WO2021191116A1 - Co2-neutral liquid fuel - Google Patents

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WO2021191116A1
WO2021191116A1 PCT/EP2021/057201 EP2021057201W WO2021191116A1 WO 2021191116 A1 WO2021191116 A1 WO 2021191116A1 EP 2021057201 W EP2021057201 W EP 2021057201W WO 2021191116 A1 WO2021191116 A1 WO 2021191116A1
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methanol
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cold start
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Frank Obrist
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Obrist Technologies Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • C10L1/023Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only for spark ignition
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the invention relates to a CC -neutral liquid fuel for universal use, in particular in internal combustion engines.
  • the invention also relates to the use of a liquid fuel and a method for its lowering position.
  • Another aspect of the invention relates to a method for operating a spark-ignited four-stroke floating piston engine with such a liquid fuel.
  • the aim should be to contribute to a global reduction in CC emissions, because the problem of global warming is not limited to local areas.
  • Gasoline fuels are known that contain up to 10% bioethanol.
  • methanol is used as an admixture to petrol, the methanol being used in particular to increase performance. So far, however, methanol has mainly been produced from natural gas, i.e. a fossil fuel. Methanol produced in this way has a negative climate balance because im fossil fuel-bound CO2 is released into the atmosphere and thus increases global warming.
  • the fuel should be capable of cold start.
  • Another object of the invention is to propose the use of such a liquid fuel and a method for its production.
  • the object of the invention is to provide a method for operating an externally ignited four-stroke reciprocating piston engine with such a liquid fuel.
  • the invention is based on the idea of specifying a C0 2 -neutral liquid fuel for universal use, in particular in internal combustion engines, preferably reciprocating piston engines, the liquid fuel comprising the following components as a mixture:
  • the liquid fuel already contains the corresponding amount of water, so that a corresponding injection, in particular also an additional storage of the water in a motor vehicle, for example by means of a separate tank, is not necessary.
  • the liquid fuel can thus be used particularly universally, namely also in internal combustion engines that do not have any additional water injection facility.
  • the problem of the cold start in fluid piston engines is solved with the universally usable liquid fuel according to the invention in that the liquid fuel comprises a cold start filler.
  • the cold start F additive should have a boiling point at 1 atm of less than 64.7 ° C. It is particularly advantageous if the boiling point of the cold start filler is at most 60.degree. C., in particular at most 45.degree. C., particularly preferably at most 35.degree. C., in particular about 31.8.degree.
  • the Cold start additive increases the ignitability of the liquid fuel.
  • the cold start auxiliary substance can be ignited, as a result of which heat is generated, which leads to evaporation of the methanol or methanol-water mixture. A rapid ignition of the entire liquid fuel, in particular in a reciprocating piston engine, can thus be achieved.
  • the liquid fuel preferably has a methanol content between 34 vol% and 82 vol%. It is also possible that the proportion of methanol in the liquid fuel is between 34 vol% and 78 vol%, in particular between 40 vol% and 75 vol%, in particular between 45 vol% and 70 vol%, in particular between 48 vol% vol% and 67 vol%, in particular between 50 vol% and 63 vol%, in particular between 50 vol% and 60 vol%.
  • the methanol comes from regenerative production.
  • only renewable energy can be used to produce methanol, for example from photovoltaic systems or wind turbines.
  • carbon from the carbon dioxide in the atmosphere atmospheric CO2
  • the overall proportion of atmospheric carbon dioxide that contributes to global warming can be kept neutral with the liquid fuel according to the invention.
  • the cold start auxiliary is a methanol derivative.
  • the cold start additive can be generated directly from the methanol. This makes the production of the liquid fuel particularly efficient and - with the exclusive use of renewable energy sources - also completely C0 2 -neutral.
  • Dimethyl ether for example, can be used as a cold start auxiliary. It is particularly preferred if methyl formate is used as the cold start auxiliary. Methyl formate has a low boiling point and therefore ignites easily.
  • the mixture of the liquid fuel additionally contains a maximum of 1% by volume of additives, the additive preferably being blue color .
  • the blue dye can be the only additive that is mixed in in addition to water, methanol and the catalyst.
  • the mixture preferably consists exclusively of the aforementioned components.
  • the liquid fuel can exclusively contain water, a cold start auxiliary, methanol and, if appropriate, a blue dye.
  • the term “comprising” in the present application is generally to be understood not only as “having” but also as “containing” or “consisting of”.
  • a secondary aspect of the invention relates to the use of a previously described liquid fuel as fuel in a four-stroke piston engine with a compression ratio in the compression stroke of at least 1:16. Furthermore, the compression ratio in the compression stroke can also be at least 1:18, in particular 1:20 and 1:25 , amount.
  • liquid fuel be used as the main fuel in the four-stroke reciprocating piston engine.
  • the liquid fuel therefore does not form an additive that is mixed with another fuel. Rather, the liquid fuel is used in such a way that the four-stroke flub piston engine is operated by means of the liquid fuel.
  • the liquid fuel that is used here has a property that is essential for increasing the efficiency of a four-stroke piston engine.
  • a particularly important aspect of the invention is the specification of a method for producing the liquid fuel described above. According to the invention it is provided in this regard that in the method according to the invention for producing the liquid fuel
  • - Hydrogen is provided by electrolysis of water, the electrolysis being operated exclusively with renewable electricity, in particular from a photovoltaic system;
  • the hydrogen is reacted with carbon to form methanol, the carbon being obtained from biomass or from atmospheric carbon dioxide;
  • the methanol, water and a cold start auxiliary is added, so that the liquid fuel between 15 vol% and 50 vol% water, between 3 vol% and 16 vol% of the cold start auxiliary, the cold start auxiliary having a boiling point at 1 atm of less than 64.7 ° C., in particular at most 35 ° C., and the remainder having methanol.
  • the liquid fuel is overall C0 2 -neutral.
  • the methanol contained in the liquid fuel is produced 100% C0 2 -neutral.
  • the C0 2 neutrality is guaranteed by the fact that the hydrogen used to generate the methanol is provided by electrolysis, with only renewable electricity being used for this electrolysis.
  • an electrical current is referred to as renewable current that was generated exclusively from one or more renewable sources.
  • a source can be, for example, a photovoltaic system or a wind turbine.
  • Other regenerative or renewable sources are also conceivable.
  • the production of methanol is preferably achieved by reacting the hydrogen with carbon, using, for example, a methanol reactor.
  • a selective catalyst is preferably used which suppresses the formation of methane during the reaction.
  • the methanol production can take place in particular in the low pressure process at pressures of 5 to 10 MPa and temperatures between 220 ° C and 320 ° C. It is particularly preferred if, during the production of the methanol, a methanol derivative, preferably methyl formate, is produced which can later be added to the methanol as a cold start auxiliary in order to produce the liquid fuel in this way.
  • a methanol derivative preferably methyl formate
  • a further secondary aspect of the invention relates to a method for operating an externally ignited four-stroke reciprocating engine, in particular a four-stroke Otto engine, which has an intake stroke, a compression stroke, a power stroke and an exhaust stroke, with air being passed into a combustion chamber in the intake stroke and an additional one described above Liquid fuel is fed into the combustion chamber so that an air-fuel mixture is formed, and the air-fuel mixture in the compression stroke at a compression ratio of at least 1:16, in particular at least 1:18, in particular between 1:20 and 1 : 25, compressed and ignited by an ignition spark.
  • the liquid fuel is already mixed with the air in an intake pipe in front of the combustion chamber.
  • the liquid fuel can also be injected directly into the combustion chamber.
  • the hybrid vehicle is operated as a whole in a CO2-neutral manner, since the liquid fuel is CO2-neutral.
