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Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik
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Alternative Kraftstoffe

Biogene Kraftstoffe sind eine geeignete Alternative, um zum einen die Treibhausgasemissionen des Straßenverkehrs zu senken und damit einen wertvollen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Zum anderen ist es möglich, durch deren verbreiteten Einsatz eine größere Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern zu erlangen. Aufgrund der im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen unterschiedlichen Stoffeigenschaften können bei deren Einsatz im motorischen Betrieb Effizienzsteigerungen und Verbesserungen im Emissionsverhalten erreicht werden, andererseits müssen zum Teil Anpassungen für ein optimales Betriebsverhalten vorgenommen werden.

Im Zuge mehrerer Forschungsprojekte am Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik wurden und werden unterschiedliche Alternativkraftstoffe an Otto- und Dieselmotoren untersucht. Dabei wird ein breites Spektrum an Forschungsschwerpunkten und Aufgabenstellungen bearbeitet.

Ethanol weist für den Einsatz in Verbrennungsmotoren mit ottomotorischem Betriebsverfahren überwiegend günstige Eigenschaften auf. Aufgrund der höheren Klopffestigkeit und Verdampfungsenthalpie im Vergleich zu herkömmlichem Otto-Kraftstoff kann der Wirkungsgrad an der Volllast deutlich angehoben werden. In der Teillast erschließt sich durch die günstigen chemischen Eigenschaften des Ethanols einerseits Potenzial zur Verringerung des Ausstoßes gesetzlich limitierter Luftschadstoffe wie unverbrannter Kohlenwasserstoffe und Stickoxide. Andererseits können auch hier vor allem aufgrund geringerer Wandwärmeverluste gewisse Wirkungsgradvorteile erreicht werden. Neben diesen Vorteilen ergeben sich bedingt durch die relativ hohe Siedetemperatur sowie Verdampfungswärme in Kombination mit dem durch den geringeren Lauftaufwand des Ethanols ohnehin erhöhten Bedarf an eingespritzter Kraftstoffmasse allerdings Probleme beim Kaltstartverhalten bei tiefen Umgebungstemperaturen, welche einer Lösung bedürfen.

Neben Ethanol weisen allerdings auch andere einwertige Alkohole mit ein bis vier Kohlenstoffatomen (Methanol bzw. die Isomere von Propanol und Butanol) teilweise gute Eigenschaften als Blendkomponente für herkömmlichen Ottokraftstoff im motorischen Betrieb auf. Dabei besitzen die Anzahl der Kohlenstoffatome im Alkoholmolekül und die Struktur der Alkoholmoleküle einen wesentlichen Einfluss auf das motorische Verhalten der Kraftstoffblends. Als Beispiel sollen einige für die Kraftstoffverdampfung wesentliche Parameter und die Klopffestigkeit der Kraftstoffblends angeführt werden: Die Siedetemperatur steigt mit der Anzahl der Kohlenstoffatome an, wohingegen der Dampfdruck und die Verdampfungsenthalpie abnehmen.

Im dieselmotorischen Bereich kommen neben reinen Pflanzenölen oder HVOs (Hydrotreated Vegetable Oil) vor allem FAME (Fatty Acid Methyl Ester) als Alternativen oder Blendkomponenten zum mineralischen Dieselkraftstoff in Frage. Hierbei werden die aus den verschiedenen Rohstoffen gewonnenen Öle bzw. Glyceride mittels Methanol als Katalysator in Fettsäuren umgewandelt. Die wichtigsten Vertreter sind im Überblick folgende:

Fettsäuremethylester - Überblick
Neben den wesentlichen Vorteilen dieser Kraftstoffe betreffend verringerter Rußpartikelemissionen gegenüber herkömmlichem Dieselkraftstoff im motorischen Betrieb gibt es auch Themengebiete, welche einer weiteren Forschungsaktivität bedürfen. Beispielsweise erfordert die erhöhte Neigung zu schnellerer Alterung des Biodiesels besonderes Augenmerk. Im speziellen muss der Oxidationsstabilität unter dem Einfluss von Temperaturschwankungen oder Lichteinstrahlung sowie den korrosiven Eigenschaften des Methylesters auf metallische Bauteile im Motor Rechnung getragen werden.


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