Alternative Brennstoffe
Alternative Brennstoffe haben sich in den letzten Jahren zu einem zentralen Thema in der Energieversorgung und Mobilität entwickelt und sind heute relevanter als je zuvor: Als Kraftstoff in Flugtriebwerken, als Brennstoff für dezentrale Kraftwerke und als Speichermedium für die Schwankungen unterliegende Energieversorgung aus Wind- und Solaranlagen. Alternative Brennstoffe zeichnen sich durch hohe Energiedichten, einfache Handhabung und besondere Vielseitigkeit in ihrer Nutzung aus.
Im DLR finden Forschungsarbeiten zur Herstellung, Charakterisierung, Bewertung und Nutzung solcher Brennstoffe statt. Dabei decken die Tätigkeiten das Spektrum von den chemischen Grundlagen über Laborexperimente bis hin zur Entwicklung von Prototypen in Kooperation mit der Industrie ab.
Die eingesetzten Methoden umfassen chemisch-kinetische Modellierung, numerische Simulationsverfahren, chemisch-analytische und laserbasierte Messtechniken sowie Validierungsexperimente unterschiedlicher Komplexität. Schließlich werden alternative Brennstoffe im Hinblick auf ihre energetischen und ökonomischen Eigenschaften bewertet und optimiert.
Die Arbeiten erfolgen hauptsächlich im DLR-Institut für Future Fuels, dem DLR-Institut für Verbrennungstechnik und dem DLR-Institut für Maritime Energiesysteme, themenspezifisch auch im DLR-Institut für Solarforschung.
Herstellungsverfahren
Das DLR befasst sich mit verschiedenen Möglichkeiten, alternative Brennstoffe herzustellen. Dazu zählen die Elektrolyse und Hochtemperaturverfahren mittels konzentrierender Solarstrahlung zur Erzeugung von Wasserstoff sowie Verfahren zur Weiterverarbeitung zu Brennstoffen.
Charakterisierung und Bewertung
Wie die Ausgangsstoffe und Herstellungsverfahren sind auch die Brennstoffe vielfältig, zum Beispiel Bio-Alkohole, Wasserstoff, Brennstoffe aus Vergasungs- oder Fermentierungsprozessen oder Fischer-Tropsch-Produkte. Ein grundlegendes Ziel in diesem Themenfeld ist deshalb die Erforschung der Eigenschaften dieser Brennstoffe, ohne deren Kenntnis ein technischer Einsatz nicht möglich ist. Aspekte der Effizienz und Zuverlässigkeit stehen dabei ebenso im Vordergrund wie Klima- und Umweltverträglichkeit.
Fuel-Design
Eine zunehmende Rolle spielt das „Design“ alternativer Brenn- und Kraftstoffe, das heißt die Optimierung der Zusammensetzung im Hinblick auf physikalische und chemische Eigenschaften wie spezifische Energiedichte, Verbrennungseigenschaften, Umweltverträglichkeit sowie Aspekte der Herstellung und Lagerung. Im Hinblick auf die Verbrennungseigenschaften in Flugtriebwerken oder stationären Gasturbinen stehen dabei die Erreichung großer Flammenstabilität und geringer Schadstoffemissionen im Vordergrund der Untersuchung.
Da die Brennstoffzusammensetzung einen entscheidenden Einfluss auf alle Verbrennungseigenschaften hat, lässt sich angesichts der großen Vielfalt potenzieller Brennstoffe eine Optimierung nicht mit empirischen Verfahren erreichen, sondern nur durch Methoden, die auf einem tiefgehenden Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen und chemischen Wirkketten beruhen.