  • the combustion inside the four-stroke reciprocating piston engine can run so cleanly that the emissions resulting from the combustion contain fewer pollutants than the outside air previously present in large cities. This is achieved in particular by the proportion of water in the liquid fuel, which lowers the combustion temperature and thus the NO x emissions.
  • FIG. 2 is a diagram showing the ratio of NO x emissions at different combustion temperatures
  • FIG. 3 is a diagram showing the ratio of NO x emissions with different water proportions in a diesel reciprocating engine; and FIG. 4 is a diagram showing the relationship between
  • a preferred process for the production of the liquid fuel according to the invention is shown.
  • the starting point is essentially water, which is first split into hydrogen and oxygen, preferably by means of electrolysis.
  • the electrical current required for the electrolysis is preferably produced by means of regenerative energy sources, in particular photovoltaics or wind power. This means that the electrolysis is climate-neutral or CO2-neutral.
  • the oxygen produced by electrolysis can be released into the atmosphere. Alternatively, the oxygen can also be stored and reused for later process steps.
  • the hydrogen is then converted to methanol in a methanol reactor by adding carbon.
  • the carbon source can form carbon dioxide or carbon monoxide. A mixture of carbon dioxide and carbon monoxide is also possible as a source for the carbon that is used for the methanol conversion.
  • the carbon dioxide or CO2 or the carbon monoxide (CO) can be obtained from biomass. Alternatively, it is possible that atmospheric CO2 or CO is used for the methanol conversion.
  • CO2 or CO from flue gas emissions from power plants.
  • CO2 emissions from coal-fired power plants or natural gas power plants that are still in operation can be reduced.
  • the CO2 produced there can therefore be used for the production of methanol.
  • atmospheric CO2 the amount of CO2 in the atmosphere is first reduced during the production of the liquid fuel. The CO2 is only released again when the liquid fuel is burned, but only in the amount previously removed from the atmosphere. Thus, the liquid fuel is completely C0 2 -neutral.
  • methyl formate can also be produced by further conversion.
  • methyl formate At normal pressure (1 atm), methyl formate has a boiling point of around 32 ° C, specifically 31.8 ° C.
  • liquid fuel which is preferably called "aFuel”
  • methyl formate with its low boiling point ensures that the liquid fuel can ignite easily.
  • the methyl formate can ignite so that temperatures are quickly reached at which the methanol is in a vaporous state passes over, so that it finally ignites.
  • the liquid fuel is then mixed from the methanol obtained during production and the methyl formate with the addition of water.
  • the mixture preferably contains between 3 vol% and 16 vol% methyl formate as a cold start auxiliary. Between 15 vol% and 50 vol% of the liquid fuel is formed by water. The rest is methanol. The proportion of methanol is preferably between 82% by volume and 34% by volume.
  • FIG. 2 shows that the combustion temperature has a considerable influence on the NO c emissions. Specifically, the amount of NO x emissions increases exponentially as the combustion temperature rises. High combustion temperatures and the associated high NO x emissions arise in particular when burning petrol ("gasoline"). Diesel fuel burns at lower temperatures and thus releases less NOx In comparison to the aforementioned fossil fuels, there is a further, significant reduction in NO x emissions.
  • FIG. 3 shows specifically the course of the NO x emissions with different proportions of water that is injected into a diesel fuel in a diesel engine.
  • the diesel engine has an additional injection nozzle for water, so that finely atomized water can be fed into the diesel-air mixture in a combustion chamber.
  • This method is comparatively complex, but leads to a noticeable reduction in the combustion temperature and thus to a reduction in NO x emissions.
  • the NO x emissions are more than 10 g / kWh with a water content of around 3%. If the water content increases to over 30%, the NO x emissions drop to less than 4 g / kWh. A high proportion of water in the liquid fuel is therefore advantageous in order to significantly reduce NO x emissions.
  • Adding the cold start additive to the liquid fuel mixture also has particular advantages in four-stroke reciprocating engines. The cold start additive makes the liquid fuel ignitable, so that good combustion is achieved despite a high water content. A water content of 30% by volume and higher is therefore easily possible.
  • methanol shows a compression end temperature of less than 400 ° C.
  • Compression ratio compared to gasoline engines also achieves a particularly high level of efficiency. Since the liquid fuel is produced C0 2 -neutral, a completely C0 2 -neutral drive system can g

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Abstract

The invention relates to a CO2-neutral liquid fuel for universal use, especially in internal combustion engines, preferably reciprocating piston engines, comprising the following components as a mixture: - between 15 vol% and 50 vol% of water, - between 3 vol% and 16 vol% of a cold-starting assistant having a boiling point at 1 atm of less than 64.7°C and - balance, especially between 34 vol% and 82 vol%, of methanol from renewable production. The invention also relates to the use of such a liquid fuel, to the production thereof, and to a method of operating a four-stroke reciprocating piston engine with such a liquid fuel.

Description

C02-neutraler Flüssigkraftstoff C0 2 -neutral liquid fuel
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft einen CC -neutralen Flüssigkraftstoff zur universellen Verwendung, insbesondere in Verbrennungskraftmaschinen. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Flüssigkraftstoffs sowie ein Verfahren zu dessen Fierstellung. Ein weiterer Aspekt der Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Viertakt-Flubkolbenmotors mit einem solchen Flüssig kraftstoff. The invention relates to a CC -neutral liquid fuel for universal use, in particular in internal combustion engines. The invention also relates to the use of a liquid fuel and a method for its lowering position. Another aspect of the invention relates to a method for operating a spark-ignited four-stroke floating piston engine with such a liquid fuel.
Es ist bereits lange bekannt, dass der hohe Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) auf der Erde zur Klimaerwärmung und somit zur Veränderung des Gesamtklimas auf unserem einzigen Planeten maßgeblich beiträgt. Daher werden bereits jetzt verschiedene Maßnahmen betrieben, um den CC -Ausstoß zu reduzieren. It has long been known that the high emissions of carbon dioxide (CO2) on earth contribute significantly to global warming and thus to changes in the overall climate on our only planet. For this reason, various measures are already being taken to reduce CC emissions.
Viele Maßnahmen zielen dabei auf die Reduktion lokaler C02-Emissionen hin. Many measures are aimed at reducing local CO 2 emissions.
Ziel sollte es jedoch sein, global zu einer Reduktion von CC -Emissionen beizutragen, denn die Problematik der Klimaerwärmung ist nicht lokal begrenzt. However, the aim should be to contribute to a global reduction in CC emissions, because the problem of global warming is not limited to local areas.
Einen wesentlichen Beitrag zur CC -Emission liefern Verbrennungskraftmaschinen. Insbesondere Motoren, sei es in Blockheizkraftwerken oder auch in mobilen Anwendungen, insbesondere Fahrzeugen, haben erheblichen Anteil an den hohen C02-Emissionen. Daher werden bereits verschiedene Ansätze verfolgt, um insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugmobilität die CC -Emissionen zu reduzieren. Internal combustion engines make a significant contribution to CC emissions. In particular, engines, be it in block-type thermal power stations or in mobile applications, especially vehicles, have a significant share in the high C0 2 emissions. For this reason, various approaches are already being pursued in order to reduce CC emissions, especially in the field of motor vehicle mobility.
Ein wesentlicher Aspekt ist die Bereitstellung von neuen Kraftstoffen für Verbrennungskraftmaschinen, wobei dem fossilen Brennstoff ein Anteil von aus Biomasse hergestellten Brennstoff beigemischt wird. So sind Ottokraftstoffe bekannt, die bis zu 10% Bioethanol enthalten. An essential aspect is the provision of new fuels for internal combustion engines, with a proportion of fuel produced from biomass being added to the fossil fuel. Gasoline fuels are known that contain up to 10% bioethanol.
