ENERGIE Treibstoffe oder Treibstoffe aus erneuerbaren Energien wirtschaftlich verfügbar sind. Am Beispiel von Ethanol untersucht LAVDoktorand Karel Steurs das Klopfverhalten Ethanol-betriebener Motoren. Ethanol kommt schon heute mehr und mehr bei Otto-Motoren zum Einsatz. Bei einer Oktanzahl von 107 – 108 lässt sich der Treibstoff hoch verdichten. Das schafft die Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad. Einen anderen Ansatz zur Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren verfolgt Patrik Soltic. Er hat mit seinen Forscherkollegen von der Empa einen neuartigen Mechanismus entwickelt, der die Ein- und Auslassventile nicht mehr mechanisch über die Nockenwelle steuert, sondern hydraulisch. Ziel ist, die Zufuhr des Brennstoffgemischs in den Brennraum und das Ausströmen der Abgase aus dem Brennraum von Zyklus zu Zyklus flexibel regeln zu können. Die Idee ist nicht neu. Für solche hydraulischen Systeme wurden schon mehrere Hundert Patente angemeldet. Das System der Empa arbeitet laut Soltic nun aber erstmals so energiearm, dass ein marktfähiges System in Sicht ist. Mit Blick auf eine spätere Kommerzialisierung durch einen Industriepartner baut die Empa zur Zeit ein Funktionsmuster, mit dem die Forscher auch die noch bestehenden Probleme wie der Dichtigkeit der Ventile in den Griff bekommen wollen.
Funktionsmuster (Versuchsaufbau) des hydraulischen Ventiltriebs EVA, an dem Empa-Forscher gegenwärtig arbeiten. Die Druckspeicher sind rechts zu sehen, die aufgewickelten Hydraulikzuleitungen dienen der Volumenstrommessung mittels Indikatormethode, der Ventiltrieb ist links zu sehen. Unten sieht man den Fluidtank, die Hydraulikpumpe sowie die Druckregler.
Grundlagenforschung rund um Gasturbinen und -motoren Grosses Forscherinteresse ziehen aktuell alle Themen rund um die Weiterentwicklung der Gasturbinen und Gasmotoren
Seite 28
auf sich. Gasturbinen könnten in Zukunft tors, aber auch zur Variabilität zwischen in Gaskombikraftwerken und Gasmotoden einzelnen Verbrennungszyklen. LAVren in Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen Doktorandin Stéfanie Schlatter untersucht einen Beitrag zur Schweizer Energieverdie Piloteinspritzung, bei der das Gasgesorgung leisten. «Gasturbinen werden misch nicht von einer Zündkerze gezünals das flexible Element in der Energiedet wird, sondern es wird ein Dieselstrahl produktion gesehen», sagt Dr. Salvatore in die Brennkammer eingespritzt, der das Daniele, Forscher an der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) in Windisch. Sie sollen mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden können (Fuel-Flex), aber auch flexibel in Teillast betrieben werden können (Load-Flex). Mit diesem Ziel erforscht Daniele am COB- Stéfanie Schlatter, Verbrennungsforscherin an der ETH Zürich, untersucht im Rahmen RA-Prüfstand an der ihrer Doktorarbeit die Piloteinspritzung, bei der ein Dieselstrahl das Gas-Luft-Gemisch FHNW die «gestufte durch Selbstzündung zur Reaktion bringt (analog zum Dieselmotor). Dank dieser Technologie sollen Gasmotoren künftig mit verschiedenen Brennstoffen bzw. Brennstoffen Verbrennung» in ei- verschiedener Qualität betrieben werden können. ner Gasturbine mit zwei Brennkammern. «Unser System erGas-Luft-Gemisch durch Selbstzündung reicht das Load-Flex-Ziel, aber auch die (analog zum Dieselmotor) zur Reaktion Emissionsziele. Nun arbeiten wir an Fubringt. Diese Technologie – früher sprach el-Flex, an der Verbesserung der zweiman von Zündstrahlmotoren – könnten Brennkammer und der Modellierung te einen Weg ebnen, Gasmotoren künfmit CFD (computional fluid dynamics)», tig mit verschiedenen Brennstoffen bzw. zieht Daniele Zwischenbilanz. Yu-Chun Brennstoffen verschiedener Qualität beLin untersucht am PSI, mit weltreiben zu können. Jann Koch und Marcher Geschwindigkeit die Flamtin Schmitt – wie Schlatter Doktoranden me beim Verbrennungsprozess am LAV – setzen die Simulationswerkzeuden Brennstoff umge LES (Large Eddy Simulation) und DNS setzt, und dies spezi(Direct Numerical Simulation) ein, um die ell für wasserstoffhaltiminimalen Schwankungen zwischen den ge Brenngasgemische, einzelnen Verbrennungszyklen (etwa im aber auch für Biogas/ Strömungsverhalten) beschreiben zu Erdgas und Methan. können. Dies könnte dereinst helfen, die Auch hier handelt es sich Schwankungen zu verringern und damit um Grundlagenwissen, klopffreien und emissionsarmen Gasmodas künftig unter anderem toren der nächsten Generation den Weg helfen könnte, Brenner so auslezu ebenen. gen, dass bei den unterschiedlichen Brennstoffen kein Flammenrückschlag Forschen über Grenzen hinweg erfolgt. «Das sind wichtige ForschungsanEine vielfältige Verbrennungsforschung sätze, denn mit der Klimathematik treten ist in einer Zeit, in der fossile BrennstofBrenngase mit Anteilen von Wasserstoff, fe am politischen Pranger stehen, nicht bei deren Verbrennung weniger CO2 entmehr selbstverständlich. Dietmar Goericke, Geschäftsführer der Forschungsversteht, immer stärker in den Fokus», sagt Peter Jansohn, Leiter der Verbrennungseinigung Verbrennungskraftmaschinen forschung am PSI. (FVV) in Frankfurt, einem Netzwerk der Motoren- und Turbinenforschung, brachRund um die Gasmotoren betreiben Wiste das Dilemma an der Zürcher Verbrensenschaftlerinnen und Wissenschaftler nungstagung auf den Punkt: «Glückliche heute eine breite Palette von GrundlagenSchweiz, hier gibt es noch Verbrennungsforschung, zum Zündvorgang und zum forschung – bei uns gibt es nur noch Elektromotoren», sagte Goericke mit Blick auf Verbrennungsprozess im Brennraum, dem Herzstück des VerbrennungsmoDeutschland mit einem Schuss Sarkasmus.