Der Vortrag unseres Anwendungstechnikers Philipp Jakubec auf der CIMAC
Die Gesellschaft bewegt sich in Richtung Klimaneutralität, wobei mit Ammoniak betriebene Verbrennungsmotoren (NH3 - ICE) als eine der wichtigsten Technologien angesehen werden könnten. Diese Motoren werden mit Ammoniak (NH3) betrieben, so dass kohlenstoffhaltige Emissionen aus dem Schmieröl nur in sehr geringem Umfang vorhanden sind. Die wichtigsten Schadstoffe NO und NO2 werden durch das Abgasnachbehandlungssystem verursacht, ebenso wie CO2 aus der Umgebungsluft. Eine Herausforderung für die derzeitigen Emissionsmesssysteme ist die Messung des hohen Anteils an unverbranntem Ammoniak und des hohen Wassergehalts.
Für herkömmliche Messtechniken sind diese niedrigen CO2-Konzentrationen aufgrund des hohen Wassergehalts schwer zu erkennen. Der normale CO2-Gehalt liegt zwischen 400 und 500 ppm, was sehr nahe an oder sogar unter der Nachweisgrenze der üblicherweise verwendeten nicht-dispersiven Infrarot-Detektoren (NDIR) liegt. Auch für NOx-Messgeräte wie Chemilumineszenzdetektoren (CLD) stellt der hohe Wassergehalt eine große Herausforderung dar, da er zu einem höheren Rauschen und damit zu einer schlechteren Nachweisgrenze führt. Selbst für Fourier-Transformierte-Infrarot-Spektroskopie-Analysatoren (FT-IR) ist es schwierig, mit einem Wassergehalt von über 15 % umzugehen, ohne dass das Rauschen zunimmt. In der Vergangenheit wurden Ammoniakmessungen in hohen Konzentrationen nie verlangt, so dass diese Technologie neu bewertet werden muss.
Ziel dieser Studie war es, zu zeigen, dass die Messung niedriger CO2- und NOx-Werte sowie hoher Ammoniakwerte mit FT-IR möglich ist. Daher wurden neue Kalibrierungen erstellt, die berücksichtigen, dass der Wassergehalt über 25 Vol% liegen kann. Diese wurden zunächst mit Kalibriergasen unter nassen und trockenen Bedingungen getestet. Anschließend wurde ein 2-Takt-Einzylindermotor, der mit Ammoniak betrieben wird, verwendet, um reale Motordaten zu erzeugen. Der FT-IR-Analysator wurde sowohl mit theoretischen Daten als auch mit anderen Analysatoren verglichen. Es wurden mehrere stationäre Punkte sowie verschiedene Lastzyklen durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen eine große Verbesserung bei der Reduzierung des durch Wasser verursachten Rauschens und somit eine genauere Messung bei niedrigen Konzentrationen. Hohe Ammoniakmesswerte können ohne Genauigkeitsverlust und ohne Störungen durch Wasser erreicht werden. Laufende Tests werden durchgeführt, um festzustellen, ob die Kalibrierungen weiter verbessert werden können.
