Studie

Verbesserte Wärmeeffizienz durch die Technologie der Enzymbehandlung

des Kraftstoffs bei großen Schiffsdieselmotoren

Prof. Dr. Roy Douglas

Queen's University, Belfast

Zusammenfassung

Das Ziel dieser Abhandlung war es, die tatsächlichen Vorteile einer alternativen organisch mikrobiologischen Behandlung von Kraftstoff in Gestalt einer komplexen Enzym-Zusammensetzung wissenschaftlich nachzuweisen. Wenn diese Enzyme verflüssigten fossilen Brennstoffen beigemischt werden, ergibt sich eine signifikante Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und eine damit verbundene Verringerung der CO2-Emissionen. Wenn die Enzymbehandlung im Verhältnis 1:10.000 dosiert wird, wirkt sie sich auf die Effizienz des Kraftstoffs, die Abgastemperatur und die Kohlenmonoxyd (CO) - Emissionen von Schiffsdieselmotoren aus.

Die Motorenleistung, Kraftstoffersparnis und Emissionen wurden über einen großen Zeitraum mit unterschiedlicher Ladung auf der Insel-Texel-Fähre der Tesoaufgezeichnet.

[ Erläuterung: Die Fähre hat 4 Motoren. Zunächst verglich man nur 2 Motoren miteinander. Anschließend weitete man den Test auf alle 4 Motoren aus. ]

Zwei Motoren wurden beobachtet: Einer mit Biodiesel und einer mit enzymbehandeltem Biodiesel, wobei beide unter den gleichen Ladungsbedingungen zusammenarbeiteten. Diese Tests zeigten einen deutlichen Unterschied in der Wärmeeffizienz zwischen den beiden Motoren bei einer durchschnittlichen Verbesserung von 7,4 % beim Kraftstoffverbrauch (und beim CO2) und einer um 4,7 % geringeren Abgastemperatur bei dem Motor mit enzymbehandeltem Kraftstoff.

Danach wurde der Kraftstoffverbrauch an allen 4 Motoren über einen Zeitraum von vier Monaten und 1.600 Betriebsstunden beobachtet. Dieser erweiterte Test zeigte einen Rückgang um 7,9% beim Kraftstoff, der von den zwei Motoren verbraucht wurde, wenn sie mit enzymbehandeltem Biodiesel betrieben wurden im Vergleich zu den anderen beiden, die mit unbehandeltem Kraftstoff betrieben wurden. In beiden Fällen war die Verbesserung der Kraftstoffersparnis ganz offensichtlich, was durch andere Messungen gestützt wurde, die eine verbesserte Wärmeeffizienz anzeigten.

Einleitung

Technologien der Kraftstoffbehandlung oder "chemische Zusatzpakete" sind die Norm und werden von der petrochemischen Industrie in großem Umfang dazu verwendet, um die Eigenschaften des Kraftstoffs zu verändern, um die Leistung zu erhöhen und die Kraftstoffe zu stabilisieren. Zum Beispiel wurde jahrelang Tetraethylblei dem Benzin beigegeben, um die Oktanzahl zu erhöhen und das Klopfen zu unterdrücken, indem die Kontaktstelle zwischen Ventil und Ventilsitz geschmiert wurde. Heutzutage wird eine breite Palette an [chemischen] Kraftstoff-Zusatzstoffen eingesetzt.

Die Arbeitsreihen und die sorgfältige Echtzeitbeobachtung und Echtzeittests, waren bestrebt, zu untersuchen und wissenschaftlich aufzuzeigen, wie die Mikrobiologie in Gestalt einer komplexen Enzym-Zusammensetzung im Kraftstoff eine signifikante Rolle spielen kann bei der Aufbereitung von Kraftstoffen für eine optimale, nachhaltige Verbrennungseffizienz.

Die Texel-Fähre "Dr. Wagemaker" von Teso

Die Fähre verkehrt zwischen Den Helder und der Insel Texel in Holland. Das Schiff, zu sehen in Abb. 1, ist 130 m lang, hat eine Wasserverdrängung von 5,1 Kilotonnen und eine Ladekapazität von 1,8 Kilotonnen. Es wird von vier Achtzylinder-Motoren der 3600-er Serie angetrieben, die von Caterpillar Corp. geliefert wurden, wobei ein jeder eine Leistung von 2460 kW bei 1000 Umdrehungen pro Minute liefert, vgl. Abb. 2.

