5 % im Vergleich zu einem neuen Motor verschlechtern darf. Zu den Projekterfolgen zählten ein flexibles Schmiersystem und ein fortschrittliches Echtzeit-Tribosystem zur Leistungsüberwachung. Diese sollen dazu beitragen, das Problem der Schmierölauswahl und -anwendung beim Wechsel zwischen schweren Heizölen und schwefelarmen Brennstoffen zu lösen. Darüber hinaus entwickelten die Forscher ein neues unkonventionelles Steuergerät zur Verbesserung des Motorbetriebs nahe der Klopfgrenze. Ein Atemzug Frischluft Im Mittelpunkt von Hercules-2 stand die Entwicklung von emissionsmindernden Technologien, mit denen emissionsarme Motoren umgesetzt werden können. Die eingeführten fortschrittlichen integrierten Nachbehandlungstechnologien helfen dabei, sowohl die Grenzwerte der Emissions-Überwachungsgebiete als auch der IMO Tier III einzuhalten. Die Forscher kombinierten die Abgasrückführung und die Wasser-Brennstoff-Emulsion, um gleichzeitig Stickoxide und Feinstaub abzubauen. Die Integration von Technologien zur Reduzierung von Methan- und Ethanemissionen in Viertakt-Magermotoren wird derzeit geprüft. Zudem entwickelten die Forscher verbesserte Methoden zur Einspritzung selektiver katalytischer Reduktionsmittel und untersuchten robuste Katalysatoren für die Reduktionsvorgänge vor dem Turbo. Die Forschungsergebnisse von Hercules-2 sollten den Übergang der Schifffahrtsindustrie hin zu einer höheren Brennstoffeffizienz und erheblich geringeren Umweltbelastung weiter beschleunigen. Außerdem werden sie auch die Position der beteiligten Partner auf dem Markt stärken.

Schlüsselbegriffe

Hercules-2, Motor, Brennstoffflexibilität, Schifffahrtsindustrie, Emissions-Überwachungsgebiete, selektive katalytische Reduktion, emissionsarm, Tribosystem

FUEL FLEXIBLE, NEAR -ZERO EMISSIONS, ADAPTIVE PERFORMANCE MARINE ENGINE

Umweltfreundliche Motoren für eine nachhaltige Schifffahrt

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