Ein weiterhin verwendeter Zusatzkraftstoff ist Methanol. Methanol wird beispielsweise im Rennsport als Beimischung zu Ottokraftstoffen verwendet, wobei das Methanol insbesondere zur Leistungssteigerung dienen soll. Bisher wird Methanol jedoch hauptsächlich aus Erdgas, also einem fossilen Brennstoff hergestellt. Derart hergestelltes Methanol hat eine negative Klimabilanz, da im fossilen Brennstoff gebundenes CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird und so die Klimaerwärmung verstärkt. Another additional fuel that is used is methanol. In racing, for example, methanol is used as an admixture to petrol, the methanol being used in particular to increase performance. So far, however, methanol has mainly been produced from natural gas, i.e. a fossil fuel. Methanol produced in this way has a negative climate balance because im fossil fuel-bound CO2 is released into the atmosphere and thus increases global warming.
Ein großes zusätzliches Problem bei Verbrennungskraftmaschinen stellen Emissionen von Stickoxiden (NOx) dar, die ebenfalls klimaschädlich sind. Diese treten auch bei der Verbrennung von Methanol auf, insbesondere da Methanol bei hohen Temperaturen verbrennt. Bei Hubkolbenmotoren gibt es ein weiteres Problem im Kaltstartvorgang, da das Methanol in dieser Phase flüssig bleibt und daher zündunwillig ist. Emissions of nitrogen oxides (NO x ), which are also harmful to the climate, represent a major additional problem with internal combustion engines. These also occur when methanol is burned, especially since methanol burns at high temperatures. With reciprocating piston engines there is another problem in the cold start process, since the methanol remains liquid in this phase and is therefore unwilling to ignite.
Vor dem Hintergrund der gesamten Problematik ist es Aufgabe der Erfindung, einen universell verwendbaren Flüssigkraftstoff anzugeben, der C02-neutral ist und dessen Stickoxidemissionen bei der Verbrennung möglichst gering sind. Against the background of the entire problem, it is the object of the invention to provide a universally usable liquid fuel which is C0 2 -neutral and whose nitrogen oxide emissions are as low as possible during combustion.
Ferner sollte der Kraftstoff kaltstartfähig sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verwendung eines solchen Flüssig kraftstoffs und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen. Schließlich besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Viertakt- Hubkolbenmotors mit einem solchen Flüssigkraftstoff anzugeben. Furthermore, the fuel should be capable of cold start. Another object of the invention is to propose the use of such a liquid fuel and a method for its production. Finally, the object of the invention is to provide a method for operating an externally ignited four-stroke reciprocating piston engine with such a liquid fuel.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf den Flüssigkraftstoff durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1, im Hinblick auf dessen Verwendung durch den Gegenstand des Patentanspruchs 5, im Hinblick auf das Herstellungsverfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 6 und imAccording to the invention, this object is achieved with regard to the liquid fuel by the subject matter of claim 1, with regard to its use by the subject matter of claim 5, with regard to the manufacturing process by the subject matter of claim 6 and in
Hinblick auf das Betriebsverfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 7 gelöst. With regard to the operating method solved by the subject matter of claim 7.
So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, einen C02-neutralen Flüssig kraftstoff zur universellen Verwendung, insbesondere in Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise Hubkolbenmotoren, anzugeben, wobei der Flüssigkraftstoff die folgenden Komponenten als Mischung umfasst: The invention is based on the idea of specifying a C0 2 -neutral liquid fuel for universal use, in particular in internal combustion engines, preferably reciprocating piston engines, the liquid fuel comprising the following components as a mixture:
- zwischen 15 vol-% und 50 vol-% Wasser, - between 15 vol% and 50 vol% water,
- zwischen 3 vol-% und 16 vol-% eines Kaltstart-Hilfsstoffs, der einen Siedepunkt bei 1 atm von weniger als 64,7°C aufweist und - Rest, insbesondere zwischen 34 vol-% und 82 vol-%, Methanol aus regenerativer Erzeugung. - between 3 vol-% and 16 vol-% of a cold start auxiliary material which has a boiling point at 1 atm of less than 64.7 ° C and - The rest, in particular between 34 vol% and 82 vol%, methanol from regenerative production.
Die Beimischung von Wasser zu aus regenerativer Erzeugung hergestellten Methanol hat den besonderen Vorteil, dass auf diese Weise die Verbrennungstemperatur des Flüssig kraftstoffs reduziert wird. Bei niedrigen Verbrennungstemperaturen entstehen auch weniger Stickoxide, so dass damit die NOc-Emissionen erheblich verringert werden können. The addition of water to methanol produced from regenerative production has the particular advantage that the combustion temperature of the liquid fuel is reduced in this way. At low combustion temperatures, fewer nitrogen oxides are produced, so that NO c emissions can be reduced considerably.
Konkret ist vorgesehen, dass der Flüssigkraftstoff 15 vol-% bis 50 vol-%, insbesondere 15 vol-% bis 45 vol-%, insbesondere 15 vol-% bis 40 vol-%, insbesondere 18 vol-% bis 35 vol-%, insbesondere 20 vol-% bis 33 vol-%, insbesondere 23 vol-% bis 30 vol-%, insbesondere 23 vol-% bis 27 vol-%,Specifically, it is provided that the liquid fuel 15 vol% to 50 vol%, in particular 15 vol% to 45 vol%, in particular 15 vol% to 40 vol%, in particular 18 vol% to 35 vol%, in particular 20% by volume to 33% by volume, in particular 23% by volume to 30% by volume, in particular 23% by volume to 27% by volume,
Wasser aufweist. Has water.
Es ist zwar bereits bekannt, Wasser in den Brennraum eines Flubkolbenmotors zusätzlich zu einem Ottokraftstoff einzusprühen, um die Verbrennungstemperaturen zu reduzieren. Bei der Erfindung enthält der Fl üssigkraftstoff jedoch bereits die entsprechende Menge Wasser, so dass eine entsprechende Einspritzung, insbesondere auch eine zusätzliche Vorratshaltung des Wassers in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise mittels eines separaten Tanks, nicht erforderlich ist. Damit ist der Flüssigkraftstoff besonders universell einsetzbar, nämlich auch in Verbrennungskraftmaschinen, die keine zusätzliche Wassereinspritzmöglichkeit aufweisen. It is already known to spray water into the combustion chamber of a Flub piston engine in addition to a gasoline fuel in order to reduce the combustion temperatures. In the invention, however, the liquid fuel already contains the corresponding amount of water, so that a corresponding injection, in particular also an additional storage of the water in a motor vehicle, for example by means of a separate tank, is not necessary. The liquid fuel can thus be used particularly universally, namely also in internal combustion engines that do not have any additional water injection facility.
Die Problematik des Kaltstarts bei Flubkolbenmotoren wird mit dem universell einsetzbaren Flüssigkraftstoff gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Fl üssigkraftstoff einen Kaltstart- Fl ilfsstoff umfasst. Der Kaltstart-FHilfsstoff sollte einen Siedepunkt bei 1 atm von weniger als 64,7°C haben. Besonders vorteilhat ist es, wenn der Siedepunkt des Kaltstart- Fl ilfsstoffs höchstens 60°C, insbesondere höchstens 45°C, besonders bevorzugt höchstens 35°C, insbesondere etwa 31,8°C, beträgt. The problem of the cold start in fluid piston engines is solved with the universally usable liquid fuel according to the invention in that the liquid fuel comprises a cold start filler. The cold start F additive should have a boiling point at 1 atm of less than 64.7 ° C. It is particularly advantageous if the boiling point of the cold start filler is at most 60.degree. C., in particular at most 45.degree. C., particularly preferably at most 35.degree. C., in particular about 31.8.degree.