Abb. 1: Texel-Fähre "Dr. Wagemaker" von Teso

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Abb. 2: Hauptmotor Nr. 1 der Teso-Fähre

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Die TesoTexel-Fähre verwendet ein spezielles Antriebssystem (electrical power drivetrain system) anstelle eines mechanischen Propellers. Dies stellt in der vorliegenden Studie einen entscheidenden Vorteil für den Test dar. An jedem Motor ist ein elektrischer Generator angeschlossen und dient als Drehmomentmesser für den Motor. Spannungs- und Stromstärkemessungen vom Generator berücksichtigen genaue Leistungsmessungen in Echtzeit. Das Antriebssystem ist mit einer computergesteuerten Datenaufzeichnung ausgestattet, um die Leistung und den Kraftstoffverbrauch automatisch aufzuzeichnen, und ist damit ideal für den Test und die Auswertung.

Das Schiff wird seit Januar 2006 betrieben und hatte bis zum Testzeitpunkt ungefähr 15.000 Betriebsstunden hinter sich.

Test für die Teso Texel-Fähre

Die vier getrennten Motoren der Fähre können in jeder beliebigen Reihenfolge betrieben werden, aber bei Normalbetrieb sind nur zwei Motoren erforderlich, um das Schiff anzutreiben. Die beiden anderen Motoren werden als Reserve verwendet, wobei alle vier Motoren nur bei widrigen Wetterbedingungen benötigt werden. Alle vier Motoren werden im Wechsel betrieben, um einen gleichmäßigen Gebrauch aller vier Motoren sicherzustellen. Dies wurde in der EN 590-Verordnung Diesel festgeschrieben, um sicherzustellen, dass alle Motoren ganz ähnlich sind. Die Motorenleistung war sehr gut angeglichen bei einem größten Unterschied bei voller Betriebsleistung von nur 2% und ähnlich einer Verteilung von 2% beim spezifischen Kraftstoffverbrauch. Man nahm an, dass dies zu Testzwecken angemessen sei und so können alle Unterschiede von mehr als 2% als signifikant betrachtet werden.

Weil immer zwei Motoren im Doppelbetrieb laufen, entschied man sich, zwei Motoren mit unbehandeltem Biodieselkraftstoff zu betreiben und zwei mit enzymbehandeltem Biodieselkraftstoff und die Ergebnisse unmittelbar zu vergleichen.

Die Kraftstofftanks für zwei der Motoren wurden direkt während der Betankung mit der Enzymbehandlung versehen, in einem Verhältnis von 1:10.000.

Die Studie lief über einen Zeitraum von vier Monaten, 1.600 Betriebsstunden. Jeder Motor besitzt einen getrennten Kraftstofftank. So konnte der Kraftstoffverbrauch beobachtet werden, indem man den Biodieselkraftstoff während der Betankung verbuchte.

Ergebnis

Eine durchschnittliche Kraftstoffreduzierung von 7,9 % konnte bei den beiden Motoren beobachtet werden, wenn sie mit enzymbehandeltem Biodieselkraftstoffliefen, verglichen mit denen mit unbehandeltem Biodieselkraftstoff.

Aufgrund der umfangreichen Messungen kann man den Schluss ziehen, dass die Behandlung von Biodiesel mittels Enzymbehandlung eine signifikante Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und daher der gesamten Wärmeeffizienz dieser Motoren bewirkt, sowie eine damit verbundene Verminderung der CO2-Emissionen.

Anmerkungen:

Prof. Douglas, der diese Studie leitete, ist seit vielen Jahren weltweit anerkannter Experte für Verbrennungsprozesse von Kraftstoffen in Motoren und Brenner-Systemen.

Die Queen´s Universität gehört weltweit zu den Forschungseinrichtungen, die die höchste Kompetenz auf diesem Gebiet besitzen.

Die Reederei Teso schreibt, dass sie durch XMILE  300.000 Liter Diesel pro Jahr spart.

Die Kraftstoffeinsparung und die Senkung der Abgase sind beim KFZ durchschnittlich noch höher als bei Schiffsmotoren.