Schlussbericht Verbundvorhaben MeOHmare - CO2-neutrale schnelllaufende Marine-Verbrennungsmotoren auf Basis regenerativ erzeugten Methanols

Abstract

Das Teilprojekt der Rolls-Royce Solutions GmbH (RRS) innerhalb des Verbundvorhabens MeOHmare hatte das übergeordnete Ziel, ein Motorkonzept auf Basis von regenerativ erzeugtem Methanol zu entwickeln und experimentell nachzuweisen. Leitanwendung für das Motorkonzept ist der Sektor kommerzielle Marine. Ausgerichtet an der Leitanwendung der kommerziellen Schifffahrt wurden Motorkonzepte und Subsysteme anhand von Kriterien wie u.a. der technologischen Reife, Komplexität, Systemkosten als auch Performance (stationär als auch dynamisch) bewertet und zielgerichtet entwickelt. Ein zentrales Element dabei ist die Leistungsdichte, aufgrund von verfügbarem Bauraum und Reichweitenansprüchen des Zielsegmentes. Ziel war es im Projekt eine Zylinderleistung von 125 kW unter Einhaltung der IMO-III-Stickoxidgrenzwerte darzustellen. Auf Basis der mtu Baureihe 4000 wurde ein zielführendes Motorkonzept für die Marineanwendung entwickelt und vollständig für den Betreib mit Methanol als Kraftstoff modifiziert. Dies umfasste im Wesentlichen die Verbrennungsgruppe, das Kraftstoffsystem, die Aufladung, das Motormanagement und eine Abgasnachbehandlung für emittierte Kohlenwasserstoffe. Die technologische Reife des Gesamtsystems eines schnelllaufenden Marine-Verbrennungsmotors mit Kraftstoff Methanol wurde im Verlauf des Vorhabens von TRL3 auf TRL6 angehoben. Hierbei wurden spezifische Anforderungen der maritimen Leitanwendung konzeptionell im Anforderungsmanagement berücksichtigt und experimentell validiert. The subproject of Rolls-Royce Solutions GmbH (RRS) within the joint research initiative MeOHmare had the overarching objective of developing and experimentally validating an engine concept based on renewable methanol. The primary application for this engine concept is the commercial marine sector. Aligned with the lead application of commercial shipping, various engine concepts and subsystems were evaluated and systematically developed based on criteria such as technological maturity, complexity, system costs, and performance (both stationary and dynamic). A key factor in this context is power density, driven by the limited installation space and range requirements of the target segment. The project aimed to demonstrate a cylinder output of 125 kW while complying with IMO Tier III nitrogen oxide (NOₓ) emission limits. Based on the mtu Series 4000 platform, a suitable engine concept for marine applications was developed and fully adapted for operation on methanol as a fuel. This primarily included modifications to the combustion system, the fuel system, the charge air system, the engine management system, and the exhaust aftertreatment for hydrocarbon emissions. Over the course of the project, the technological readiness level (TRL) of the overall system of a high-speed marine methanol engine was advanced from TRL 3 to TRL 6. Specific requirements of the marine application were addressed within the requirements engineering process and experimentally validated.