Prof. Dr.-Ing. Horst Harndorf Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik Universität Rostock Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock Emissionsstrategien für Großmotoren in der Schifffahrt Herausforderungen und Lösungsansätze Berliner Energietage 2019 20.Mai 2019
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Emissionsstrategien für Großmotoren in der Schifffahrt€¦ · Engine n=1000 . min-1. EU Limit for Heavy Trucks . Stage 2 Stage 3 Stage 4 Stage 1 Stage 5 Stufe 5. IMO Tier 2. Stage
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Prof. Dr.-Ing. Horst Harndorf Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und VerbrennungsmotorenFakultät für Maschinenbau und SchiffstechnikUniversität Rostock
Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
Emissionsstrategien für Großmotoren in der Schifffahrt
Herausforderungen und Lösungsansätze
Berliner Energietage 201920.Mai 2019
2Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
Gliederung
1. Status Großmotor
− Emissionen− Brennstoffe
2. Lösungsansätze zur NOx-/Partikelminimierung Innermotorische Strategien
Konditionierung der Schweröltemperaturen teilweise bis zu 180°C erforderlich(Grenzbelastung Magnetventil (DMV))
10Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
1. Status- Motor- Emissionen- Brennstoffe
Gesetzgebung Kraftstoffschwefel
Marine fuels: S-Gehalt in SECA
EU: Kraftstoffschwefel; ab 2005 Straßenfahrzeuge <10ppm
Marine fuels: S-Gehalt außerhalb SECA
Ab 2015:
S=0,1%
Jahr
Kra
ftsto
ffsch
wef
el [%
]
Ab 2020:
S=0,5%
ECA: Emission Control AreasNECA: NOx Emission Control AreasSECA: SOx Emission Control Areas
Ab 2012:
S=3,5%
KraftstoffeSchiffsdiesel vs. Nkw
11Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
1. Status- Motor- Emissionen- Brennstoffe
Partikel (PM) AbgasgrenzwerteGroßdieselmotor vs. Nkw
Status Partikel / Herausforderungen Großmotor PM-Grenzwerte für den Großmotor zZ nicht reglementiert Aufgrund der zZ mehrheitlich eingesetzten Marinekraftstoffe
(HFO, Marine Destillate) ist eine wirksame Emissionskontrolle nicht möglich
Insbesondere die sehr hohen Schwefelkonzentrationen in den Kraftstoffen unterbinden eine wirksame Partikel-Minderung
Handlungsbedarfe Anreize für nachhaltige(CO2-arme) Kraftstoffe notwendig Nachhaltige Kraftstoffe müssen einen wirksamen Beitrag zur
Partikel-Minderung (Feinstaub) leisten!
12Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
Gliederung
1. Status Großmotor Emissionen Brennstoffe
2. Lösungsansätze zur NOx-/Partikelminimierung Innermotorische Strategien
− Abgasrückführung (AGR)
Inhalt
13Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
Verfügbare Motortechnologien
1. Status- Motor- Emissionen- Brennstoffe
2. Lösungsansätze /Strategien
14Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
31Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
1. Status- Motor- Emissionen- Brennstoffe
2. Lösungsansätze /Strategien- Innermotorisch
mit AGR- Innermotorischmit LNG
- Nachmotorischmit SCR
Randbedingungen / Besonderheiten SCR-Einsatz bei Schiffsdieselmotoren− Vergleichsweise extrem niedrige Abgastemperaturen − Vorgeschaltete Abgaswäscher können die Temperaturproblematik noch
32Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
1. Status- Motor- Emissionen- Brennstoffe
2. Lösungsansätze /Strategien- Innermotorisch
mit AGR- Innermotorischmit LNG
- Nachmotorischmit SCR
Randbedingungen / Besonderheiten SCR-Einsatz bei Schiffsdieselmotoren− Vergleichsweise extrem niedrige Abgastemperaturen − Vorgeschaltete Abgaswäscher können die
Temperaturproblematik noch verschärfen− Wegen höherer Schwefeltoleranz (S bis 2%) werden
35Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
Partikelfilter für IMO Tier 3 ff.Konzeptstudie
Für erfolgreichen Einsatz der Partikelfilterung (DPF) am Schiffsdiesel sind zu klären:− Zuverlässige DPF-Regenerationsstrategie− Ausreichende Aschespeicherung bei geeigneten
Kraft- und Schmierstoffen
Herausforderungen− Geringes Abgastemperaturniveau− Kein NO2 (da kein DOC) – keine kontinuierliche
Regeneration (CRT-Effekt)− Geringe Variabilitäten im Kraftstoff- und Luftpfad
zur Abgastemperaturanhebung− Betrieb eines DPF bei Schweröleinsatz am Motor
erscheint (zur Zeit) nicht möglich− Mindestanforderungen an Kraft- und
Schmierstoffen sind zu klären
Insgesamt erheblicher Forschungsbedarf
1. Status- Motor- Emissionen- Brennstoffe
2. Lösungsansätze /Strategien- Innermotorisch
mit AGR- Innermotorischmit LNG
- Nachmotorischmit SCR
- Nachmotorischmit DPF
36Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
Inhalt
Gliederung
1. Status Großmotor Emissionen Brennstoffe
2. Lösungsansätze zur NOx-/Partikelminimierung Innermotorische Strategien
− AGR mit CR-Höchstdruckeinspritzung− Erdgas (LNG) mit Zündstrahlverfahren
37Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock
Zusammenfassung / Ausblick
Zusammenfassung / Ausblick Gestiegene gesellschaftlichen Erwartungen an ökologische Standards
werden mittelfristig auch bei Schiffsapplikationen zur einer drastischen Minderung der Schadstoffemissionen (NOx, SOx, PM, Feinstaub) zwingen.
Eine zZ wenig ambitionierte Abgasschadstoff- und CO2-Gesetzgebung für Großmotoren muss durch die Gesetzgebung verändert werden, um so die Marktakzeptanz erneuerbarer Kraftstoffe zu ermöglichen.
1. Status- Motor- Emissionen- Brennstoffe
2. Lösungsansätze /Strategien- Innermotorisch
mit AGR- Innermotorischmit LNG
- Nachmotorischmit SCR
- Nachmotorischmit DPF
3. Fazit
Im Vergleich zu konventionellen Schiffsbrennstoffen führt der Einsatz von LNG bereits zu einer drastischen Minderung/Vermeidung kritischer Emissionen wie NOx, SOx, Partikeln und begrenzt auch von CO2.
Bereits erfolgreich etablierte Technologien für den Nutzfahrzeugmotor können als Weiterentwicklung für den Großmotor herangezogen werden (zBCommon Rail-Höchstdruckeinspritzung, Abgasnachbehandlung, schwefelfreier Qualitätsbrennstoff).
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