Endotherme Reformierung: thermo-chemische Rekuperation zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren

Abstract

Die künftige Mobilität ist derzeit noch nicht ohne effiziente Verbrennungskraftmaschinen denkbar, Lösungen zur weiteren Steigerung ihres Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Senkung der Emissionen sind weiterhin gefragt. Mit der endothermen Reformierung von Kraftstoff unter Nutzung der Verbrennungsabwärme werden beide Zielstellungen adressiert. In dem rekuperierten System wird die Wärme aus dem heißen Abgas des Verbrennungsmotors genutzt, um Kraftstoff (Benzin, Diesel o.a.) zu erwärmen und gleichzeitig Wasserdampf zu erzeugen. In einer katalytischen Reaktion werden kürzere Kohlenwasserstoffketten (z.B. CH4) und Wasserstoff (H2) gebildet, d.i. Kraftstoffreformierung, und gleichzeitig der Heizwert des Brenngases erhöht, d.h. thermische Energie des Abgases in chemische Energie der Synthesegaskomponenten umgewandelt. Das erzeugte Gasgemisch weist verbesserte Verbrennungseigenschaften auf bei erhöhter Flammenausbreitungsgeschwindigkeit von Wasserstoff. Die Zündwilligkeit des Gasgemisches wird erhöht und die Emissionen von Stickoxiden (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) vermindert. deutlich besser als der konventionale MGT-Prozess mit thermischer Rekuperation von Luft ist. Wesentlich wird der Gesamtwirkungsgrad von 20 % bis zu 26 % erhöht und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch von 2,0 kg/h auf 1,56 kg/h verringert. Die Vorteile von thermochemischer Rekuperation werden in Fließbildsimulation deutlich vorgelegt. Anschließend wird ein stationärer Teststand aufgebaut, um die Potenziale der Abwärmerückgewinnung und der Wirkungsgraderhöhung des Verbrennungsprozesses zu demonstrieren. Schließlich wird die techno-ökonomische Bewertung des Gesamtprozesses in das in-house-Werkzeug TEPET eingearbeitet.