Neuland

Synthetisches im Tank

Wie Forscher aus Karlsruhe, München und Kaiserslautern mit neuen Dieselkomponenten den Straßenverkehr sauberer machen möchten.

Oxymethylendimethylether – das klingt unhandlicher als Diesel und Super. Trotzdem soll es irgendwann an Tankstellen aus Zapfsäulen fließen, jedenfalls wenn es nach Professor Jörg Sauer, Dr. Ulrich Arnold und ihrem Team geht. Die KIT-Forscher glauben daran, dass diese organischen Verbindungen, kurz OME, eine sauberere Zukunft in vielen Bereichen der Mobilität bieten könnten.

Die Kraftfahrzeugindustrie investiert seit Jahren hohe Summen in Technologien, die den Ausstoß von Ruß bei der Dieselverbrennung verringern. Immer strengere Abgasnormen erfordern leistungsfähige Katalysatoren und Rußfilter, die jedoch meist komplex und teuer sind. Es existieren einige bekannte alternative Antriebe, wie Elektro- oder Erdgasmotoren, die allerdings auch Nachteile aufweisen und sich, zum Beispiel am Nutzfahrzeugmarkt, nicht durchsetzen. „Es wäre geschickter, einen Kraftstoff zu finden, der weniger Schadstoffe verursacht und trotzdem im normalen Dieselmotor funktioniert“, so der Chemiker Ulrich Arnold. Das böte enorme Vorteile gegenüber zum Beispiel dem Elektroauto, für das intensiv an neuen Batteriesystemen geforscht werden muss.

So setzen einige Hersteller, unter anderem in Skandinavien und Nordamerika, auf mit Dimethylether betriebene Fahrzeuge und haben in umfangreichen Tests gute Ergebnisse erzielt. „Ein Nachteil dieser Systeme ist, dass der Kraftstoff als Flüssiggas vorliegt. Das ist zwar im Fall von Dimethylether nicht anders zu handhaben als fossiles Flüssiggas. Aber für den Einsatz von Dimethylether in Kraftfahrzeugen wären erhebliche Änderungen am Fahrzeug notwendig“, erklärt Arnold, der am KIT-Institut für Katalyseforschung und -technologie seit knapp zehn Jahren im Bereich Kraftstoffe forscht.

„Als Chemiker kann ich sagen: Sauberer, einfacher und günstiger bekommen wir es nicht hin. Wir hoffen, dass unser OME-Verfahren am Kraftstoffmarkt ankommt. Wenn nicht, wollen wir zumindest Nischenmärkte überzeugen.“

Dr. Ulrich Arnold

Dass OME die Rußbildung schon während des Verbrennungsprozesses unterbindet, ist bekannt. Bisher schienen sie als Kraftstoffzusatz trotzdem nicht interessant, da diese organischen Verbindungen kaum verfügbar sind, sagt Ulrich Arnold: „Es ist kaum möglich, größere Mengen zu kaufen, weil kein fortschrittliches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von OME am Markt existiert. Die gängigen Synthesewege erfordern teure Ausgangsstoffe und eine aufwändige Trennung der Produkte von unerwünschten Nebenprodukten.“

Das weckte 2011 den Ehrgeiz von Arnold und Forscherkollegen aus München und Kaiserslautern. Sie haben sich zum Ziel gesetzt, eine Technologie zu entwickeln, mit der OME im industriellen Maßstab hergestellt werden können. „So weit sind wir leider noch nicht. Wir arbeiten jedoch an einem neuen Herstellungsverfahren, das im kleinen Maßstab sehr viel günstiger und einfacher ist als die bisherigen Methoden. Nun stehen wir an der Schwelle, unser neues Herstellungsverfahren hochzuskalieren, um größere Mengen zu produzieren.“

Bei der Produktion werden jetzt kostengünstige Standardchemikalien eingesetzt, die sich umweltfreundlich aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen lassen, zum Beispiel Methanol und Formaldehyd. Die Reaktionsprodukte können dann direkt mit Dieselkraftstoff abgetrennt werden. So entsteht auf einfachem Weg eine Mischung aus OME und konventionellem Diesel, die als Kraftstoff eingesetzt werden kann. Mit ihrer hohen Cetanzahl und der damit verbundenen hohen Zündwilligkeit eignet sich der neue Kraftstoff zum Einsatz in Dieselmotoren. Er ist nicht gefährlich und flüssig, könnte also an gebräuchlichen Zapfsäulen getankt werden.

Momentan wird der Kraftstoff mit verschiedenen Testverfahren auf Herz und Nieren geprüft. Ulrich Arnold und seine Kollegen hoffen nun auf den Innovationswillen der Industrie: „Um ausreichende Mengen OME herzustellen, braucht es größere Produktionsanlagen. Das ist mit Forschung in Universitäten und außeruniversitären Instituten alleine nicht zu schaffen. Wir haben als Chemiker und Verfahrenstechniker die Technologie so weit optimiert, dass es sich lohnt, über eine Kommerzialisierung nachzudenken. Damit sie jetzt nicht in der Schublade verschwindet, müssen Wissenschaft, Politik und Wirtschaft Hand in Hand zusammenarbeiten.“