Das Teilprojekt CF08_2 wird die Demonstration des Antriebs für ein Binnenschiff realisieren, der mit Ammoniak als Kraftstoff betrieben wird. Zur stabilen Entflammung des Ammoniaks im Motor wird als Neuheit in diesem Projekt vor dem Motor ein Teilstrom des Ammoniaks über einen Cracker geleitet und dort in Wasserstoff und Stickstoff zerlegt. Die Zugabe einer bestimmten Menge Wasserstoff hilft im Brennraum des Motors, den schwer entflammbaren Ammoniak zu entzünden und vollständig zu verbrennen.
Die grundlegende Erforschung dieses kombinierten Ammoniak-Wasserstoff-Brennverfahrens ist ein wichtiger Bestandteil des Teilprojekts CF08_2. Hierzu wurde in Karlsruhe am KIT ein Einzylinder-Forschungsmotor aufgebaut, der die Vorgänge eines einzelnen Zylinders in dem zukünftigen Schiffsantrieb unter Laborbedingungen wiederspiegelt. Der Versuchsaufbau ermöglicht es, die Vermischung von Luft mit Ammoniak und Wasserstoff in verschiedensten Arten zu variieren und die Auswirkungen auf die Verbrennung und die Schadstoffentstehung zu studieren. Der Ammoniak kann hierbei wahlweise flüssig oder gasförmig zugeführt werden.
Für den Versuchsaufbau im Labor sind ähnlich komplexe Sicherheitsbetrachtungen aufgestellt worden, wie sie in einem Binnenschiff angestellt werden müssen. Der Schutz von Menschen und Umwelt beim Umgang mit Ammoniak ist auch für die Forscher eine neue Herausforderung. Hier konnte schon jetzt wichtige Pionierarbeit für die Versuchsaufbauten an den anderen Standorten und auch für den Einsatz im Schiff geleistet werden.
Nach intensiver Vorbereitung ist der Versuchsaufbau im Februar 2023 erfolgreich in Betrieb genommen werden und der Motor erstmals mit einer kombinierten Wasserstoff-Ammoniak-Verbrennung über mehrere Stunden in Betrieb gewesen. Es folgen jetzt in den kommenden Wochen und Monaten Varianten und Umbauten, um folgende Fragen zu beantworten:
- Welcher Wasserstoffanteil ist mindestens erforderlich, welcher H2-Anteil ist maximal tolerierbar für sämtliche im Schiffsbetrieb relevante Betriebspunkte? Dies ist eine wichtige Größe zur Auslegung des vorgeschalteten Crackers, dessen Dynamik sich von der des Motors unterscheidet.
- An welcher Stelle des Motors wird zweckmäßig der Wasserstoff und an welcher Stelle der Ammoniak eingegeben und in welchem Aggregatzustand? Welche Einspritzdrücke sind optimal?
- Welches Verdichtungsverhältnis und welcher Luftüberschuss stellen den besten Kompromiss hinsichtlich maximaler Effizienz und minimalem Schadstoffausstoß dar?
- Wie müssen die neuen Bauteile des Motors gestaltet sein, um den Anforderungen des Versuchslaufs im Vollmotor in Rostock standzuhalten?
Die Ergebnisse aus der Arbeit am Forschungs-Einzylindermotor werden fortlaufend innerhalb des Teilprojektes kommuniziert und dabei in die Versuchsaufbauten und Experimentführungen der Forschungsarbeiten in Duisburg und Rostock einfließen.