Vorzugsweise sind 3 vol-% bis 16 vol-%, insbesondere 7 vol-% bis 16 vol-%, insbesondere 8 vol-% bis 14 vol-%, insbesondere 9 vol-% bis 12 vol-%, der Mischung bzw. des Flüssig kraftstoffs durch den Kaltstart-FHilfsstoff gebildet. Der Kaltstart-Hilfsstoff erhöht die Zündwilligkeit des Flüssigkraftstoffs. Insbesondere kann der Kaltstart-Hilfsstoff entzündet werden, wodurch Hitze entsteht, die zu einer Verdampfung des Methanols bzw. Methanol-Wasser-Gemischs führt. Damit ist eine schnelle Durchzündung des gesamten Flüssigkraftstoffs, insbesondere in einem Hubkolbenmotor, erreichbar. Preferably 3 vol% to 16 vol%, in particular 7 vol% to 16 vol%, in particular 8 vol% to 14 vol%, in particular 9 vol% to 12 vol%, of the mixture or of the Liquid fuel formed by the cold start F additive. Of the Cold start additive increases the ignitability of the liquid fuel. In particular, the cold start auxiliary substance can be ignited, as a result of which heat is generated, which leads to evaporation of the methanol or methanol-water mixture. A rapid ignition of the entire liquid fuel, in particular in a reciprocating piston engine, can thus be achieved.
Der Flüssigkraftstoff weist vorzugsweise einen Methanol-Anteil zwischen 34 vol-% und 82 vol-% auf. Es ist auch möglich, dass der Anteil des Methanols am Flüssigkraftstoff zwischen 34 vol-% und 78 vol-%, insbesondere zwischen 40 vol- % und 75 vol-%, insbesondere zwischen 45 vol-% und 70 vol-%, insbesondere zwischen 48 vol-% und 67 vol-%, insbesondere zwischen 50 vol-% und 63 vol-%, insbesondere zwischen 50 vol-% und 60 vol-%, beträgt. The liquid fuel preferably has a methanol content between 34 vol% and 82 vol%. It is also possible that the proportion of methanol in the liquid fuel is between 34 vol% and 78 vol%, in particular between 40 vol% and 75 vol%, in particular between 45 vol% and 70 vol%, in particular between 48 vol% vol% and 67 vol%, in particular between 50 vol% and 63 vol%, in particular between 50 vol% and 60 vol%.
Um die C02-Neutralität des Flüssigkraftstoffs zu wahren, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Methanol aus regenerativer Erzeugung stammt. Insbesondere kann zur Herstellung von Methanol ausschließlich regenerative Energie, beispielsweise über Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen, eingesetzt werden. Wenn zur Herstellung des Methanols außerdem Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid der Atmosphäre (atmosphärisches CO2) verwendet wird, so kann mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoff insgesamt der Anteil atmosphärischen Kohlendioxids, der zur Klimaerwärmung beiträgt, neutral gehalten werden. Bei der Verbrennung des Flüssigkraftstoffs wird lediglich dieselbe Menge CO2 freigesetzt, die vorab der Atmosphäre entnommen wurde. In order to maintain the C0 2 neutrality of the liquid fuel, it is preferably provided that the methanol comes from regenerative production. In particular, only renewable energy can be used to produce methanol, for example from photovoltaic systems or wind turbines. If carbon from the carbon dioxide in the atmosphere (atmospheric CO2) is also used to produce the methanol, the overall proportion of atmospheric carbon dioxide that contributes to global warming can be kept neutral with the liquid fuel according to the invention. When the liquid fuel is burned, only the same amount of CO2 is released that was previously removed from the atmosphere.
Im Hinblick auf die C02-Neutralität ist es besonders bevorzugt, wenn der Kaltstart-Hilfsstoff ein Methanolderivat ist. Auf diese Weise kann der Kaltstart- Hilfsstoff direkt aus dem Methanol erzeugt werden. Damit ist die Herstellung des Flüssigkraftstoffs besonders effizient und - bei ausschließlicher Nutzung von regenerativen Energiequellen - außerdem vollständig C02-neutral. With regard to the C0 2 neutrality, it is particularly preferred if the cold start auxiliary is a methanol derivative. In this way, the cold start additive can be generated directly from the methanol. This makes the production of the liquid fuel particularly efficient and - with the exclusive use of renewable energy sources - also completely C0 2 -neutral.
Als Kaltstart-Hilfsstoff kann beispielsweise Dimethylether eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn als Kaltstart-Hilfsstoff Methylformiat verwendet wird. Methylformiat hat einen niedrigen Siedepunkt und zündet daher leicht.Dimethyl ether, for example, can be used as a cold start auxiliary. It is particularly preferred if methyl formate is used as the cold start auxiliary. Methyl formate has a low boiling point and therefore ignites easily.
Damit wird die Kaltstart-Problematik weitgehend gelöst. Außerdem verbrennt Methylformiat äußerst sauber, so dass Verbrennungsemissionen insgesamt reduziert sind. Um den erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoff gut von weiteren Kraftstoffen unterscheiden zu können und auch um zu vermeiden, dass der Flüssigkraftstoff getrunken wird, ist es vorteilhaft vorzusehen, dass die Mischung des Flüssigkraftstoffs zusätzlich höchstens 1 vol-% Zusatzstoffe aufweist, wobei als Zusatzstoff vorzugsweise blauer Farbstoff vorgesehen ist. Insbesondere kann der blaue Farbstoff der einzige Zusatzstoff sein, der zusätzlich zu Wasser, Methanol und dem Ka I tsta rt-H i Ifsstoff beigemischt wird. This largely solves the cold start problem. In addition, methyl formate burns extremely cleanly, so that overall combustion emissions are reduced. In order to be able to clearly distinguish the liquid fuel according to the invention from other fuels and also to avoid the liquid fuel being drunk, it is advantageous to provide that the mixture of the liquid fuel additionally contains a maximum of 1% by volume of additives, the additive preferably being blue color . In particular, the blue dye can be the only additive that is mixed in in addition to water, methanol and the catalyst.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Mischung vorzugsweise ausschließlich aus den zuvor genannten Komponenten besteht. Insbesondere kann der Flüssigkraftstoff ausschließlich Wasser, einen Kaltstart - Hilfsstoff, Methanol und ggf. einen blauen Farbstoff aufweisen. Insoweit ist der Begriff „umfassend" in der vorliegenden Anwendung generell nicht nur als „aufweisend" sondern auch als „enthaltend" bzw. „bestehend aus" zu verstehen. In this context, it should be noted that the mixture preferably consists exclusively of the aforementioned components. In particular, the liquid fuel can exclusively contain water, a cold start auxiliary, methanol and, if appropriate, a blue dye. In this respect, the term “comprising” in the present application is generally to be understood not only as “having” but also as “containing” or “consisting of”.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines zuvor beschriebenen Flüssigkraftstoffs als Treibstoff in einem Viertakt-Flubkolbenmotor bei einem Verdichtungsverhältnis im Verdichtungstakt von mindestens 1: 16. Ferner kann das Verdichtungsverhältnis im Verdichtungstakt auch mindestens 1: 18, insbesondere 1:20 und 1:25, betragen. A secondary aspect of the invention relates to the use of a previously described liquid fuel as fuel in a four-stroke piston engine with a compression ratio in the compression stroke of at least 1:16. Furthermore, the compression ratio in the compression stroke can also be at least 1:18, in particular 1:20 and 1:25 , amount.
