Eind mei, de laatste bijeenkomst van het "Horizon 2020"-project "GasOn" met de EU-commissie vond plaats in Brussel. Het doel van dit EU-project was de verdere ontwikkeling van gasmotoren voor auto's en bestelwagens. Ongeveer 20 partners namen deel, waaronder ETH Zürich en Empa, evenals vier Europese autofabrikanten en bekende leveranciers. Voertuigen op gas stoten over het algemeen minder vervuilende stoffen uit dan benzine- of dieselauto's. Ze zullen in de toekomst waarschijnlijk aan belang winnen vanwege hun mogelijkheid om te worden aangedreven door hernieuwbare energie.

Naast elektrische en waterstofaandrijflijnen, gasmotoren spelen ook een belangrijke rol in het Zwitserse Competence Center for Energy Research in the Field of Mobility ("SCCER Mobility") onder leiding van ETH Zürich. Dit komt omdat voertuigen die worden aangedreven door voorbewerkt biogas of synthetisch methaan ("e-gas") een zeer lage CO .-uitstoot hebben ₂ uitstoot. Synthetisch methaan wordt geproduceerd uit hernieuwbare overtollige elektriciteit en CO ₂ . Voorbewerkt biogas en synthetisch methaan kunnen naar believen worden gemengd en met tot 130 octaan, hebben een aanzienlijk hogere klopvastheid dan benzine, waardoor ze ideale brandstoffen zijn voor verbrandingsmotoren. Voor hoge belastingen, zoals op de snelweg, voertuigen op gas halen al een hoger rendement dan benzinemotoren.

Echter, de efficiëntie kan nog aanzienlijk worden verhoogd - vanwege de hoge klopvastheid van methaan - omdat de huidige gasmotoren in personenauto's doorgaans slechts in geringe mate aangepaste benzinemotoren zijn, d.w.z. concepten die nog niet zijn geoptimaliseerd voor gebruik met methaan. Om dit onbenutte potentieel te identificeren, het EU-project "GasOn" werd gelanceerd in 2015. Onderzoekers van ETH Zürich en Empa namen ook deel aan dit project als onderdeel van een werkpakket onder leiding van Volkswagen Group Research.

Een voor gas geoptimaliseerde motor

Voor een gasmotor met een cilinderinhoud van twee liter is een zeer efficiënt verbrandingsproces geïmplementeerd:een arm gasmengsel wordt ontstoken door middel van een stromingskalmte voorkamer. In het ETH-laboratorium voor aerothermochemie en verbrandingssystemen, basisexperimenten werden uitgevoerd in optisch toegankelijke motoren. Deze werden gebruikt om het gedrag van de ontsteking in de voorkamer en het overlopen van de hete stralen in de hoofdverbrandingskamer te onderzoeken. Op basis van deze gegevens, numerieke tools werden ontwikkeld om de processen in detail te berekenen met behulp van computersimulaties. Dankzij deze resultaten kon Volkswagen Group Research het ontwerp van de voorkamer en de hoofdverbrandingskamer optimaliseren. Wetenschappers van Empa hebben dienovereenkomstig een motor opgezet en het verbrandingsproces onderzocht. Er werd gebruik gemaakt van een motorbesturingssysteem ontwikkeld door het Instituut voor Dynamische Systemen en Regeltechnologie van ETH Zürich, die het complexe totale systeem coördineert en tegelijkertijd aanpassing aan nieuwe bevindingen mogelijk maakt.

Resultaat:recordrendement voor motoren van personenauto's

Vergeleken met de stand van de techniek, het verbruik van de nieuwe gasmotor met voorkamerverbranding werd met 20 procent verminderd (omgerekend naar het WLTP-normverbruik voor een middelgrote personenauto). Het piekrendement in de beste motorconfiguratie was meer dan 45 procent, met een efficiëntie van meer dan 40 procent over een breed werkbereik. Dergelijke waarden worden momenteel alleen bereikt door aanzienlijk grotere motoren, zoals die worden gebruikt in bedrijfsvoertuigen, stationaire of maritieme toepassingen. 45 procent is een nieuw record voor motoren van personenauto's. Ter vergelijking, benzinemotoren hebben doorgaans een rendement van 35 tot 40 procent. Het GasOn-project heeft de uitlaatgasbehandeling van een dergelijke motor nog niet behandeld; verder onderzoek is nog nodig, door het arme verbrandingsproces.

Algemeen, het is aangetoond dat gasmotoren het potentieel hebben om vergelijkbare efficiënties te bereiken als (aanzienlijk grotere) dieselmotoren. In aanvulling, ze kunnen eenvoudig worden bediend met elk mengsel van hernieuwbaar biogeen of synthetisch methaan en bereiken zo een zeer lage CO ₂ uitstoot. De betrokken voertuigfabrikanten gaan nu onderzoeken hoe de resultaten van het GasOn-project kunnen worden overgedragen naar productievoertuigen.