5 Möglichkeiten zur Reduzierung der Dieselmotor-Emissionen

Das Streben nach Null-Emissionen hat viele Motoren- und Antriebshersteller dazu veranlasst, Technologien ohne Verbrennungsmotoren einzusetzen. Dies bedeutet in der Regel eine elektrische Antriebsquelle. Dieselmotoren werden jedoch weiterhin hergestellt, weshalb die Reduzierung der Emissionen weiterhin oberste Priorität hat.

In der Januar-März-Ausgabe von Power Progress International untersuchte Herausgeber Julian Buckley verschiedene Technologien zur Reduzierung der Dieselmotor-Emissionen sowie deren Vor- und Nachteile. Sie können seinen vollständigen Artikel online lesen . Nachfolgend finden Sie Auszüge, die fünf Möglichkeiten zur Reduzierung von Diesel-Emissionen erläutern.

Verwendung alternativer Kraftstoffe

Die Raffinerie des nachhaltigen Kraftstoffherstellers Neste im niederländischen Rotterdam, wo das Unternehmen HVO herstellt. Quelle: Neste Oyj.

Dieselmotoren müssen keinen Dieselkraftstoff aus Erdöl verbrennen. Es gibt Alternativen. Erneuerbarer Diesel, auch hydriertes Pflanzenöl (HVO) genannt, ist eine besonders vielversprechende Alternative. Da er chemisch mit Diesel aus Erdöl identisch ist, ist er ein direkter Ersatz und kann einen Dieselmotor ohne Modifikationen antreiben.

In einem kürzlich erschienenen Artikel von Power Progress wurde untersucht, warum HVO vom Magazin zum „Newsmaker des Jahres 2023“ gewählt wurde. „HVO enthält keine Moleküle, die nicht auch in Dieselkraftstoff vorkommen“, erklärte Markku Honkanen, Leiter des technischen Dienstes beim Hersteller erneuerbarer Kraftstoffe Neste, in diesem Artikel. „Chemisch ist es also sehr ähnlich, nur dass einige der schädlichen Stoffe fehlen, die nicht sauber verbrennen.“

Eine weitere Option ist Biodiesel. Es gibt jedoch viele Unterschiede zwischen HVO und Biodiesel. Beispielsweise unterscheidet sich Biodiesel chemisch von Erdöldiesel und hat daher andere Eigenschaften.

„Die chemische Zusammensetzung des Biodiesels ist so, dass er Wasser bindet und in ein Lösungsmittel verwandelt. Dadurch wird es schwierig, die Kraftstofftanks und -leitungen zu reinigen, die schon seit langer Zeit im Einsatz sind“, sagte Matt Leuck, technischer Servicemanager bei Neste, in dem bereits erwähnten Power Progress -Artikel.

Ein Motor, der sich dies zunutze macht, ist die Perkins 2600-Serie. Der 13-Liter-Motor, der im September 2023 bei einer britischen Presseveranstaltung vorgestellt wurde, unterstützt sowohl HVO als auch Biodiesel, um seinen CO2-Fußabdruck zu reduzieren.

Lesen Sie den vollständigen Artikel „Achieving Reduced Emissions“ in der Q1 2024-Ausgabe von Power Progress International Januar - März 2024

Entwicklung besserer Software

Auch die Software zur Motorsteuerung kann die Emissionen drastisch beeinflussen. Die Software Dynamic Skip Fire (dDSF) des kalifornischen Unternehmens Tula Technology beispielsweise nutzt patentierte Algorithmen, um zu entscheiden, ob einzelne Zylinder übersprungen oder gezündet werden, um den Drehmomentbedarf zu decken.

Liebherr Components und Tula führten gemeinsam eine Softwarestudie für Schwermaschinen durch, um die Treibhausgas- und Stickoxidemissionen (NOx) von Dieselmotoren zu reduzieren. Für die Studie wurde ein Liebherr-Motor D966 verwendet. Im Jahr 2022 berichtete Power Progress über die Ergebnisse . Diese zeigten, dass Software-Simulationen den CO2-Ausstoß um 9,5 Prozent und die NOx-Emissionen um 41 Prozent reduzierten.

