Mobility and Transport: Powering Maritime
Im Rahmen der „2023 IMO Strategy on Reduction of GHG Emissions from Ships“ verfolgt die Internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO) das Ziel, die Treibhausgasemissionen der internationalen Schifffahrt bis etwa 2050 auf Netto-Null zu reduzieren. Zusätzlich sollen die CO₂-Emissionen bis 2030 und 2040 deutlich gesenkt sowie der Einsatz emissionsarmer Kraftstoffe wie Ammoniak massiv ausgebaut werden. Mit unserer Forschung leisten wir einen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger und emissionsarmer Antriebstechnologien für zukünftige maritime Anwendungen.
Insbesondere der Umstieg von fossilen Schiffskraftstoffen auf alternative Energieträger wie Ammoniak und Methanol soll zur Dekarbonisierung maritimer Großmotoren beitragen. Die Projekte “IBFLex” und "AmmoniaMot2" an der Professur für Sustainable Future Mobility unterstützen diese Entwicklung. Ziel der Projekte ist die Untersuchung neuartiger Verbrennungsverfahren sowie die Analyse der Zündung und Verbrennung alternativer Kraftstoffe unter motornahen Bedingungen.
Ongoing Research: Übergang von Grundlagenuntersuchungen zum Anwendungsfall von Ammoniak-Dual-Fuel-Verbrennungsverfahren (AmmoniaMot2)
| Kontakt | Melvin Grün |
| Finanzierung | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz |
Die Reduktion von Treibhausgasemissionen im maritimen Sektor auf Net-Zero ist nach den Zielen der International Maritime Organization (IMO) bis 2050 zu erreichen. Dies macht den Einsatz von alternativen kohlenstofffreien Kraftstoffen interessant. Ammoniak wurde als ein solcher identifiziert. Im Vorgängerprojekt AmmoniaMot fanden dazu ausgiebige numerische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen zu bei pilotierten Diffusionsbrennverfahren ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse statt.
Mit AmmoniaMot2 soll die Entwicklung eines Demonstrator-Vollmotors vorangetrieben werden. Die Professur für Sustainable Future Mobility wird federführend die Weiterentwicklung der 3D-CFD Simulationsmodelle aus dem vorherigen Projekt vorantreiben. Neben dem oben genannten Brennverfahren wird die Anwendung eines pilotierten vorgemischten Verbrennungsverfahren numerisch untersucht.
Im Weiteren soll die Vorhersage von Schadstoffemissionen, während der Dual-Fuel Verbrennung, verbessert werden. Dazu werden passende Reaktionsmechanismen untersucht mit dem Ziel eine effiziente numerische Simulation zu ermöglichen und eine Reduktion von stickstoffbasierten Schadstoffen durch optimierte Brennverfahren zu erreichen.
Neben der Professur für Sustainable Future Mobility sind folgende Industriepartner und Forschungseinrichtungen an dem Projekt beteiligt: MAN Energy Solutions SE, WTZ Roßlau gGmbH, Woodward L'Orange GmbH, Neptun Ship Design GmbH, die Universität Rostock (LKV), GenSys GmbH und MNR GmbH.
Infrastructure Improvement: Schaffung einer injektions- und brennstoffflexiblen RCEM-Infrastruktur zur Erstellung hochwertiger, optischer Messdaten bei motorähnlichen Bedingungen (IBFlex)
| Kontakt | Maximilian Aubel Jannes Papenbrock |
| Finanzierung | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz |
Die maritime Industrie steht vor großen Herausforderungen bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Alternative Kraftstoffe wie Ammoniak und Methanol gelten dabei als vielversprechende Lösungen für eine klimafreundlichere Schifffahrt. Mit dem Forschungsprojekt "IBFlex“ entwickelt die Technische Universität München (TUM) eine moderne Forschungsinfrastruktur zur Untersuchung zukünftiger Verbrennungsverfahren für maritime Großmotoren.
Im Mittelpunkt des Projekts steht die Weiterentwicklung einer bestehenden Rapid Compression Expansion Machine (RCEM) an der Professur für Sustainable Future Mobility (SFM). Ziel ist es, sowohl homogene als auch diffusive Brennverfahren unter realitätsnahen Bedingungen experimentell untersuchen zu können.
Dafür wird die RCEM von einem diffusiven Hochdruck-Direkteinspritzverfahren (HPDI) hin zu einem homogenen Brennverfahren ähnlich der Saugrohreinspritzung (PFI) erweitert. Zusätzlich wird die optische Diagnostik durch neue Sichtfenster und moderne Messtechnik verbessert.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung der Verbrennung von Ammoniak und Methanol sowie der Zündung von Diesel- oder Biodieselpiloten in alternativen Kraftstoff-Luftgemischen. Dafür werden bestehende Messverfahren wie OH*-Chemielumineszenz, Shadowgraphy und Mie-Scattering erweitert. Ergänzend kommen neue Systeme wie eine PIV-Messanlage und ein Methanol-Injektor zum Einsatz.
Die im Projekt erzeugten Messdaten dienen außerdem als Grundlage für Simulationen und KI-gestützte Entwicklungswerkzeuge zukünftiger Schiffsmotoren. IBFlex baut dabei auf den Vorgängerprojekten “AmmoniaMot“ und ”FlexDi“ auf und unterstützt die Entwicklung emissionsarmer Dual-Fuel-Motoren für die maritime Industrie. Gleichzeitig sollen Synergien mit dem laufenden Projekt “AmmoniaMot2” ausgenutzt werden.
Mit dem Projekt leistet die TUM einen Beitrag zur Dekarbonisierung der Schifffahrt und stärkt zugleich die Forschung und Technologieentwicklung für nachhaltige maritime Antriebssysteme in Deutschland.