Ammoniak als Antrieb für emissionsfreie Schiffsmotoren? Der Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren (LKV) der Universität Rostock, die FVTR GmbH, eine Ausgründung aus der Universität Rostock, sowie die LOGE Deutschland GmbH aus Cottbus gehören zu den ersten in Deutschland, die das Nutzen von grünem Ammoniak als Kraftstoff am realen Motor für die Binnenschaffahrt in einem großen Forschungsprojekt grundlegend untersuchen. „Es gibt eine Reihe von Herausforderungen für die Entwicklung eines Ammoniakmotors, die das Bundeswirtschaftsministerium mit über einer Million Euro unterstützt“, sagt Professor Bert Buchholz, der den LKV leitet.
Ammoniak ist ein Gas, das stark stechend riecht, ätzend und giftig ist. Doch: Bei der vollständigen Verbrennung entstehen Stickstoff und Wasser. Allerdings sei Ammoniak schwer zu zünden, brenne viel langsamer als Erdgas. Deshalb müssten im Motor umfangreiche Anpassungen vorgenommen werden, um einerseits hohe Wirkungsgrade zu erreichen und andererseits unerwünschte Verbrennungsprodukte zu vermeiden, sagt Professor Buchholz. Ziel des Projektes sei es, für die Motorenbauer Entwicklungswerkzeuge bereit zu stellen, damit Ammoniakmotoren auf den Markt kommen.
Doch Ammoniak ist hauptsächlich aus der Landwirtschaft bekannt, wo es als Düngemittel genutzt wird. Deshalb hat der Lehrstuhl einen Einzylinder-Forschungsmotor für Untersuchungen am Verbrennungsprozess von Ammoniak zur Verfügung gestellt. Auf Basis der experimentellen Ergebnisse werden durch die Projektpartner Modelle zur Beschreibung der motorischen Verbrennung mit Ammoniak erstellt und validiert.
Teamleiter für dieses Projekt beim LKV ist Dr. Sascha Prehn. Der 36-Jährige hat an der Universität Rostock studiert und promoviert und maßgeblich bei der Entwicklung eines Gasmotors für die Landwirtschaft mitgewirkt. Die Rostocker Universität gehört zu den ersten Hochschulen in Deutschland, die gemeinsam mit der Deutz AG aus Köln die Motorenentwicklung einerseits und den Emissionsschutz in der Landwirtschaft andererseits auf eine ganz neue Stufe gehoben hat. Der an der Uni Rostock entwickelte biomethanbasierte Traktorantrieb biete eine Reduzierung der Treibhausgase bis zu 90 Prozent, sagt Sascha Prehn. Der Lehrstuhl beschäftige sich seit Mitte der 90er Jahre mit der Entwicklung klimaneutraler Kraftstoffe.
Deutscher Seeverkehr stößt hunderte Millionen Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid aus
„Der deutsche Seeverkehr stößt jedes Jahr viele hundert Millionen Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid aus“, sagt Dr. Martin Theile, Koordinator für das Forschungsprojekt bei der FVTR. Im Vergleich mit dem automobilen Sektor entspricht das dem Ausstoß von ca. 1,7 Millionen Autos. Weil die Verbrennung von Ammoniak im Motor kaum erforscht sei und keiner genau wisse, wie die Oxidation genau ablaufe und was am Ende aus dem Motor rauskomme, sei jetzt die Forschung gefragt.
Dr. Theile ist hoch motiviert und formuliert die aktuellen Herausforderungen für seinen Bereich bei der FVTR so: „Wir kümmern uns um die numerische Simulation der motorischen Verbrennung am Rechner. Unser Partner LOGE entwickelt mathematische Modelle für die komplexen chemischen Vorgänge während der Verbrennung und wir verheiraten diese Modelle dann mit einem Gesamtmodell des Motors. Wir haben dann die Möglichkeit, die Kollegen vom LKV mit Hilfe unserer Simulationen zu unterstützen oder ganz andere Betriebszustände zu analysieren, die nur schwer am Prüfstand umzusetzen sind.“
Weil Ammoniak gegenwärtig als aussichtsreichste kohlenstofffreie Treibstoffalternative für die Schifffahrt gilt, laufen die Studien auf Hochtouren. „Wir haben mit Reedern aus der Binnenschifffahrt gesprochen und wissen um deren Anforderungen“, sagt Professor Buchholz. Das große Ziel: Die Binnenschifffahrt klimaneutral gestalten durch die Nutzung von Ammoniak als Kraftstoff. Text: Wolfgang Thiel