Alexander Dottei bei der Erstellung eines Messkonzepts zur experimentellen Erfassung des Kolben-Wärmehaushalts. (Bild: Universität/Thomas Rahr)
An der Universität Rostock gibt es gute Bedingungen für ausgefeilte Forschungen am Schiffdieselmotor zur Reduktion von Schadstoff-Emissionen. Dabei kommt ein moderner Schiffsdieselmotor mit komplexer Messtechnik zum Einsatz, der für die universitäre Forschung bereit steht. Dieser Motor steht am Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik der Universität Rostock.
Gleich nebenan, am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT), unter Leitung von Professor Egon Hassel, sind im Herbst zwei neue Forschungsprojekte angelaufen, die das Bundeswirtschaftsministerium mit etwa einer Million Euro fördert.
Emissionen im Schiffbau reduzieren
Professor Hassel dazu: „Wir wollen wegweisend daran mitwirken, dass im Schiffsverkehr künftig Kraftstoffverbräuche und Emissionen reduziert werden können“. Hier läuft anwendungsnahe maritime Spitzen-Forschung. Das heißt, Lösungskonzepte zu entwickeln, die den Weg aus der Forschung in die Praxis beziehungsweise in die Produktion schaffen und in diesem konkreten Fall helfen, die Grundlagen für eine noch sauberere Schifffahrt und sinkende CO2-Emissionen zu legen.
Weniger Energieverluste am Schiffsmotor
Das neu gestartete Forschungsprojekt hat zum Ziel, Reibung und Energieverluste am Schiffsmotor auf das Niveau modernster LKW-Motoren zu reduzieren.
Welches technische Potenzial zur Senkung der unerwünschten Energieverluste gibt es am Großmotor? „Für uns steht die Aufgabe, den Wärmehaushalt eines Schiffsdieselmotors hochexakt zu bestimmen“, sagt Dr. Jürgen Nocke, Oberassistent am Lehrstuhl LTT. Dabei hilft den Forschern eine sehr anspruchsvolle Messtechnik, die bislang am Schiffsmotor noch nicht zum Zuge kam.
Das Ziel: die Reibungsverluste der Schiffsdieselmotoren drastisch reduzieren, konkret soll damit der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen bei Schiffsdieselmotoren um fünf Prozent sinken.
Minimale Temperaturänderungen werden erfasst
Die Forscher um Dr. Jürgen Nocke setzen bei der Messtechnik Oberflächenthermoelemente ein, die mit Hilfe von Vakuumbedampfung aufgebracht werden. Die Sensoren garantieren, dass Temperaturänderungen im Mikrosekundenbereich erfasst werden können.
Mit im Boot der Forschung sind unter anderem ein Schiffsdieselmotorenhersteller sowie das Forschungszentrum für Verbrennungsmotoren und Thermodynamik Rostock (FVTR), eine Ausgründung aus der Uni Rostock. Für den Doktoranden Alexander Dottei ist die Umsetzung des ausgewählten Messkonzeptes am realen Motor mit Signalaufnahme und –übertragung eine wesentliche Herausforderung. „Die Daten bilden am Ende die Grundlage für die Bestimmung des optimalen Kühlbedarfs des Kolbens.“
Es gehe darum, den „thermischen Stress“ im Kolben und seine Lebensdauer zu bestimmen. Da ist für die Maschinenbauer viel Physik und Rechenaufwand im Spiel. Sie berechnen die Wärmeausdehnung des Kolbens und die damit verbundene Änderung der Reibparameter. „Die sind entscheidend für die Verminderung des Kraftstoffverbrauches“, sagt Dr. Nocke. Grundsätzlich gehe es darum, Erfahrungen und Technologien aus Nutzfahrzeugmotoren auf den Schiffsdieselmotor zu übertragen.
Schiffsmanöverbetrieb nachhaltig verbessern
In einem weiteren, gerade gestarteten Projekt geht es am Lehrstuhl LTT darum, den Schiffsmanöverbetrieb im Hafen nachhaltig zu verbessern. Die Herausforderung auch hier: Schadstoffminimierung und weniger Kraftstoffverbrauch.
Das heißt auch, Analysen an Bord moderner Fähren im Rostocker Hafen. Der Prozess wird dann in ein Computer-Modell übertragen. Schließlich werden die Erkenntnisse am Simulator getestet. „Emissions- und Kraftstoffverbrauchsenkung bei Schiffsantrieben in naher Zukunft – das wäre ein großer Erfolg für uns alle!“, betont Professor Hassel. hei