Zum Verständnis der vorstehend beschriebenen Verwendung ist es wesentlich, dass der Flüssigkraftstoff in dem Viertakt-Flubkolbenmotor als Flaupt-Treibstoff verwendet wird. Der Flüssigkraftstoff bildet also keinen Zusatzstoff, der einem weiteren Kraftstoff zugemischt wird. Vielmehr wird der Flüssig kraftstoff so verwendet, dass der Viertakt-Flubkolbenmotor mittels des Flüssigkraftstoffs betrieben wird. In order to understand the use described above, it is essential that the liquid fuel be used as the main fuel in the four-stroke reciprocating piston engine. The liquid fuel therefore does not form an additive that is mixed with another fuel. Rather, the liquid fuel is used in such a way that the four-stroke flub piston engine is operated by means of the liquid fuel.
Der Flüssigkraftstoff, der hier zur Anwendung gelangt, weist mit seinem Methanol-Anteil eine Eigenschaft auf, die für die Steigerung des Wirkungsgrads eines Viertakt-Flubkolbenmotors wesentlich ist. Konkret kann der Flüssig kraftstoff auf Methanol-Basis bei einer bei Ottomotoren sonst unüblich hohen Verdichtung eingesetzt werden. Bei der hohen Verdichtung wird, insbesondere in einem Betrieb bei einem ausgeglichenen Verbrennungsluftverhältnis (l=1) eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrads erreicht. Damit kann auch mit geringem Flüssigkraftstoff-Einsatz eine hohe Leistung in einem Viertakt-Hubkolbenmotor erzielt werden. The liquid fuel that is used here, with its methanol content, has a property that is essential for increasing the efficiency of a four-stroke piston engine. Specifically, the methanol-based liquid fuel can be used with an otherwise unusually high compression ratio in gasoline engines. In the case of high compression, a considerable increase in efficiency is achieved, especially in operation with a balanced combustion air ratio (l = 1). This can also be done with little Liquid fuel use high performance can be achieved in a four-stroke reciprocating engine.
Ein besonders wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung des zuvor beschriebenen Flüssigkraftstoffs. Erfindungsgemäß ist in dieser Hinsicht vorgesehen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Flüssigkraftstoffs A particularly important aspect of the invention is the specification of a method for producing the liquid fuel described above. According to the invention it is provided in this regard that in the method according to the invention for producing the liquid fuel
- Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser bereitgestellt wird, wobei die Elektrolyse ausschließlich mit erneuerbarem Strom, insbesondere aus einer Photovoltaikanlage, betrieben wird; - Hydrogen is provided by electrolysis of water, the electrolysis being operated exclusively with renewable electricity, in particular from a photovoltaic system;
- der Wasserstoff mit Kohlenstoff zu Methanol umgesetzt wird, wobei der Kohlenstoff aus Biomasse oder aus atmosphärischem Kohlendioxid gewonnen wird; und the hydrogen is reacted with carbon to form methanol, the carbon being obtained from biomass or from atmospheric carbon dioxide; and
- dem Methanol Wasser und ein Kaltstart-Hilfsstoff beigemischt wird, so dass der Flüssigkraftstoff zwischen 15 vol-% und 50 vol-% Wasser, zwischen 3 vol-% und 16 vol-% des Kaltstart-Hilfsstoffs, wobei der Kaltstart-Hilfsstoff einen Siedepunkt bei 1 atm von weniger als 64,7°C, insbesondere höchstens 35°C, aufweist, und als Rest Methanol aufweist. - The methanol, water and a cold start auxiliary is added, so that the liquid fuel between 15 vol% and 50 vol% water, between 3 vol% and 16 vol% of the cold start auxiliary, the cold start auxiliary having a boiling point at 1 atm of less than 64.7 ° C., in particular at most 35 ° C., and the remainder having methanol.
Die zuvor beschriebenen alternativen Mischungsverhältnisse der einzelnen Komponenten des Flüssigkraftstoffs gelten selbstredend auch für den nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Flüssig kraftstoff. The above-described alternative mixing ratios of the individual components of the liquid fuel naturally also apply to the liquid fuel produced by the method described here.
Bei Einhaltung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ist gewährleistet, dass der Flüssigkraftstoff insgesamt C02-neutral ist. Insbesondere das im Flüssigkraftstoff enthaltene Methanol wird so zu 100% C02-neutral hergestellt.If the method steps described above are complied with, it is ensured that the liquid fuel is overall C0 2 -neutral. In particular, the methanol contained in the liquid fuel is produced 100% C0 2 -neutral.
Die C02-Neutralität wird dadurch gewährleistet, dass der zur Erzeugung des Methanols eingesetzte Wasserstoff durch Elektrolyse bereitgestellt wird, wobei für diese Elektrolyse ausschließlich erneuerbarer Strom eingesetzt wird. Als erneuerbarer Strom wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein elektrischer Strom bezeichnet, der ausschließlich aus einer oder mehreren erneuerbaren Quellen erzeugt wurde. Eine solche Quelle kann beispielsweise eine Photovoltaikanlage oder eine Windkraftanlage sein. Andere regenerativen bzw. erneuerbare Quellen sind ebenfalls denkbar. Die Methanol-Erzeugung wird vorzugsweise durch Umsetzung des Wasserstoffs mit Kohlenstoff erreicht, wobei beispielsweise ein Methanol-Reaktor eingesetzt wird. Dazu wird vorzugsweise ein selektiver Katalysator verwendet, der die Bildung von Methan bei der Umsetzung unterdrückt. The C0 2 neutrality is guaranteed by the fact that the hydrogen used to generate the methanol is provided by electrolysis, with only renewable electricity being used for this electrolysis. In the context of the present application, an electrical current is referred to as renewable current that was generated exclusively from one or more renewable sources. Such a source can be, for example, a photovoltaic system or a wind turbine. Other regenerative or renewable sources are also conceivable. The production of methanol is preferably achieved by reacting the hydrogen with carbon, using, for example, a methanol reactor. For this purpose, a selective catalyst is preferably used which suppresses the formation of methane during the reaction.
Die Methanol-Herstellung kann insbesondere im Niederdruckverfahren bei Drücken von 5 bis 10 MPa und Temperaturen zwischen 220°C und 320°C erfolgen. Besonders bevorzugt ist es, wenn bei der Herstellung des Methanol ein Methanolderivat, vorzugsweise Methylformiat, produziert wird, welches später als Kaltstart-Hilfsstoff dem Methanol beigemischt werden kann, um so den Flüssigkraftstoff herzustellen. The methanol production can take place in particular in the low pressure process at pressures of 5 to 10 MPa and temperatures between 220 ° C and 320 ° C. It is particularly preferred if, during the production of the methanol, a methanol derivative, preferably methyl formate, is produced which can later be added to the methanol as a cold start auxiliary in order to produce the liquid fuel in this way.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Viertakt-Hubkolbenmotors, insbesondere eines Viertakt-Ottomotors, der einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Arbeitstakt und einen Ausstoßtakt aufweist, wobei im Ansaugtakt Luft in einen Verbrennungsraum geleitet und zusätzlich ein zuvor beschriebener Flüssigkraftstoff in den Brennraum geführt wird, so dass sich ein Luft-Kraftstoff- Gemisch bildet, und wobei im Verdichtungstakt das Luft-Kraftstoff-Gemisch bei einem Verdichtungsverhältnis von mindestens 1: 16, insbesondere mindestens 1: 18, insbesondere zwischen 1:20 und 1:25, verdichtet und durch einen Zündfunken gezündet wird. A further secondary aspect of the invention relates to a method for operating an externally ignited four-stroke reciprocating engine, in particular a four-stroke Otto engine, which has an intake stroke, a compression stroke, a power stroke and an exhaust stroke, with air being passed into a combustion chamber in the intake stroke and an additional one described above Liquid fuel is fed into the combustion chamber so that an air-fuel mixture is formed, and the air-fuel mixture in the compression stroke at a compression ratio of at least 1:16, in particular at least 1:18, in particular between 1:20 and 1 : 25, compressed and ignited by an ignition spark.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkraftstoff bereits in einem Saugrohr vor dem Brennraum mit der Luft vermischt wird. Alternativ kann der Flüssigkraftstoff auch in den Brennraum direkt eingespritzt werden. In the method it can be provided that the liquid fuel is already mixed with the air in an intake pipe in front of the combustion chamber. Alternatively, the liquid fuel can also be injected directly into the combustion chamber.
