Forschung

NAMOSYN – Sustainable Mobility with Synthetic Fuels

Kurzdarstellung

Im Forschungsverbundvorhaben „NAMOSYN“ ist es das Ziel, synthetische Kraftstoffe für Diesel- und Ottomotoren zu entwickeln und zu testen, die nachhaltig produziert und genutzt werden können. Neben dem Klimaaspekt besteht ein wesentlicher Vorteil dieser Kraftstoffe darin, die günstigen Verbrennungseigenschaften mit Blick auf die lokale Emission von Stickoxiden und Feinstaub zu senken. NAMOSYN entwickelt kostengünstige und energieeffiziente Herstellverfahren für sogenannte E-Fuels und testet diese Kraftstoffe auch im Motor.

Die Beteiligung von MPA-IfW gliedert sich dabei in nachfolgend skizzierte Arbeitspakete.

AP1: Identifikation kraftstoffstimulierender Komponenten in Oxygenaten
Aufbauend auf einer Sachstanderhebung zur chemischen Zusammensetzung synthetischer Kraftstoffe werden potenziell korrosionsstimulierende Komponenten identifiziert und in einem Ranking – zur Einschätzung der Kritikalität – klassifiziert. In diesem Zusammenhang werden zudem die möglicherweise korrosionsbegünstigenden Einflüsse infolge Bildung von Oxidations- und Zersetzungsprodukten bei der Kraftstoffalterung berücksichtigt.

AP2: Weiterentwicklung und Anpassung bereits etablierter Prüfmethoden an Oxygenate
Gegenstand dieses Arbeitspakets ist die Bereitstellung einer geeigneten experimentellen Prüfmethodik für eine effiziente Erzeugung belastbarer Ergebnisse. Dies ist eine erforderliche Voraussetzung für die Übertragbarkeit in Feldanwendungen und damit für eine hohe wissenschaftliche und wirtschaftliche Verwertbarkeit der Ergebnisse. Für eine valide Versuchsmethodik werden im Rahmen von exemplarischen Auslagerungsversuchen der Reaktorwerkstoffe die Materialbeständigkeit und damit die zulässige Verwendung als Reaktormaterial nachgewiesen. Darüber hinaus wurde überprüft, ob und inwiefern sich die bislang erfolgreich verwendeten Dichtmaterialien (u.a. FKM, FFKM, PTFE) im Einsatz mit Oxygenaten eignen. Neben Immersionsversuchen wird das Korrosionsverhalten auch elektrochemisch instrumentiert untersucht. Ein wesentliches Ziel dieser Versuche ist es, ein Screening-Verfahren zur Prüfung einer großen Werkstoff-Kraftstoff-Vielfalt mit vergleichsweise kurzen Versuchsdauern zu realisieren. Darüber hinaus eignen sich elektrochemische Versuchsmethoden auch, um korrosionsinitiierende Vorgänge zu erfassen und zu charakterisieren. Daraus sind dann wiederum Aussagen zur Kinetik der vorliegenden Korrosionsmechanismen möglich.

AP3: Medienbeständigkeit von Oxygenaten
Zur Ermittlung der grundsätzlichen Medienbeständigkeit gegenüber Oxidation beziehungsweise thermisch-induzierter Zersetzung werden relevante Einflussfaktoren variiert und deren Auswirkungen auf das Beständigkeitsverhalten der Kraftstoffe vorwiegend mittels nasschemischer Methoden stofflich analysiert werden. Bei den Einflussfaktoren handelt es sich zunächst primär um die Parameter Temperatur und Auslagerungsdauer. Ergänzend dazu wird auch der Einfluss des Sauerstoffpartialdruckes (Oxidation) sowie ein möglicher katalytischer Einfluss durch Wechselwirkung mit Metallen (Werkstoffe, Reaktormaterialien) ermittelt. Anhand der Ergebnisse ist eine wissenschaftlich fundierte Einschätzung der Intensität und Wirkungsweise der genannten potentiellen Einflussgrößen sowie die Schaffung eines grundsätzlichen Verständnisses über die Medienalterung von Oxygenaten.

AP4: Reaktorimmersionsversuche zur Bewertung der grundsätzlichen Materialverträglichkeit
Im Rahmen des Verbundvorhabens wurde zunächst eine möglichst breite Vielfalt praxisrelevanter metallischer Werkstoffe zur Bewertung einer grundsätzlichen Interaktion mit relevanten Oxygenaten untersucht. Die Versuchsdurchführung ist dabei an das bereits etablierte Prüfblatt VDA230-207 angelehnt. Der Nutzen bei der Auslegung von kraftstoffführenden Bauteilen ist als außerordentlich hoch einzustufen, da die Werkstoffauswahl direkt an die vorliegenden Kraftstoffbedingungen angepasst werden kann. Als eine Art Screening-Methodik für eine vergleichsweise schnelle Werkstoff-Vorausauswahl werden ferner elektrochemisch-instrumentierte Versuchsmethoden entwickelt. Ein Vorteil liegt in der Möglichkeit zur wissenschaftlich vertiefenden Klärung relevanter Korrosionsmechanismen. Das Wissen darüber kann wiederum bei der praxisgerechten Werkstoffauswahl bereits zu einem frühen Zeitpunkt etwaiger Produktentwicklungsstadien hinsichtlich Produktqualität, Kosten und Entwicklungszeiten in hohem Maße nutzbringend eingesetzt werden.

AP5: Untersuchung der Anfälligkeit gegenüber SpRK bei mechanisch-korrosiver Beanspruchung
Kraftstoffführende Bauteile im automobilen Einsatz sind meist nicht nur rein korrosiv durch Interaktion mit dem vorliegenden Kraftstoff beansprucht. Durch äußere mechanische Lasten (statisch bzw. zyklisch) bzw. durch Eigenspannungen liegt oftmals überlagert auch eine mechanische Beanspruchung vor. Im Rahmen des Vorhabens wird zunächst die Anfälligkeit gegenüber SpRK unter Einfluss sowohl einer statischen als auch einer kontinuierlich (Slow-Strain-Rate) beziehungsweise sukzessiv ansteigenden (Step-Load) Zugbeanspruchung für relevante Werkstoff-Kraftstoffpaarungen untersucht. Für eine zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse sowie zur Klassierung geeigneter Medien und Werkstoffe wird abschließend eine Bewertungsmatrix in Abhängigkeit der geforderten Beanspruchungen (Leitfaden) erarbeitet werden.