Der Einfluss von flüssigen und gasförmigen alternativen Kraftstoffen auf die Emissionen von Kraftfahrzeugen bei der ottomotorischen Verbrennung

Abstract

Ethanolternalkraftstoffe stellen eine geeignete flüssige Bio-Alternative zu fossilen Benzinkraftstoffen dar. In ähnlicher Weise lässt sich aufbereitetes Biogas zum Erdgas beimischen oder auch als Erdgasersatz verwenden. Aus diesem Grund werden weltweit verschiedenste Konzepte für alternative Kraftstoffe und deren Beimischung am Markt angeboten. In der vorliegenden Arbeit werden die Tank-to-Wheel Auswirkungen und Potenziale der alternativen Kraftstoffe Bioethanol und Biogas auf Betriebs- und Emissionsverhalten eines Ottomotors ausführlich beleuchtet.<br />Aufgrund der Zusammensetzung des Kraftstoffes ergibt sich im Vergleich zu Eurosuper bei einem Kraftstoff mit 85% Ethanolanteil ein CO2-Minderungspotezial von etwa 4% im Vergleich und bei dem gasförmigen Kraftstoff Erdgas von 23%. Die derzeitigen Mess- und Berechnungsmethoden für die Emissions- und Verbrauchsberechnung nach der Constant Volume Sampling Methode bezogen sich bisher ausschließlich auf fossilen Kraftstoff ohne biogenen Anteil. Anpassungen beim rechtlichen Regelwerk bzw. bei den Berechnungsformeln werden durch die neuen Kraftstoffe dringend notwendig. Fahrzeuguntersuchungen am Rollenprüfstand bestätigen die theoretischen Betrachtungen. Für die limitierten Schadstoffemissionen (HC, CO, NOx) sind aus den Ergebnissen des Fahrzeugtests keine signifikanten Auswirkungen bei geringen Ethanol-Beimischungen bis 10% während der verschiedenen Fahrzyklen zu erkennen. Für die Kraftstoffmischung mit 85% Ethanolanteil ergeben sich im Fahrzyklus besonders beim Start bei tiefen Temperaturen deutliche Verschlechterungen bei den CO- und den HC-Emissionen. Diese Erkenntnis legt die Einführung eines speziellen Winterkraftstoffes mit abgesenktem Ethanolanteil (z. B. 75%) nahe.<br />Für die mit Biogas / CNG betriebenen Fahrzeug ergibt sich sowohl bei den HC- Emissionen eine leichte als auch bei den CO- und NOx-Emissionen eine deutliche Absenkung. Bei den untersuchten nichtlimitierten Schadstoffemissionen gibt es teilweise deutliche Anstiege während des Kaltstarts die jedoch nach dem Katalysator light-off gut konvertiert werden.<br />