Wenn der Viertakt-Hubkolbenmotor zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung für einen Hybridantrieb eines Hybridfahrzeugs dient, so wird das Hybridfahrzeug insgesamt C02-neutral betrieben, da der Flüssigkraftstoff CO2- neutral ist. Im besten Fall kann sogar die Verbrennung innerhalb des Viertakt- Hubkolbenmotors derart sauber verlaufen, dass die bei der Verbrennung entstehenden Emissionen weniger Schadstoffe enthalten als die bisher in Großstädten vorhandene Außenluft. Dies wird insbesondere durch den Wasseranteil im Fl üssigkraftstoff erreicht, der die Verbrennungstemperatur und damit die NOx-Emissionen absenkt. Ein besonders gutes Emissionsergebnis wird erhalten, wenn bei dem Betriebsverfahren ein Verbrennungsluftverhältnis im Verdichtungstakt von 1, also l=1, eingestellt wird. Bei einem solchen Verbrennungsluftverhältnis ist eine besonders saubere Verbrennung gewährleistet und gleichzeitig wird damit der Wirkungsgrad des Viertakt-Hubkolbenmotors zusätzlich gesteigert. If the four-stroke reciprocating piston engine is used to drive a generator to generate electricity for a hybrid drive of a hybrid vehicle, then the hybrid vehicle is operated as a whole in a CO2-neutral manner, since the liquid fuel is CO2-neutral. In the best case, even the combustion inside the four-stroke reciprocating piston engine can run so cleanly that the emissions resulting from the combustion contain fewer pollutants than the outside air previously present in large cities. This is achieved in particular by the proportion of water in the liquid fuel, which lowers the combustion temperature and thus the NO x emissions. A particularly good emission result is obtained if a combustion air ratio in the compression stroke of 1, i.e. l = 1, is set in the operating method. With such a combustion air ratio, particularly clean combustion is guaranteed and, at the same time, the efficiency of the four-stroke reciprocating engine is additionally increased.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying schematic drawings. Show in it:
Fig. 1 ein Prozessschaubild für die Herstellung eines erfindungsgemäßen1 shows a process diagram for the production of an inventive
Flüssigkraftstoffs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses von NOx-Emissionen bei unterschiedlichen Verbrennungstemperaturen; Liquid fuel according to a preferred embodiment; FIG. 2 is a diagram showing the ratio of NO x emissions at different combustion temperatures; FIG.
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses von NOx-Emissionen bei unterschiedlichem Wasseranteil in einem Diesel- Hubkolbenmotor; und Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses von3 is a diagram showing the ratio of NO x emissions with different water proportions in a diesel reciprocating engine; and FIG. 4 is a diagram showing the relationship between
Verdichtungsverhältnis und Verdichtungsendtemperatur im Vergleich verschiedener Flüssigkraftstoffe. Compression ratio and compression end temperature in comparison of different liquid fuels.
In Fig. 1 ist ein bevorzugter Prozess für die Herstellung des erfindungsgemäßen Flüssigkraftstoffs gezeigt. Ausgangspunkt ist im Wesentlichen Wasser, das vorzugsweise mittels Elektrolyse zunächst in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Der für die Elektrolyse benötigte elektrische Strom wird vorzugsweise mittels regenerativen Energiequellen, insbesondere Photovoltaik oder Windkraft, produziert. Damit ist die Elektrolyse klimaneutral bzw. CO2- neutral. Der mittels Elektrolyse entstehende Sauerstoff kann an die Atmosphäre abgegeben werden. Alternativ kann der Sauerstoff auch gespeichert und für spätere Prozessschritte wiederverwendet werden. Der Wasserstoff wird anschließend in einem Methanol-Reaktor durch Zugabe von Kohlenstoff zu Methanol umgesetzt. Die Kohlenstoffquelle kann Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid bilden. Auch eine Mischung aus Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid ist als Quelle für den Kohlenstoff, der zur Methanol-Umsetzung verwendet wird, möglich. Das Kohlenstoffdioxid bzw. CO2 oder das Kohlenstoffmonoxid (CO) kann aus Biomasse gewonnen werden. Alternativ ist es möglich, dass atmosphärisches CO2 bzw. CO für die Methanol-Umsetzung verwendet wird. In Fig. 1, a preferred process for the production of the liquid fuel according to the invention is shown. The starting point is essentially water, which is first split into hydrogen and oxygen, preferably by means of electrolysis. The electrical current required for the electrolysis is preferably produced by means of regenerative energy sources, in particular photovoltaics or wind power. This means that the electrolysis is climate-neutral or CO2-neutral. The oxygen produced by electrolysis can be released into the atmosphere. Alternatively, the oxygen can also be stored and reused for later process steps. The hydrogen is then converted to methanol in a methanol reactor by adding carbon. The carbon source can form carbon dioxide or carbon monoxide. A mixture of carbon dioxide and carbon monoxide is also possible as a source for the carbon that is used for the methanol conversion. The carbon dioxide or CO2 or the carbon monoxide (CO) can be obtained from biomass. Alternatively, it is possible that atmospheric CO2 or CO is used for the methanol conversion.
Besonders bevorzugt ist es, CO2 bzw. CO aus Rauchgasemissionen von Kraftwerken zu gewinnen. Somit können beispielsweise von noch im Betrieb befindlichen Kohlekraftwerken oder Erdgaskraftwerken entstehende CO2- Emissionen reduziert werden. Das dort produzierte CO2 kann also für die Methanol-Herstellung genutzt werden. Wenn atmosphärisches CO2 eingesetzt wird, wird bei der Herstellung des Flüssig kraftstoffs zunächst die CÜ2-Menge in der Atmosphäre reduziert. Erst bei der Verbrennung des Flüssigkraftstoffs wird das CO2 wieder freigesetzt, jedoch lediglich in der zuvor aus der Atmosphäre entzogenen Menge. Somit ist der Flüssigkraftstoff vollständig C02-neutral. It is particularly preferred to obtain CO2 or CO from flue gas emissions from power plants. In this way, for example, CO2 emissions from coal-fired power plants or natural gas power plants that are still in operation can be reduced. The CO2 produced there can therefore be used for the production of methanol. If atmospheric CO2 is used, the amount of CO2 in the atmosphere is first reduced during the production of the liquid fuel. The CO2 is only released again when the liquid fuel is burned, but only in the amount previously removed from the atmosphere. Thus, the liquid fuel is completely C0 2 -neutral.
