„ReNOx“:
Erforschung motorischer Verbrennungsprozesse mit 20 vol.-% Wasserstoffbeimischung
Einleitung
Innerhalb der nächsten Jahre sind für Betreiber von BHKWs mit Erdgas- und Biogasmotoren, dem häufigsten Anlagentyp aus der BHKW-Klasse, zwei wesentliche Änderungen zu beachten, die von der Technologie nach dem Stand der Technik nicht kompensiert werden können. Diese werden zukünftig umfangreiche Umrüstungen der Kraftwerkstechnologie erfordern.
Zum einen handelt es sich um die Verschärfung der Abgasgrenzwerte für Gasmotoren entsprechend dem Beschluss der Bundesrepublik Deutschland vom August 2018. In diesem werden insbesondere die Emissionsgrenzwerte von Stickoxiden auf 100 mg/Nm³ (auch Biogasmotoren: 100 mg/Nm³) begrenzt.
Zum anderen wird sich voraussichtlich eine weitere Änderung aus der steigenden Attraktivität von H2 als Brennstoff ergeben. Die Klimapolitik der Bundesregierung sieht die Möglichkeit zur Nutzung von Überschussstrom über das Power-to-Gas(PtG)-Konzept als attraktive Lösung an und fördert bereits mehrere Forschungsprojekte. Da Speichermöglichkeiten für Wasserstoff begrenzt und kostenaufwändig sind und eine Weiterverarbeitung in bspw. CH4 zusätzlichen Energieaufwand bzw. Wirkungsgradverluste bedeutet, stellt das direkte Einspeisen in das vorhandene Erdgasnetz eine attraktive Lösung da. Heute liegt der Grenzwert bei 2 %, allerdings wurden Konzentrationen bis zu 10 % im Erdgasnetz bereits erfolgreich getestet.
Projektziel
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Prozesses für stationäre Gasmotoren für die variable Wasserstoffeinspeisung bis 40 % Brennstoffanteil unter Einhaltung der NOx-Emissionen bei magerer Betriebsweise. Dazu werden die Auswirkungen erhöhter Wasserstoff-Konzentrationen auf die Magergrenze bei variierenden Prozesstemperaturen erforscht und in dynamischen Betriebskennlinien dargestellt. Zur Verbesserung der Klopffestigkeit wird erstmalig in diesem Leistungsbereich deine Bypass-Regelung des Turboladers realisiert. Weiterhin soll eine effiziente AdBlue-SCR-Abgasreinigung auf Basis eines Innovativen virtuellen NOx-Sensors entwickelt werden. Aus der Betriebskennlinie wird durch Regressionsanalysen unterstützt eine dynamische Anlagenregelung entwickelt.
Projektbeschreibung
Am Motorprüfstand der Hochschule Ansbach werden Erdgas-Wasserstoffmischungen bis 20 vVol. % eingestellt. Gleichzeitig werden das Luftverhältnis und der Zündwinkel variiert. Auswertungen höherer Wasserstoffkonzentrationen bis 40 vol.- % erfolgen in einem späteren Schritt.
Projektdauer
01/2020 – 03/2022
Projektleitung
Projektbearbeitung
Adrian Gegner
Tel.: +49 (0) 981 203633-23
a.gegner[at]hs-ansbach.de
Projektpartner
- Riemag GmbH & Co. KG
- HEROS Anlagenautomatisierung GmbH
Projektförderung
Das Projekt wird vom BMWi gefördert.