Verbesserung von Turboladern

Turbolader leiten unter Druck stehende Motorabgase in den Brennraum. Dadurch kann mehr Kraftstoff eingespritzt werden, was die Motorleistung steigert. Außerdem werden die Motoremissionen reduziert.

Cummins Turbo Technologies, Hersteller von Turboladern der Marke Holset. (Foto: Cummins)

Cummins entwickelt und fertigt eigene Turbolader, die unter der Marke Holset vertrieben werden. Die variable Geometrie der neuesten Holset-VGT-Modelle ermöglicht eine Abgasrückführung (AGR) auf kurzem Weg, die den NOx-Ausstoß reduziert.

Brett Fathauer, leitender Direktor für Forschung und Entwicklung bei Cummins Turbo Technology, sagte, das Unternehmen wolle die Entwicklung einer Technologie beschleunigen, die die CO2-Emissionen reduziere.

„Wir beschäftigen uns mit Luftbehandlungstechnologien, darunter Kompressoren, Turbinen und Effizienzsteigerungen, zusammen mit Upgrades für E-Maschinen und Entwicklungen, die auf Hybrid- und Brennstoffzellenantriebe anwendbar sind“, sagte er.

Buckley sagte, dass Lader der nächsten Generation die Vorteile von „gepulster“ Energie und neu gestalteten Verkleidungsschnittstellen nutzen werden. Diese sollen jeweils die Interaktion zwischen Luftstrom und Turbinen optimieren und den Luftstrom effizient in die Brennkammer leiten, um optimale Leistungsniveaus zu liefern.

Verbesserung der Kraftstoffeinspritzung

Die Verbesserung der Kraftstoffeinspritztechnologie ist ein weiterer Ansatz zur Emissionsreduzierung. Das modulare Common-Rail-System (CRSN) von Bosch für Nutzfahrzeuge, das speziell für den Einsatz in Off-Highway-Anwendungen entwickelt wurde, verfügt beispielsweise über CRIN-Magnetventil-Injektoren, die mit bis zu 2.500 bar (36.259 psi) arbeiten. Dadurch wird der Kraftstoff in mikroskopisch kleine Tröpfchen zerstäubt. Das CRIN schaltet zudem schnell um und spritzt „je nach Fahrsituation eine spezifische Kraftstoffmenge in die Zylinder“, heißt es auf der Bosch-Website. Beides führt zu einer saubereren Verbrennung mit geringeren CO2- und Partikelemissionen.

Kaltstarts beheben

Laut einem Whitepaper der Fakultät für Maschinenbau der Nantong-Universität in China ist eine unvollständige Kraftstoffverbrennung bei niedrigen Luft- und Motortemperaturen unvermeidbar. Der Bericht zitiert Daten, die darauf hinweisen, dass die NOx-Emissionen von Schwerlastdieselmotoren beim Kaltstart um 40 bis 90 Prozent steigen könnten.

Alternative Kraftstoffe wie HVO und Biodiesel können hier Abhilfe schaffen. Laut dem Whitepaper kann Biodiesel die CO2-Emissionen deutlich reduzieren. Zwar gibt es kaum Veränderungen bei Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen, doch diese Schadstoffe werden mit Biodiesel schneller reduziert als mit Diesel aus Erdöl.

Dem Whitepaper zufolge sind Heizsystemkomponenten der beste Weg, um Kaltstartemissionen zu reduzieren. Dies ist Teil des Ansatzes des britischen Abgasnachbehandlungssystemherstellers Eminox.

In einem Interview mit Power Progress International erklärte Anthony Greatwood, globaler Produktmanager bei Eminox, dass das Unternehmen Möglichkeiten zur Verbesserung von SCR-Systemen (Selective Catalytic Reduction) erforsche, um die Emissionen beim Kaltstart zu senken. Laut Greatwood prüft Eminox die Einführung einer doppelten Dosis Diesel Exhaust Fluid (DEF) in den Abgasstrom sowie die elektrische Erwärmung des Katalysators, um die Leistung zu verbessern, bevor die Motortemperatur ansteigt.

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