Im Rahmen der Methanol-Herstellung kann außerdem durch weitere Umsetzung Methylformiat hergestellt werden. Methylformiat weist bei Normaldruck (1 atm) einen Siedepunkt von etwa 32°C, konkret 31,8°C, auf. Im Flüssig kraftstoff, der vorzugsweise „aFuel" genannt wird, sorgt Methylformiat mit seinem niedrigen Siedepunkt dafür, dass sich der Flüssigkraftstoff leicht entzünden kann. Insbesondere kann sich das Methylformiat entzünden, so dass schnell Temperaturen erreicht werden, in welchen das Methanol in einen dampfförmigen Zustand übergeht, so dass es schließlich durchzündet. In the context of methanol production, methyl formate can also be produced by further conversion. At normal pressure (1 atm), methyl formate has a boiling point of around 32 ° C, specifically 31.8 ° C. In liquid fuel, which is preferably called "aFuel", methyl formate with its low boiling point ensures that the liquid fuel can ignite easily. In particular, the methyl formate can ignite so that temperatures are quickly reached at which the methanol is in a vaporous state passes over, so that it finally ignites.
Aus dem in der Herstellung gewonnenen Methanol und dem Methylformiat wird unter Zugabe von Wasser anschließend der Flüssigkraftstoff gemischt. The liquid fuel is then mixed from the methanol obtained during production and the methyl formate with the addition of water.
Die Mischung enthält vorzugsweise zwischen 3 vol-% und 16 vol-% Methylformiat als Kaltstart-Hilfsstoff. Zwischen 15 vol-% und 50 vol-% des Flüssigkraftstoffs wird durch Wasser gebildet. Der Rest ist Methanol. Vorzugsweise beträgt der Methanol-Anteil zwischen 82 vol-% und 34 vol-%. The mixture preferably contains between 3 vol% and 16 vol% methyl formate as a cold start auxiliary. Between 15 vol% and 50 vol% of the liquid fuel is formed by water. The rest is methanol. The proportion of methanol is preferably between 82% by volume and 34% by volume.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Flüssig kraftstoffs in Hubkolbenmotoren ergeben sich ganz besondere Vorteile. So zeigt Fig. 2, dass die Verbrennungstemperatur erheblichen Einfluss auf die NOc-Emissionen hat. Konkret steigt mit steigender Verbrennungstemperatur die Menge der NOx-Emissionen exponentiell an. Hohe Verbrennungstemperaturen und damit einhergehende hohe NOx-Emissionen entstehen insbesondere bei Verbrennung von Ottokraftstoff („Gasoline"). Dieselkraftstoff verbrennt bei niedrigeren Temperaturen und setzt damit weniger NOx frei. Der erfindungsgemäße Flüssigkraftstoff „aFuel" weist eine noch niedrigere Verbrennungstemperatur auf, so dass es im Vergleich zu den vorgenannten, fossilen Kraftstoffen zu einer weiteren, signifikanten Reduktion der NOx- Emissionen kommt. When using the liquid fuel according to the invention in reciprocating engines, there are very special advantages. Thus, FIG. 2 shows that the combustion temperature has a considerable influence on the NO c emissions. Specifically, the amount of NO x emissions increases exponentially as the combustion temperature rises. High combustion temperatures and the associated high NO x emissions arise in particular when burning petrol ("gasoline"). Diesel fuel burns at lower temperatures and thus releases less NOx In comparison to the aforementioned fossil fuels, there is a further, significant reduction in NO x emissions.
Aus dem Diagramm gemäß Fig. 3 ist ferner ableitbar, welche Auswirkungen der Anteil des Wassers in der Mischung des Flüssigkraftstoffs auf die NOx-Emissionen hat. From the diagram according to FIG. 3 it can also be derived what effects the proportion of water in the mixture of liquid fuel has on the NO x emissions.
Fig. 3 zeigt konkret den Verlauf der NOx-Emissionen bei unterschiedlichem Anteil von Wasser, das einem Dieselkraftstoff in einem Dieselmotor zugespritzt wird. Bei dieser sehr aufwändigen Technologie weist der Dieselmotor eine zusätzliche Einspritzdüse für Wasser auf, so dass in das Diesel-Luft-Gemisch in einem Brennraum fein zerstäubtes Wasser zugeführt werden kann. Dieses Verfahren ist vergleichsweise aufwändig, führt jedoch erkennbar zu einer Reduktion der Verbrennungstemperatur und damit zu einer Verringerung der NOx-Emissionen. 3 shows specifically the course of the NO x emissions with different proportions of water that is injected into a diesel fuel in a diesel engine. With this very complex technology, the diesel engine has an additional injection nozzle for water, so that finely atomized water can be fed into the diesel-air mixture in a combustion chamber. This method is comparatively complex, but leads to a noticeable reduction in the combustion temperature and thus to a reduction in NO x emissions.
Fig. 3 zeigt deutlich, dass mit zunehmendem Wasseranteil die NOx-Emissionen signifikant sinken. Es ist zu erwarten, dass dieser Effekt auch mit dem erfindungsgemäßen Flüssig kraftstoff erreicht wird, wobei das Wasser bereits im Flüssigkraftstoff enthalten ist. Eine aufwändige Wassereinspritztechnologie einschließlich eines separaten Wasservorratsbehälters ist damit nicht erforderlich. 3 clearly shows that the NO x emissions decrease significantly with increasing water content. It is to be expected that this effect will also be achieved with the liquid fuel according to the invention, the water already being contained in the liquid fuel. Complex water injection technology including a separate water storage tank is therefore not required.
Konkret ist erkennbar, dass bei 50% Last auf den Viertakt-Hubkolbenmotor die NOx-Emissionen bei einem Wasseranteil von etwa 3% mehr als 10 g/kWh betragen. Erhöht sich der Wasseranteil auf über 30%, so sinken die NOx- Emissionen auf weniger als 4 g/kWh. Ein hoher Wasseranteil im Flüssigkraftstoff ist daher vorteilhaft, um die NOx-Emissionen deutlich zu reduzieren. Die Zugabe des Kaltstart-Hilfsstoffs in die Mischung des Flüssigkraftstoffs hat zusätzlich besondere Vorteile bei Viertakt-Hubkolbenmotoren. Durch den Kaltstart-Hilfsstoff wird der Flüssigkraftstoff zündwillig, so dass trotz eines hohen Wasseranteils eine gute Verbrennung erzielt wird. Ein Wasseranteil von 30 vol-% und höher ist daher ohne weiteres möglich. Specifically, it can be seen that with 50% load on the four-stroke reciprocating engine, the NO x emissions are more than 10 g / kWh with a water content of around 3%. If the water content increases to over 30%, the NO x emissions drop to less than 4 g / kWh. A high proportion of water in the liquid fuel is therefore advantageous in order to significantly reduce NO x emissions. Adding the cold start additive to the liquid fuel mixture also has particular advantages in four-stroke reciprocating engines. The cold start additive makes the liquid fuel ignitable, so that good combustion is achieved despite a high water content. A water content of 30% by volume and higher is therefore easily possible.
Entscheidend für die Reduktion der NOx-Emissionen ist die Temperatur im Brennraum des Viertakt-Hubkolbenmotors. Fig. 4 zeigt anschaulich, dass bereits durch die Verwendung von Methanol als Hauptbestandteil des Flüssig kraftstoffs gegenüber bisherigen Ottokraftstoffen eine signifikante Reduktion der Verdichtungsendtemperatur im Brennraum erreicht wird. Dabei ist auch erkennbar, dass diese Reduktion auch bei höheren Verdichtungsverhältnissen signifikant ist. The temperature in the combustion chamber of the four-stroke reciprocating engine is decisive for reducing NO x emissions. 4 clearly shows that the use of methanol as the main component of the liquid fuel compared to previous gasoline fuels already achieves a significant reduction in the compression end temperature in the combustion chamber. It can also be seen that this reduction is significant even at higher compression ratios.
