Oxymethylenether-Kraftstoffe (OME) – die „saubere“ Lösung für Diesel-Verbrennungsmotoren?
13.03.2018 - Moderne Dieselmotoren werden immer sparsamer und sauberer. Trotzdem wird neben den immer strenger werdenden Abgasgesetzgebungen bezüglich der Schadstoffemissionen für den Verkehrssektor bis zum Jahr 2050 eine vollständige Eliminierung der Treibhausgas-Emissionen (also auch der CO2-Emissionen) gefordert. Und auch das öffentliche Interesse an einer „sauberen“ Mobilität steigt.
Als Lösung dieser unterschiedlichen Aufgabenstellungen sind verschiedene Ansätze denkbar. Neben neuartigen Antriebsarchitekuren wie beispielsweise Hybridantrieben ist auch die Abkehr von fossilen Energieträgern ein potenzieller Lösungsansatz. Hierbei besitzen die flüssigen Kraftstoffe prinzipbedingte Vorteile bei Logistik, Energiedichte und Speicherung gegenüber den gasförmigen Kraftstoffen.
Synthetische Kraftstoffe für eine saubere Mobilität
Synthetische Energieträger, welche nicht auf Basis von Rohöl oder Erdgas hergestellt werden, können zu einer Abkehr von fossilen Energiequellen beitragen. Mit den sogenannten E-Fuels können Fahrzeuge trotz Verbrennungsmotor emissionsfrei fahren.
E-Fuels sind CO2-neutrale Kraftstoffe. Denn bei ihrer Herstellung aus regenerativ erzeugtem Strom wird so viel CO2 aus der Atmosphäre entnommen, wie später bei der Verbrennung freigesetzt wird.
Durch ihren flüssigen Zustand können E-Fuels mit ihrer sehr hohen Energiedichte gut gelagert und transportiert werden. Sowohl die Infrastruktur (Fuhrpark und Tankstellen) als auch die entsprechende Motorentechnik gibt es ja bereits. Ein Beispiel für E-Fuels sind Oxymethylenether.
Oxymethylenether sind synthetische Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Als synthetischer Diesel können Oxymethylenether-Kraftstoffe in herkömmlichen Diesel-Verbrennungsmotoren verbrannt werden. Dabei werden deutlich weniger Schadstoffe als beim herkömmlichen Diesel produziert.
OME können auf Basis verschiedener Prozessabläufe hergestellt werden. Eine dieser Prozessrouten benötigt als Rohstoffe ausschließlich regenerative Energie bzw. Strom, CO2 und Wasser. Wird das benötigte CO2 aus der Umgebungsluft abgeschieden, ergibt sich zusammen mit der Umsetzung des Kraftstoffs im Verbrennungsmotor ein geschlossener CO2-Kreislauf. Somit erfüllt ein Verbrennungsmotor, welcher mit regenerativ erzeugtem Oxymethylenether betrieben wird, das geforderte Kriterium der CO2-Neutralität.
Laut Experten kommen OME in seinen Eigenschaften dem Idealkraftstoff der Zukunft bisher am nächsten. Denn Berechnungen zeigen, dass abhängig vom Kostenniveau der erneuerbaren Energien die CO2-neutralen Kraftstoffe zu wettbewerbsfähigen Preisen hergestellt werden können. Im Idealfall wird der im Herstellungsprozess benötigte Wasserstoff aus überschüssiger Windkraft- oder Photovoltaikenergie hergestellt. So könnten klimaneutrale E-Fuels die Erfolgsstory des Verbrennungsmotors auch für die nächsten Jahrhunderte absichern.
Oxymethylenether sind farblose, brennbare Flüssigkeiten, welche aus einer linearen Kette aus sich abwechselnden Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen bestehen. Die Kettenlänge kann variieren – die kürzeste Variante ist das leichtflüchtige OME1.
Im Rahmen einer neuen Studie der interdisziplinären Arbeitsgruppe des Kopernikus-Projektes „Power-to-X“ aus den RWTH-Lehrstühlen für Technische Thermodynamik, für Systemverfahrenstechnik und für Verbrennungskraftmaschinen sowie des Instituts für Technische und Makromolekulare Chemie wurde ein Gemisch aus dem kurzkettigem OME1 (Dimethoxymethan) und fossilem Diesel analysiert. Die Umweltwirkungen wurden anhand einer Ökobilanz ermittelt. Die Ergebnisse der Studie sind jetzt in der Fachzeitschrift „Energy and Environment“ erschienen.
Für eine effizientere Produktion von OME1 wurde eine neue chemische Route entwickelt. Die Studie zeigt, dass diese den Wirkungsgrad im Vergleich zur bisherigen Produktion von OME1 um zwölf Prozentpunkte erhöht und so den Wasserstoffbedarf reduziert.
Die Ökobilanz belegt das Potenzial von OME1 als nahezu klimaneutraler Kraftstoff. Mit ausreichend regenerativer Energie könnte der Zusatz von OME1-Kraftstoff somit ein erster vielversprechender Schritt in Richtung eines nachhaltigen Transportsektors sein.
Die Zusammenarbeit der Institute und Lehrstühle wurde im „Power-to-Fuel“-Projekthaus des RWTH-Strategiefonds und im Exzellenzcluster „Tailor-Made Fuels from Biomass“ etabliert.
E-Fuels als Alternative?
OME-Kraftstoffe haben Vorteile gegenüber Diesel: Aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts entstehen nur wenig Partikel bei der Verbrennung. Und der synthetische Kraftstoff kann dem Diesel problemlos beigemischt werden. Darüber hinaus sind weder beim Endnutzer noch in der weltweit bestehenden Infrastruktur große Änderungen erforderlich. Allerdings ist ihr Energiegehalt niedriger als der von Diesel und auch die Herstellungskosten sind noch höher als beim herkömmlichen Diesel.
Mithilfe synthetischer Kraftstoffe wie OME wäre langfristig eine sauberere Mobilität bei Nutzfahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen möglich. Deshalb ist auch die Bundesregierung an solchen synthetischen Kraftstoffen interessiert und fördert deren Entwicklung.
