On the Phase Behavior, Structure and Emissions of Water - Fuel Microemulsions

Wasser ¿ Kraftstoff Gemische reduzieren schädliche Rohemissionen in Verbrennungs-

motoren. Dabei sind Mikroemulsionen gewöhnlichen Emulsionen aufgrund ihrer thermodyna-

mischen Stabilität und der Verteilung des Wassers auf der Nanoskala überlegen. Strey und

Mitarbeiter zeigten bereits 2003 in einer Patentanmeldung [DE10334897A1] den Nutzen von

bikontinuierlich strukturierten Mikroemulsionen bei der Verbrennung in Dieselmotoren auf.

In der vorliegenden Arbeit wurden Kraftstoffmikroemulsionen des Typs Wasser/Gefrier-

schutzmittel ¿ Kraftstoff ¿ Ölsäure/Ethanolamin/Ölsäurediethanolamid mit Wasseranteilen

von bis zu 40 Gew.-% formuliert, die ein temperaturinvariantes Phasenverhalten aufweisen.

Emissionen von Dieselmotoren, besonders Schwarzruß und NOX, wurden als Funktion des

Wassergehaltes untersucht. Durch die Verwendung von vollständig verbrennbaren, günstigen

und aus Biomasse gewonnenen Tensiden, konnten Dieselmikroemulsionen im Hinblick auf

Emissionen, zukünftige Preisentwicklung und Nachhaltigkeit optimiert werden. Des Weiteren

erlaubte die Solubilisierung von Wasser in marinem Gasöl (MGO) eine Ausdehnung der

Anwendung auf den heavy duty-Bereich von marinen off-shore-Energiegeneratoren.

Schließlich wurden mit dem neuen Gas-to-Liquid Kraftstoff (GtL) ein vollständig

erneuerbarer und sauberer Mikroemulsionskraftstoff formuliert. Die Struktur optimaler

Wasser ¿ Kraftstoffmikroemulsionen wurde mittels Kleinwinkelneutronenstreuung (SANS),

dynamischer Lichtstreuung (DLS), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und

Kernmagnetresonanz (NMR-) Diffusometrie sowie Messungen der elektrischen Leitfähigkeit

untersucht und nachgewiesen. Gemeinsam ergaben diese sich gegenseitig ergänzenden

Techniken ein in sich konsistentes Bild einer bikontinuierlichen Struktur. Mit der

vorliegenden Arbeit gewinnt man ein tiefes Verständnis von Kraftstoffmikroemulsionen mit

einer Einordnung der Eigenschaften in den wissenschaftlichen Kontext. In Zusammenarbeit

mit den heavy-duty-Motorenbauern mtu und MAN konnte eine simultane und drastische

Reduktion des Schwarzrußes um bis zu 96 % sowie der Stickoxide um bis zu 60 %, mehr als

bisher je erreicht, nachgewiesen werden bei gleichzeitigem Rückgang des spezifischen

Verbrauchs.