Üblicher Ottokraftstoff weist bei einem Verbrennungsluftverhältnis von 1 (l=1) und bei einem Verdichtungsverhältnis von 1: 17 eine Verdichtungsendtemperatur von über 600°C auf. Methanol zeigt bei denselben Bedingungen jedoch eine Verdichtungsendtemperatur von weniger als 400°C. Durch die Reduktion der Temperaturen im Brennraum wird somit vermieden, dass sich eine hohe Anzahl von Stickoxiden bildet. Conventional petrol has a compression end temperature of over 600 ° C with a combustion air ratio of 1 (l = 1) and a compression ratio of 1:17. However, under the same conditions, methanol shows a compression end temperature of less than 400 ° C. By reducing the temperatures in the combustion chamber, it is avoided that a large number of nitrogen oxides are formed.
Die Reduktion von NOx wird dadurch begünstigt, dass vorzugsweise ein mit dem Flüssigkraftstoff betriebener Viertakt-Hubkolbenmotor dauerhaft mit einem Verbrennungsluftverhältnis von 1 (l=1) betrieben wird, so dass bei der Verbrennung im Wesentlichen alle Sauerstoffatome „verbraucht" werden. Es fehlt daher an „unverbrauchtem" Sauerstoff, der NOx-Verbindungen eingehen könnte. The reduction of NOx is promoted by the fact that a four-stroke reciprocating engine operated with the liquid fuel is preferably operated continuously with a combustion air ratio of 1 (l = 1), so that essentially all oxygen atoms are "consumed" during combustion "Unused" oxygen that could form NOx compounds.
Im Ergebnis wird also durch die Kombination von Methanol und Wasser eine erhebliche Reduktion von NOx-Emissionen erreicht. Durch die Erhöhung desAs a result, a significant reduction in NO x emissions is achieved through the combination of methanol and water. By increasing the
Verdichtungsverhältnisses gegenüber Ottomotoren wird außerdem ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt. Da der Flüssigkraftstoff C02-neutral hergestellt ist, kann so ein vollständig C02-neutrales Antriebssystem g Compression ratio compared to gasoline engines also achieves a particularly high level of efficiency. Since the liquid fuel is produced C0 2 -neutral, a completely C0 2 -neutral drive system can g

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. C02-neutraler Flüssigkraftstoff zur universellen Verwendung, insbesondere in Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise Hubkolbenmotoren, umfassend die folgenden Komponenten als Mischung: 1. C0 2 -neutral liquid fuel for universal use, especially in internal combustion engines, preferably reciprocating engines, comprising the following components as a mixture:
- zwischen 15 vol-% und 50 vol-% Wasser, - between 15 vol% and 50 vol% water,
- zwischen 3 vol-% und 16 vol-% eines Kaltstart-Hilfsstoffs, der einen Siedepunkt bei 1 atm von weniger als 64,7°C aufweist und - between 3 vol-% and 16 vol-% of a cold start auxiliary material which has a boiling point at 1 atm of less than 64.7 ° C and
- Rest, insbesondere zwischen 34 vol-% und 82 vol-%, Methanol aus regenerativer Erzeugung. - The rest, in particular between 34 vol% and 82 vol%, methanol from regenerative production.
2. Flüssigkraftstoff gemäß Anspruch 1, dad u rch geken nzeich net, dass der Kaltstart-Hilfsstoffein Methanolderivat ist. 2. Liquid fuel according to claim 1, characterized in that the cold start auxiliary is a methanol derivative.
3. Flüssigkraftstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dad u rch geken nzeich net, dass der Kaltstart-Hilfsstoff Methylformiat oder Dimethylether ist. 3. Liquid fuel according to claim 1 or 2, dad u rch geken nzeich net that the cold start auxiliary is methyl formate or dimethyl ether.
4. Flüssigkraftstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Mischung zusätzlich höchstens 1 vol-% Zusatzstoffe aufweist, wobei als, vorzugsweise einziger, Zusatzstoff blauer Farbstoff vorgesehen ist. 4. Liquid fuel according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that the mixture additionally has a maximum of 1% by volume of additives, with blue dye being provided as, preferably the only, additive.
5. Verwendung eines Flüssigkraftstoffs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Treibstoff in einem Viertakt-Hubkolbenmotor bei einem Verdichtungsverhältnis im Verdichtungstakt von mindestens 1:16, insbesondere mindestens 1:18, insbesondere zwischen 1:20 und 1:25. 5. Use of a liquid fuel according to one of the preceding claims as fuel in a four-stroke reciprocating engine with a compression ratio in the compression stroke of at least 1:16, in particular at least 1:18, in particular between 1:20 and 1:25.
6. Verfahren zur Herstellung eines Flüssig kraftstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei 6. A method for producing a liquid fuel according to any one of claims 1 to 4, wherein
- Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser bereitgestellt wird, wobei die Elektrolyse ausschließlich mit erneuerbarem Strom, insbesondere aus einer Photovoltaikanlage, betrieben wird; - der Wasserstoff mit Kohlenstoff zu Methanol umgesetzt wird, wobei der Kohlenstoff aus Biomasse oder aus atmosphärischem Kohlendioxid gewonnen wird; und - Hydrogen is provided by electrolysis of water, the electrolysis being operated exclusively with renewable electricity, in particular from a photovoltaic system; the hydrogen is reacted with carbon to form methanol, the carbon being obtained from biomass or from atmospheric carbon dioxide; and
- dem Methanol Wasser und ein Kaltstart-Hilfsstoff beigemischt wird, so dass der Flüssig kraftstoff zwischen 15 vol-% und 50 vol-% Wasser, zwischen 3 vol-% und 16 vol-% des Kaltstart-Hilfsstoffs, wobei der Kaltstart-Hilfsstoff einen Siedepunkt bei 1 atm von weniger als 64,7°C aufweist, und als Rest Methanol aufweist. - The methanol water and a cold start auxiliary is added, so that the liquid fuel between 15 vol% and 50 vol% water, between 3 vol% and 16 vol% of the cold start auxiliary, the cold start auxiliary a Has a boiling point at 1 atm of less than 64.7 ° C, and the balance has methanol.
7. Verfahren zum Betreiben eines fremdgezündeten Viertakt-Hubkolbenmotors, insbesondere eines Viertakt-Ottomotors, der einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Arbeitstakt und einen Ausstoßtakt aufweist, wobei im Ansaugtakt Luft in einen Brennraum geleitet und zusätzlich ein Flüssig kraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in den Brennraum geführt wird, so dass sich ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet, und wobei im7. A method for operating a spark-ignited four-stroke reciprocating engine, in particular a four-stroke Otto engine, which has an intake stroke, a compression stroke, a power stroke and an exhaust stroke, with air being passed into a combustion chamber in the intake stroke and additionally a liquid fuel according to one of claims 1 to 4 is fed into the combustion chamber, so that an air-fuel mixture is formed, and in which im
Verdichtungstakt das Luft-Kraftstoff-Gemisch bei einem Verdichtungsverhältnis von mindestens 1: 16, insbesondere mindestens 1: 18, insbesondere zwischen 1:20 und 1:25, verdichtet und durch einen Zündfunken gezündet wird. Compression stroke, the air-fuel mixture is compressed at a compression ratio of at least 1:16, in particular at least 1:18, in particular between 1:20 and 1:25, and ignited by an ignition spark.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Verbrennungsluftverhältnis im Verdichtungstakt 1 (l=1) beträgt. 8. The method according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a combustion air ratio in the compression stroke is 1 (l = 1).
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