UDE: Effizient und schadstoffarm verbrennen

02.05.2008

Über die weitere Förderung durch die Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) können sich Wissenschaftler des Instituts für Verbrennung und Gasdynamik an der Uni Duisburg-Essen freuen. Das Team um Prof. Dr. Christof Schulz erhält für sein Projekt "Chemilumineszenz und Wärmefreisetzung" in den kommenden drei Jahren eine Förderung von rund zwei Millionen Euro. An den Forschungen, die von Duisburg aus koordiniert werden, sind außerdem Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen aus München, Karlsruhe, Heidelberg, Darmstadt und Bielefeld beteiligt. Das Projekt wurde zuvor bereits für eineinhalb Jahre von der DFG gefördert.

Bei den Forschungen geht es darum, den Schadstoffausstoß bei Verbrennungsprozessen - zum Beispiel in Kraftwerken - weiter zu minimieren. Gleichzeitig soll die Effizienz gesteigert - also möglichst viel Energie aus möglichst wenig Kraftstoff gewonnen werden. "Dies kann aber nur funktionieren, wenn der Verbrennungsprozess stabilisiert wird, die Brennstoffe also optimal und nur mit geringsten Verlusten verbrannt werden", erklärt Prof. Dr. Christof Schulz.

"Bisher ist es nämlich so, dass die Verteilung der Wärmefreisetzung im Brennraum nicht gleichmäßig ist und zeitlich variiert. Dies löst Schwingungen aus, die ihrerseits den Verbrennungsprozess beeinflussen." Dies führe zu Instabilitäten, zum Flackern der Flamme, die zu starker mechanischer Belastung der technischen Apparate und zur Flammenverlöschung führen könnten. "So geht Energie verloren und Schadstoffe entstehen."

Um bei den Untersuchungen nicht ins komplexe Verbrennungssystem eingreifen zu müssen, wollen die Wissenschaftler das Eigenleuchten der Flamme beim Verbrennen, die so genannte Chemilumineszenz, beobachten und messen. "Das Flammenleuchten soll uns also verlässliche Informationen über den Verbrennungsprozess liefern", erklärt Schulz. Dieser Ansatz ist weltweit einmalig. Ziel ist es, eine Art "Flammencode" zu entwickeln und damit zu bestimmen, wo der Brennstoff im Brennraum optimal verbrannt wird - und wo Energieverluste entstehen. "Als Folge unserer Ergebnisse könnten enorm effiziente Turbinen für Flugzeuge oder Kraftwerke entstehen", sagt Schulz.

In Zeiten steigender Ölpreise steht hinter diesem Forschungsprojekt auch die Diskussion um nicht-fossile Kraftstoffe für den Betrieb von Motoren und Turbinen: Unter dem Ausdruck "Fuel Flexibility" versteht man die Möglichkeit, in ein und derselben Verbrennungsanlage Brennstoffe aus unterschiedlichen Quellen gleich bleibend optimal zu verbrennen. Etwa Erdgas unterschiedlicher Zusammensetzung im Gemisch mit Wasserstoff oder biomassebasierte teiloxidierte Kraftstoffe wie Ethanol. "Bei unseren derzeitigen Forschungen steht zunächst einmal die Messtechnik bei der Verbrennung von unterschiedlichen Kraftstoffen im Vordergrund. Also: Funktioniert der Flammencode auch noch, wenn ich nicht mehr Erdgas, sondern Ethanol verbrenne?", sagt Christof Schulz. Bisher könne man im Kraftwerk nicht sagen: "Ich verbrenne heute mal Gas und morgen wieder Öl. Das sollte aber langfristig möglich sein, um nicht mehr von einem Brennstoff abhängig zu sein."

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