TransHyDE-Projekt CAMPFIRE: Umsetzungsprojekt CAMPFIRE-Ammoniak-Energietransportsystem für Import, Mittellast und dynamische Wandlung - TV Liebherr CF08_2.1 Entwicklung eines geeigneten grundlegenden Verbrennungskonzeptes für den Forschungs-Marine-Vollmotor

Abstract

Das Teilvorhaben befasst sich mit der Entwicklung eines Ammoniak‑basierten Marine‑Vollmotors als klimaneutrale Antriebslösung. Da NH₃ schlechte Zünd- und Verbrennungseigenschaften aufweist, wurde zunächst eine Wasserstoff‑Unterstützung über einen NH₃‑Cracker vorgesehen. Ziel war die Definition, Bewertung und Erprobung geeigneter Verbrennungskonzepte – zunächst am 1‑Zylindermotor, anschließend die Übertragung auf einen 6‑Zylindervollmotor. In umfangreichen Untersuchungen wurden verschiedene Einspritz- und Zündkonzepte analysiert. Die Direkteinspritzung von NH₃ erwies sich aufgrund unzureichender Injektortechnik (zu geringe Drücke, schlechte Gemischbildung) als nicht umsetzbar. Das erfolgversprechendste Konzept war eine PFI‑flüssig‑NH₃‑Einspritzung (Port Fuel Injection), unterstützt durch PFI‑H₂‑Einspritzung. Damit konnte eine stabile Verbrennung über den gesamten Lastbereich erreicht werden; die H₂‑Zumischung konnte deutlich reduziert und teilweise sogar vollständig eingespart werden. Höhere Verdichtung, λ≈1 sowie erhöhte Zündenergie waren hierfür entscheidend. Die NOx‑Emissionen sind hoch, lassen sich aber durch ein SCR‑System (Selective Catalytic Reduction) gut nachbehandeln; N₂O‑Emissionen bleiben niedrig. Parallel wurden umfangreiche konstruktive Arbeiten durchgeführt: Entwicklung von NH₃‑ und H₂‑Einspritzsystemen, Bereitstellung von Prototypinjektoren, Anpassung von Kolben, Zylinderköpfen und Ansaugsystemen, Aufbau von Rails und Motorsteuerungsfunktionen. Zusätzlich wurde ein umfassendes Sicherheitskonzept für Sensorik, Steuergeräte und Anlagenintegration abgeleitet. Für den 6‑Zyl.-Vollmotor erfolgten Umbau, Komponentenbeschaffung, Containerintegration und Inbetriebnahme mit dem Projektpartner 2G. Ein vollständiger Betrieb im Kompetenzzentrum Poppendorf (COIL) war jedoch aufgrund von Verzögerungen (Ausstieg eines Partners, verspätete Fertigstellung der Infrastruktur) nicht mehr möglich. Eine wasserstoffbasierte Teillastinbetriebnahme konnte dennoch erfolgreich durchgeführt werden. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass ein klimaneutraler NH₃‑Motor technisch realisierbar ist und dass insbesondere das PFI‑NH₃‑Konzept mit optimierter Zündung ein hohes Potenzial besitzt – möglicherweise sogar ohne Cracker. Für eine vollständige Evaluierung sind jedoch weitere Vollmotorversuche erforderlich.