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27.10.2014 | Motorentechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Die Renaissance der Wassereinspritzung säubert Dieselabgase

Autor:
Andreas Burkert

Binnenschiffe haben nicht immer den besten Ruf. Zu stark belasten die Emissionen der Dieselmotoren die Umwelt. Zwei Erfindern ist es nun gelungen, die Rußemissionen mittelschnelllaufender Dieselmotoren nahezu vollständig zu eliminieren - mit der Wassereinspritzung.

Es muss nicht immer ein Straßenfahrzeug sein. Erhebliche Mengen an Ruß werden auch abseits befestigter Fahrbahnen, etwa von mittelschnelllaufenden Dieselmotoren, wie sie auch für Binnenschiffe verwendet werden, ausgestoßen. Weil das dem Gesetzgeber ein Dorn im Auge ist, versuchen Ingenieure auch solche Motoren abgasoptimiert zu modifizieren - etwa mit dem Hinzufügen von Wasser. Dass sich dadurch die Emissionen zum Teil erheblich verbessern lassen, hat Christian Bartsch in seinem Beitrag "Mit Wasser gegen Rußemissionen" aus der MTZ 10-2014 herausgefunden.

Für seinem MTZ-Report hat er dazu zum einen historische Belege für das Prinzip der Wassereinspritzung gefunden, demnach die ersten Versuche, dem erdölbasierten Kraftstoff Wasser zuzusetzen, annähernd bis zur Erfindung des Dieselmotors zurückreichen. So zitiert Bartsch den Autoren Friedrich Sass, der in seinem Buch Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaues auf Otto Vollnhals hinweist, der um 1910 einen Petroleum-Glühkopfmotor mit einem Gemisch aus Luft, zerstäubtem Kraftstoff und Wasser betrieb. Da der Verbrauch zu hoch lag, wurde die Produktion aufgegeben. Zum anderen analysiert Bartsch die jüngste Entwicklung der beiden Ingenieure Stefan Fischer und Uwe Israel, die ein neues Verfahren für die Wasserzugabe entwickelten, "mit dem Ziel der optimalen Rußreduktion". Beide machten sich im Übrigen im Januar 2012 mit ihrem Exomission genannten Unternehmen selbstständig.

Regelbarkeit der Wassereindosierung

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Darüber hinaus übernahmen sie alle Rechte an einem Patent für eine schaumunterdrückende, mechanisch-hydraulische Emulgiervorrichtung. "Sie erlaubt das Eindosieren von Wasser ohne Zugabe von Chemikalien in den Kraftstoffstrom im Niederdruckteil der Einspritzung und die vollständige Vermischung beider Flüssigkeiten unabhängig vom Mischungsverhältnis", beschreibt Bartsch das Prinzip. "Der besondere Reiz dieses Verfahrens ist die Regelbarkeit der Wassereindosierung". Damit kann der Motor mit Dieselkraftstoff ohne Wasserzugabe gestartet werden. Zudem wird beim Stopp des Motors zuerst die Wasserzufuhr abgeschaltet. Der Motor läuft mit dem normalen Kraftstoff so lange weiter, bis alle kraftstoffführenden Bauteile saubergespült sind.

Wie erfolgreich dieses Verfahren ist, wurde beim TÜV Nord in Essen protokolliert. Dazu wurde auf einem Prüfstand ein älterer Nfz-Dieselmotor montiert, der für die Euro III ausgelegt war und die Rußemission in Abhängigkeit von Last und Drehzahl sowie mit unterschiedlichem Wasseranteil untersucht. Die Ergebnisse erstaunen: "Bei Volllast und 30 Prozent Wasseranteil war der Ruß völlig verschwunden. Bei geringerer Last und Drehzahl verschwand er bei 40 Prozent Wasser ebenfalls vollständig. NOx wurde mit steigendem Wasserzusatz reduziert, in diesem Fall bis zu 30 Prozent, während der Kraftstoffverbrauch um maximal 3 Prozent sank".

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Und auch die Prüfungen im Schiff verliefen vielversprechend. Die beiden Ingenieure erprobten ihr Verfahren an einem Sechszylinder-Vierventil-Turbodieselmotor mit Ladeluftkühler, dessen Einzeleinspritzpumpen den Kraftstoff mit 1500 bar einspritzen. Das Wasser wird mit etwa 10 bar in die Kraftstoffleitung vor den Einspritzpumpen einemulgiert. Der Wärtsilä-Motor 6L20 mit einem Hubraum von 52,8 l verfügt über eine Leistung von 1176 kW bei 1000/min und verbraucht je nach Fahrgeschwindigkeit zwischen 80 und 200 l Kraftstoff/h.

Die dokumentierten Ergebnisse hält Bartsch für wegweisend. Seiner Ansicht nach bietet "die Wassereinspritzung Chancen für die Zukunft". Doch so reizvoll die Zugabe von Wasser zum Dieselkraftstoff ist, so langwierig vollzieht sich die Entwicklung, mahnt er und verweist darauf hin, dass eine Übertragung auf Straßenfahrzeuge mit ihrem intermittierenden Betrieb ist gegenwärtig nicht möglich ist.

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