Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung der Ascheeinlagerung und –migration in offenporigen Partikelminderungssystemen

Asche und krebserregende Rußpartikel werden von Schiffsgroßmotoren emittiert. Bisher gibt es für diese keine technischen Lösungen zur effektiven Filterung der Rußpartikel. Das beantragte Forschungsvorhaben soll die Anwendbarkeit offenporiger Filter untersuchen. Aufgrund ihrer geringeren Verblockungsneigung werden Lösungspotentiale im Ascheverhalten gegenüber geschlossenen Filtern erwartet. Die Arbeiten fokussieren Untersuchungen zur Ascheeinlagerung/-migration sowie deren Einfluss auf die Filtrationseigenschaften. So wird eine validierte Grundlage zur Bestimmung der Potenziale offenporiger Filter ermöglicht.

Für die Analyse des Asche- und Filtrationsverhaltens verschiedener offenporiger Filter sind Prüfstandsuntersuchungen an einem Schnellveraschungssystem und an einem Schiffsgroßmotor erforderlich. Nachgelagerte strukturanalytische Untersuchungen der Ascheablagerungsmuster sollen die Prüfstandsergebnisse zur Ruß- und Ascheerzeugung vergleichen und validieren sowie Daten zur Aschemobilität liefern.

Die gewonnenen Ergebnisse stellen einen unmittelbaren Nutzen für KMU dar, die im Wesentlichen Abgasnachbehandlungssysteme für Großmotoren in Einzelfertigung herstellen. Eine gezieltere Auslegung der Einzelbauteile verschafft entscheidende Wettbewerbsvorteile. Die Ergebnisse liefern auch erste wirtschaftliche Bewertungen zum Einsatz von offenporigen Filtern für die Partikelfiltration bei Großmotoren.

Die Forschungsergebnisse sind Grundlage für eine industrielle Fertigung von Schiffsdieselpartikelfilter. Erste Produkte werden innerhalb von 3-5 Jahren nach Projektende zu erwarten sein. Dieser ambitionierte Zeitraum soll durch weiterführende Kooperationen und Unterstützung der KMU durch die Forschungsstellen realisiert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Mit diesem Projekt wurde die grundsätzliche Eignung offenporiger Schaumfilter zur Partikelfiltration am Großmotor untersucht. Hierfür wurde mit einem Schnellveraschungssystem ein großmotorisches Abgas nachgestellt. Die zu prüfenden Schaumfilter wurden mit einem an den D2-Zyklus angelehnten Fahrzyklus über Dauerlaufversuche mit Asche beladen. Ausgewählte Proben kamen zusätzlich an einem Großmotorenprüfstand zur Anwendung. Ein Teil der aschebeladenen Proben wurde hinsichtlich der Aschemigrationsneigung in Motor- und Strömungsprüfstandsuntersuchungen untersucht.

Die untersuchten Schaumfilter lagern, abhängig von Ihrer Porenweite, weniger Asche ein, als Wandstromfilter der gleichen Dimension. Die Aschefanggrade liegen je nach Zellweite zwischen 57 und 87%. Die verschiedenen Schaumfilter zeigen im Einsatz im Schnellveraschungssystem Rußfiltrationseffizienzen zwischen 20 und 80%. Dabei werden kleine Partikel effizienter abgeschieden als größere. Ruß und Asche lagern sich vor allem im vorderen Bereich der Filter ab. Mit einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit lässt sich mitunter ein erheblicher Teil der Asche wieder aus dem Filter entfernen.

Mit den erzielten Ergebnissen lässt sich zeigen, dass Schaumfilter grundsätzlich zur Verwendung am Großmotor denkbar sind. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.

Die Ergebnisse können bei der Entwicklung von Partikelminderungssystemen an Schiffen und möglicherweise bei Kombinationslösungen mit Scrubbern (Filtration größerer Partikel) verwendet werden. Mit den im Projekt gewählten Porenweiten und möglichen Ansätzen zur aktiven Ascheentfernung sind gezielte Folgeuntersuchungen möglich.