TEME2030+ - Technologieevaluation für Marinemotoren zur Erreichung der THG-Ziele 2030 - Entwicklung eines modularen Wasserstoff-Mess- und Überwachungssystems für das Kurbelgehäuse maritimer und stationärer Großmotoren

Abstract

Das Verbundvorhaben TEME2030+ beschäftigte sich mit der Potenzialbewertung von Technologiepaketen, welche insbesondere der künftigen Minderung von Methanemissionen an Dual-Fuel-Marinemotoren dienen. Dabei galt die sichere Einhaltung der bestehenden internationalen Stickoxidgrenzwerte nach IMO Tier III als Minimal-, bzw. Initialanforderung. Betrachtet wurden dabei im Zentrum des Projektes drei unterschiedliche Brennverfahren, welche sich hinsichtlich des zur Anwendung kommenden Brenngasdruckes (Nieder-, Mittel- und Hochdruck) sowie der Position der Gaseindüsung (Einlasskanal- und Direkteinblasung) voneinander unterschieden. Als Basis- Brennverfahren wurde das zunächst etablierte und weit verbreitete ND-Verfahren, (Niederdruckeindüsung des Brenngases) hinsichtlich bereits vielfältig vorhandener Daten und als Stand der Technik, bezüglich der entstehenden Methanemissionen untersucht, ehe am Versuchsträger (Forschungsmotor CAT 1M34DF) die alternativen und neuartigen Verfahren (Mittel- und Hochdruckeindüsung) appliziert wurden. Je nach Anwendungsfall, erwartete man von den beiden zuletzt genannten Eindüsungsverfahren eine merkliche innermotorischen Reduktion der Stickoxidemissionen und der dadurch möglichen Betriebspunktverschiebung in Richtung niedriger CH4 Emissionen, bei einer zuvor durchgeführten Wasserstoffzudosierungvon bis zu 30 Vol.% im Brenngas (LNG). Dabei standen einerseits die Auswirkungen auf die Verbrennung und die Emissionen im Fokus, andererseits die Auswirkungen auf die Kurbelgehäuseatmosphäre, die sogenannte Blow-by- Atmosphäre. Die Aufgabe von Schaller Automation Industrielle Automationstechnik GmbH & Co. KG bestand demnach in der Entwicklung einer Sensorplattform zur stetigen Überwachung der Gaszusammensetzung (Blow-by) im Kurbelgehäuse, unter Beachtung der jeweiligen Explosionsschutzgrenzen. Hierbei soll die Überwachung auf Basis der selektiven Erfassung (auch sog. Detektion) von Wasserstoff- und Methankonzentrationen innerhalb der Blow-by- Atmosphäre erfolgen, d. h. als vollumfängliche Zustandsüberwachung des Kurbelgehäuses, infolge von Verschleiß des Kolbenring-Dichtungspakets, oder Schäden an der Kolbenring- Laufbuchse, bzw. auch durch initiales Durchblasen nach lokaler Überhitzung im Kolbenboden. Als Ergebnis des Teilvorhabens ging ein technisches Konzept sowie ein getestetes GasMOS H2- Prototypensystem nach Reifegrad TRL6 hervor, auf Basis dessen die Serienentwicklung und Markteinführung künftig forciert werden kann. Das finale System dient des Weiteren als Ausgangsbasis für die Weiterentwicklung von Überwachungssystemen für andere Sonderbrenngase. Darüber hinaus bietet das Prototypensystem, neben der Nutzung für das Kurbelgehäuse, eine Applikation zur Überwachung der Ballastwassertanks auf Schiffen, insbesondere auf Containerschiffen.