Detaillierte Untersuchung der Verbrennungseigenschaften von gasförmigen Kraftstoffen bei Drücken bis 200 bar

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Heufer
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322460823

Gasförmige Brennstoffe sind für den Verkehr und die Stromerzeugung von wachsendem Interesse. Sie können aus Erdgasspeichern gewonnen oder durch Vergasungsverfahren synthetisch hergestellt werden. Aktuelle Forschungen untersuchen auch die Möglichkeit, gasförmige Kraftstoffe aus Biomasse oder Strom zu gewinnen, um eine nachhaltige Kraftstoffproduktion mit insgesamt geringem Kohlendioxid-Fußabdruck zu erreichen. Abhängig von der Quelle können diese Brennstoffe sich erheblich verändernde Zusammensetzungen aufweisen, die sich direkt auf die Verbrennungseigenschaften und die Betriebsgrenzen von Gasmotoren oder Gasturbinen auswirken. Diesbezüglich ist ein detailliertes Verständnis des Verbrennungsverhaltens der verschiedenen Kraftstoffzusammensetzungen erforderlich, um einen maximalen Wirkungsgrad und minimale Schadstoffemissionen zu erreichen. Während in der Literatur verschiedene grundlegende frühere Arbeiten zu hohen Temperaturen oder niedrigeren Drücken zu finden sind, fehlen Informationen zum Hochdruck- und Niedertemperaturbereich, die für moderne Gasmotoren von hoher Relevanz sind. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, diese kritischen Informationen durch einen kombinierten experimentellen und theoretischen Ansatz bereitzustellen. Messungen der Zündverzögerungszeit bei höheren Drücken (> 50 bar) für unverdünnte Kraftstoff-Luftmischungen werden in einem Einhubtriebwerk (Rapid Compression Machine) und einem Stoßrohr durchgeführt. Diese Messungen liefern wichtige Informationen über die Reaktivität und die Neigung zur Selbstentzündung des Kraftstoffs. Darüber hinaus dienen diese experimentellen Ergebnisse dazu als Validierungsziele für die kinetische Modellbildung bei Bedingungen, die zuvor nicht untersucht werden konnten. Schließlich werden detailliertere Informationen aus Gasprobenentnahmeexperimenten gewonnen. Mit Hilfe dieser Technik werden Gasproben aus dem Reaktor gezogen, um Zwischenprodukte zu identifizieren, die während des Selbstentzündungsprozesses gebildet werden. Diese Art von Informationen ist äußerst wertvoll, um genauere und robustere kinetische Modelle zu erhalten. Die resultierenden kinetischen Modelle können dann in computergestützten Design zum Entwerfen optimaler Verbrennungssysteme und zum Analysieren der Bildung von Schadstoffen verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen