Methanol-Kraftstoff – Grundlagen für die Normung jetzt geschaffen

[OWI] – Ein Forschungskonsortium unter der Leitung von FEV, einem weltweit führenden Entwick­lungs­dienst­leister, hat umfassende technische Grund­lagen für die Verwendung von Methanol-Kraftstoff in Europa erarbeitet. Das Forschungs­projekt mit dem Namen „Methanol­standard“ legte den Fokus auf Unter­suchungen, die für die Normung von Methanol als Kraftstoff relevant sind, und lieferte wichtige Erkenntnisse. Das Konsortium untersuchte die Kompati­bilität von Methanol mit bestehender Technik und Kraft­stoff­normen und identifi­zierte potenzielle Bereiche für weitere Forschung- und Entwicklungs­aktivitäten.

Methanol ist ein möglicher alternativer Kraftstoff, der ein hohes CO₂-Reduk­tions­potenzial hat, sofern er aus regenerativen Energien wie Solar- und Windenergie in Kombination mit CO₂ aus geschlossenen Kohlen­stoff­kreis­läufen über PtX Verfahren hergestellt wird. Allerdings weichen die physikalisch-chemischen Eigen­schaften von Methanol teils deutlich von Diesel- und Otto­kraft­stoffen ab, sodass eine Erfüllung der bestehenden Kraft­stoff­normen nicht möglich ist. Damit Methanol dennoch eine Chance auf eine Markt­einführung bekommt, wird in Deutschland an einer DIN-Norm für Methanol gearbeitet mit der Perspektive, dass diese später auch für eine europäische Methanol-Norm als Grundlage dient. Das Ziel dieser Norm ist, die Betriebssicherheit der Anwendungs­technik zu gewährleisten und die Qualität des Methanols zu garantieren.

Nationale Normen für die Verwendung von 85 % und 100 % Methanol-Kraftstoff existieren in China bereits seit 2009 und ermöglichen dort erfolgreich den großflächigen Einsatz von Methanol im Straßenverkehr.

Geringere Schadstoffemissionen durch Methanol-Kraftstoff
Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die Eigenschaften von reinem Methanol als Kraftstoff (M100) und Methanol­beimischungen von 15 % zu mineral­öl­basiertem Kraftstoff (M15) im Vergleich zu einem EU6 Referenz­kraftstoff. Die Forschungs­partner, darunter die Tec4Fuels GmbH und die OWI Science for Fuels gGmbH, nahmen verschiedene Aspekte unter die Lupe, wie beispiels­weise die Optimierung ottomotorischer Verbrennungs­konzepte sowie Fragen zur Material­kompati­bilität, Additivierung und Lager­stabilität. Zusätzlich wurden Fragen zur Methanol-Produktion, Toxizität und Sichtbarkeit der Flamme untersucht, um die Sicherheit des Kraftstoffs zu gewährleisten. Darüber hinaus wurde ein M15-Gemisch in einem Serienmotor als Möglichkeit zur Dekarboni­sierung des Straßenverkehrs untersucht.

Methanol lässt sich direkt als Kraftstoff einsetzen oder mit mineral­öl­basierten Kraftstoffen zu sogenannten „Blends“ vermischen. Diese Kraftstoff-Blends können als sogenannte Drop-in-Kraftstoffe bereits in konventionellen oder modifizierten Verbrennungs­motoren eingesetzt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die technischen Grundlagen der bereits etablierten Verbrennungs­motoren zu nutzen und zeitgleich fossile Kraftstoffe schrittweise zu substituieren. Darüber hinaus sind die Abgase der Methanol-Verbrennung im Vergleich zu Benzin oder Diesel nahezu frei von Ruß­emissionen und Schwefel­oxiden und enthalten weiterhin einen deutlich geringeren Anteil an umweltschädlichen Stickoxiden.

Hoher motorischer Wirkungsgrad
Obwohl die herkömmlichen fossilen Flüssig-Kohlenwasser­stoffe eine doppelt so hohe volumetrische Energiedichte wie Methanol besitzen, können mit Methanol-Motoren wegen dessen höherer Oktanzahl von 109 größere Verdichtungs­verhältnisse genutzt und daher im allgemeinen ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden. Dadurch lässt sich eine entsprechend dem Energiegehalt geringere Reichweite einer Tankfüllung mit Methanol teilweise wieder kompensieren.

Die Ergebnisse der Forschung zeigten unter anderem, dass Methanol mit bestehender Technik teilweise kompatibel ist und bestimmte Anforderungen erfüllt. Aus den Hardware-in-the-Loop-Tests von Tec4Fuels geht hervor, dass diesel­motorische Common-Rail-Systeme und Hoch­druck­pumpen nur eingeschränkt mit Methanol funktionierten und teilweise ausfielen. Die erhöhte Neigung von Metallen wie Aluminium und Kupfer zur Korrosion im Kontakt mit Methanol und die verringerte Schmier­fähigkeit von Methanol sind zwei Aspekte, für die im Projekt unter Mitwirkung von OWI verschiedene Additive untersucht wurden. Nur ein noch nicht im Handel erhältliches Additiv zur Beimischung in den Kraftstoff konnte bei niedrigen Methanolkonzentrationen in Benzin (M15) die Korrosion vermeiden und die Schmier­fähigkeit verbessern.

Die Kompatibilität bleibt für die Additiv- und die Material­entwicklung eine Heraus­forderung, die sich sowohl bei den Metallen als auch den Kunststoffen (z.B. Dichtungen, Tank­bau­material) stellt. Das gilt auch für die Tankstellen­technik, deren Tanks, Pumpen, Leitungen und Zapfpistolen für Methanol-Kraftstoff geeignet sein müssen. Trotz der noch bestehenden technischen Heraus­for­derungen sehen die Forschenden Methanol als eine vielversprechende Option für den Transportsektor.

Das Forschungsvorhaben „Untersuchung der technischen Grundlagen zur Standardisierung von Methanolkraftstoffen in Europa“ wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz unter dem Förderkennzeichen 19I20005A-I gefördert.