Verbundvorhaben CliNeR-ECo: Bewertung von Multi-Fuel-Retrofitlösungen für klimaneutrales e-Methanol und Ammoniak in maritimen Großmotoren; Teilprojekt WTZ: Untersuchungen zur Entwicklung von e-Methanol-Retrofit-Konzepten und Potenzialabschätzung weiterer erneuerbarer Kraftstoffe

Abstract

Im Verbundvorhaben CliNeR-ECo untersuchte die WTZ Roßlau gGmbH Retrofit-Konzepte für den Einsatz klimaneutraler Kraftstoffe in maritimen Bestandsmotoren. Ziel war es, insbesondere e-Methanol als CO2-neutral herstellbaren Schiffskraftstoff in bestehenden Diesel- und Dual-Fuel-Motoren nutzbar zu machen und damit eine kurzfristig umsetzbare Option zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen in der Schifffahrt bereitzustellen. Im Teilvorhaben wurden am schnelllaufenden Einzylinder-Forschungsmotor FM18 sowie am mittelschnelllaufenden Großmotor FM32 verschiedene Methanol-Dual-Fuel-Brennverfahren experimentell untersucht. Im Mittelpunkt standen die Gemischbildung, die Diesel-Piloteinspritzung, die erreichbaren Methanolanteile, Wirkungsgrad, Verbrennungsstabilität sowie Emissionsverhalten. Ergänzend wurden Technologiebausteine wie Abgasrückführung, Methanol-Direkteinspritzung sowie der Betrieb mit Ammoniak-Wasserstoff-Gemischen bewertet. Mit dem am FM18 entwickelten METHANOL-I-Setup konnte ein robustes Methanol-Diesel-Dual-Fuel-Brennverfahren dargestellt werden. Über das Kennfeld wurden energetische Methanolanteile von bis zu 96,5 % und eine Treibhausgasreduktion von rund 91 % gegenüber dem Dieselbetrieb nachgewiesen. Am FM32 konnten im praxisnahen Großmotorbetrieb ebenfalls CO2-Einsparungen von über 90 % im relevanten Lastbereich erreicht werden. Die Abgasrückführung erwies sich als wirksamer Stellhebel zur deutlichen NOx-Minderung und zur Annäherung an IMO-Tier-III-Anforderungen. Die Ergebnisse zeigen, dass e-Methanol-Retrofitlösungen ein hohes technisches und wirtschaftliches Potenzial für die Dekarbonisierung bestehender Schiffsantriebe besitzen. Die gewonnenen Versuchsdaten bilden eine belastbare Grundlage für die Weiterentwicklung industriell verwertbarer Retrofit-Systeme, Motorregelungen und Kraftstoffversorgungskonzepte. In the joint project CliNeR-ECo, WTZ Roßlau gGmbH investigated retrofit concepts for the use of climate-neutral fuels in existing marine engines. The objective was to enable the use of e-methanol, a CO2-neutral marine fuel, in existing diesel and dual-fuel engines, thereby providing a short-term and practical option for reducing greenhouse gas emissions in the maritime sector. Within the subproject, various methanol dual-fuel combustion concepts were experimentally investigated using the high-speed single-cylinder research engine FM18 and the medium-speed large-bore engine FM32. The studies focused on mixture formation, diesel pilot injection, achievable methanol substitution rates, efficiency, combustion stability, and emission behavior. In addition, technology components such as exhaust gas recirculation (EGR), direct methanol injection, and operation with ammonia-hydrogen fuel blends were evaluated. Using the METHANOL-I setup developed on the FM18 engine, a robust methanol-diesel dual-fuel combustion process was successfully demonstrated. Across the engine map, energetic methanol shares of up to 96.5% were achieved, resulting in a greenhouse gas reduction of approximately 91% compared to conventional diesel operation. On the FM32 engine, CO2 reductions of more than 90% were also achieved in the relevant load range under realistic large-engine operating conditions. Exhaust gas recirculation proved to be an effective measure for significantly reducing NOx emissions and for moving closer to compliance with IMO Tier III requirements. The results demonstrate that e-methanol retrofit solutions offer substantial technical and economic potential for the decarbonization of existing marine propulsion systems. The experimental data generated provide a solid basis for the further development of industrially applicable retrofit systems, engine control strategies, and fuel supply concepts.