Verbrennungsmotor 20.09.2021, 14:00 Uhr

Alternative zu E-Antrieb: Neuer Treibstoff hat erstaunliche Eigenschaften

Wie lässt sich die Klimabilanz von Traktoren und Lkw verbessern, bis auch sie eines Tages schadstofffrei unterwegs sein können? Die TU Wien rückt Bio-Ethanol in den Fokus. Denn ihre Studie zeigt: Er ist eine umweltfreundliche Alternative.

Traktor

Zum Beispiel für Traktoren und schwere Landmaschinen könnte Bio-Ethanol, auch Biodiesel genannt, eine Alternative sein.

Foto: panthermedia.net/DuxX73

Das Ziel ist ein emissionsfreier Verkehr, aber bis dahin ist es noch ein sehr langer Weg. Gerade Baumaschinen, Lkw, Traktoren und andere Landfahrzeuge, die einen extrem hohen Energieverbrauch haben, können nicht so schnell auf Elektromobilität umgestellt werden. Die Kapazitäten der Akkus reichen derzeit für eine effektive Nutzung dieser Fahrzeuge noch nicht aus. Allerdings kann es auch keine Lösung sein, weiterhin Diesel zu nutzen und die Klimaziele zu ignorieren.

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Die Technische Universität Wien hat sich daher eingehend mit dem Thema Ethanol-Diesel ED95 (Biodiesel) beschäftigt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien haben in Kooperation mit der Firma AGRANA eine Studie durchgeführt, die auf früheren Untersuchungen der Firma Scania in Schweden basiert. Nach Angaben der Forschenden war es das erste Mal, dass sie die Emissionen von Ethanol-Diesel an einem Motorenprüfstand im Detail gemessen haben.

Der Bio-Ethanol ED95 verursacht 90% weniger Emissionen

Als Kraftstoff haben sie Bio-Ethanol mit der Bezeichnung ED95 verwendet. Die Mischung stammt aus Schweden. Es handelt sich dabei um ein sogenanntes additiviertes Ethanol. Der Alkohol ist dabei mit einem Zusatz von 5% an Zündverbesserer und Schmiermittel ausgestattet. Pflanzliche Rohstoffe bilden die Grundlage für das Ethanol selbst, das deshalb den Beinamen Bio trägt: Bei der Verbrennung des Kraftstoffes wird die gleiche Menge an Kohlenstoffdioxid (CO2) freigesetzt, die von den Pflanzen zuvor aus der Atmosphäre aufgenommen wurde. Entsprechend gut ist die Klimabilanz des Biodiesels. Weitere positive Faktoren seien laut dem Studien-Team die Zusatzstoffe und der hohe Wirkungsgrad des Dieselmotors. Unterm Strich vermelden sie eine CO2-Reduktion von etwa 90% (well-to-wheel), im Vergleich mit einem Verbrennermotor, der mit herkömmlichem Diesel betrieben wird.

Grafik
Diese Grafik zeigt deutlich, wie gut Bio-Ethanol im Vergleich zu herkömmlichem Diesel abschneidet.

Foto: TU Wien

Fabrik
Die Produktion des Bio-Ethanols ist gut erprobt, die Pflanzen als Rohmaterial sind aber begrenzt.

Foto: AGRANA_APA/Schedl

Motorenprüfstand
An einem Motorenprüfstand wurden die Abgaswerte detailliert gemessen.

Foto: TU Wien

Allerdings ist es nicht möglich, einfach den Zapfhahn zu wechseln und Bio-Ethanol ED95 statt Diesel zu tanken. Der Motor muss für diesen alternativen Kraftstoff umgerüstet werden. Das heißt auch, dass ein wechselnder Betrieb von Biodiesel und Diesel – je nach Verfügbarkeit – aktuell nicht möglich ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind der Ansicht, dass sich eine Umrüstung vor allem für schwere Nutzfahrzeuge eignen würde. Auch ein Einsatz im nicht-mobilen Bereich, etwa für Arbeitsmaschinen oder Generatoren, sei denkbar.

Bio-Ethanol verbessert auch Rußausstoß und Stickstoffwerte

Das sind die Messergebnisse zum Bio-Ethanol: Am Motorenprüfstand war ED95 nahezu rußfrei und schnitt um Länge besser ab als fossiler Diesel. Das hat Folgen. Denn wenn normaler Diesel verwendet wird, hängt die Stickstoffemission von den ausgestoßenen Partikeln ab. Es wäre also möglich, den Motor so abzustimmen, dass ED95 auch beim Stickstoff viel bessere Werte erzielt.

Deutz stellt Wasserstoffmotor vor – der hat eine Besonderheit

„Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass nachhaltig hergestellter Bio-Ethanol-Diesel erfolgreich als Ersatzkraftstoff in einem modifizierten Dieselmotor eingesetzt werden kann und dass dieses Konzept der Umwelt erhebliche Vorteile bringt“, sagt Institutsvorstand Bernhard Geringer.

„In manchen Bereichen, etwa beim Lkw-Verkehr, bei Baumaschinen oder Traktoren, hat die Elektromobilität noch ihre Grenzen. Mit Ethanol-Diesel könnte man gerade in diesen Bereichen die Nachhaltigkeit und das Emissionsverhalten deutlich verbessern. Eine interessante Möglichkeit wäre es auch, Ethanol-Diesel in sogenannten seriellen Hybridfahrzeugen einzusetzen, bei denen der Verbrennungsmotor nicht direkt mechanisch an die Räder gekoppelt ist, sondern dazu dient, Energie für den Elektromotor bereitzustellen.“



Bio-Ethanol als Ergänzung zur Elektromobilität

Klar ist bei diesem Ansatz aber auch: Bio-Ethanol kann keine generelle Alternative zur Elektromobilität darstellen. Denn für die Herstellung des emissionsarmen Kraftstoffes wird ja Pflanzenmaterial verwendet, und das kann nur in begrenzten Mengen zur Verfügung gestellt werden. Schließlich darf es keine Flächenkonkurrenz mit der Lebensmittelproduktion geben. Die Forschenden schätzen das Thema Biodiesel daher als ein interessantes Produkt und als Alternative zum E-Antrieb für Nischen ein. Damit sind eben jene Fahrzeuge gemeint, die sich derzeit noch nicht ohne Probleme auf Elektromotoren umstellen ließen.

Wasserstoff-Verbrennungsmotor für Nutzfahrzeuge

Einen anderen Ansatz wählt derzeit Nutzfahrzeuge-Hersteller Deutz mit einemWasserstoffantrieb, der ohne Akku oder Brennstoffzelle auskommt: Der sechszylindrige Motor mit dem Namen TCG 7.8 H2  verbrennt Wasserstoff, statt daraus Strom für einen Elektromotor zu gewinnen. Der Verbrenner soll in Landwirtschaftsmaschinen, Off-Road-Fahrzeugen oder Baumaschinen eingesetzt werden. Die Serienproduktion soll 2024 starten.

Gänzlich neu ist das Konzept nicht. BMW hat bereits 1979 seinen ersten Wasserstoff‐4‐Zylindermotor vorgestellt. Im Kofferraum befand sich der Druckbehälter für den Wasserstoff, der im flüssigen Zustand bei minus 250 Grad Celsius eingefüllt wurde. Und im Jahr 2007 hatte der Autobauer sein Modell Hydrogen 7 vorgestellt: Verbaut war ebenfalls ein Wasserstoffverbrennungsmotor. Das Auto ging aber nie in Serie, es blieb beim Prototypen.

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Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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