Niet alleen personenauto’s moeten de komende jaren milieuvriendelijker worden, ook bedrijfswagens moeten aanzienlijk minder CO2 gaan uitstoten. Voor dat zware verkeer op de lange afstand is momenteel een elektrische aandrijving niet zo geschikt. Er zijn daarvoor te zware accu’s nodig die te lange oplaadtijden vereisen, zodat deze aandrijvingen onrendabel zijn.
Gelukkig zijn er andere mogelijkheden. Er rijden inmiddels al heel wat vrachtwagens in Europa die worden voortbewogen dankzij een brandstofcel op waterstof. Een ander alternatief is synthetisch aardgas dat met overtollige groene stroom wordt geproduceerd. De Zwitserse onderzoeksinstelling Empa wil op die manier vanaf 2021 vrachtauto’s van die brandstof voorzien. Onderzoekers zien echter ook nog een andere mogelijkheid als alternatief voor diesel: dimethylether (DME), ook wel methoxymethaan genoemd.
Voordelige infrastructuur, schone verbranding
Dimethylether wordt al voor andere doeleinden geproduceerd op een schaal van enkele tienduizenden tonnen per jaar. De chemische stof wordt bijvoorbeeld gebruikt als drijfgas in spuitbussen. Het wordt ook gebruikt in koelmiddelen voor koelsystemen. Het heeft één groot voordeel: het kan uit methanol worden geproduceerd tegen lage kosten en met vrijwel geen verliezen. Methanol kan op zijn beurt goedkoop worden geproduceerd met behulp van zonne- en windenergie.
Bovendien heeft DME vergelijkbare eigenschappen als vloeibaar gas. Het kan daarom net als LPG worden getransporteerd en opgeslagen in goedkope tanks onder lage druk in vloeibare vorm. Dat in tegenstelling tot waterstof. En de technologie voor tanksystemen wordt ook al jaren wereldwijd gebruikt en is goedkoop. Last but not least wordt zuurstof chemisch gebonden in dimethylether, wat betekent dat DME bijzonder schoon en met weinig roetvorming brandt.
Dit is ook aangetoond in eerste tests met dimethylether als brandstof. Zo voert Volvo Trucks sinds 2013 praktijkproeven uit met experimentele vrachtwagens in Zweden en de VS. In Europa loopt sinds 2016 een onderzoeksproject dat wordt gecoördineerd door het Ford Research and Innovation Center Aachen. De motor is al geïnstalleerd en getest in een Ford Mondeo.
Proef met een gemodificeerde vrachtwagenmotor
Empa bouwt voort op de kennis die tot nu toe is opgedaan in samenwerking met de FPT Motorenforschung AG Arbon, Politechnico di Milano, de smeermiddelenfabrikant Motorex en andere partners. Sinds begin juli 2020 is er een testmotor in gebruik op een testbank van de afdeling Empa Vehicle Propulsion Systems. Het is bedoeld om degelijke gegevens te verkrijgen over verbrandingsprocessen, efficiëntie en milieuvriendelijkheid van DME in de bedrijfswagensector.
“We kennen deze motor al heel goed,” zegt projectmanager Patrik Soltic. “Het motorblok komt van een Cursor 11 bedrijfswagenmotor van de fabrikant FPT Industrial en dient ons al vijf jaar voor verschillende onderzoeksprojecten. De afgelopen maanden hebben we het samen met onze partner FPT omgezet in DME.” Dit was echter niet gemakkelijk, omdat de zeer vluchtige DME praktisch geen smerende eigenschappen heeft, in tegenstelling tot dieselbrandstof. Hierdoor ging met name de hogedrukpomp van het common rail injectiesysteem snel kapot.
Brandstof zonder toevoegingen
In tegenstelling tot eerdere experimenten werkt de huidige testmotor met pure DME werken. Zonder toevoeging van smeermiddelen. Voor dit doel hebben de wetenschappers samen met een grote Europese leverancier een nieuwe, oliegesmeerde common-rail pomp ontwikkeld. Bovendien moesten de kleppen en klepzittinginzetstukken worden omgebouwd tot DME-compatibel materiaal.
Een elektrisch aangedreven compressor zorgt voor een nauwkeurige uitlaatgasrecirculatie. Tot slot zijn de verbrandingskamers en de compressieverhouding van de voormalige dieselmotor aangepast, zo leggen de wetenschappers uit. De nieuwe vorm van de verbrandingskamers was berekend met behulp van wiskundige simulaties op de Politechnico di Milano.
“Nu willen we de machine die op de nieuwe brandstof draait, verder leren kennen,” zegt Soltic. Het onderzoek begint met een gemiddeld belastingbereik dat normaal is bij gebruik op de snelweg. De motor moet dan 100 kW vermogen kunnen leveren. Tijdens de testfase neemt het onderzoeksteam ook monsters van de motorolie om de chemische veranderingen te onderzoeken. De resultaten worden gebruikt om een speciaal aangepaste motorolie te ontwikkelen.
Veelbelovende eerste resultaten
In een eerste testfase is al aangetoond dat dimethylether in de toekomst inderdaad een milieuvriendelijk alternatief voor diesel kan zijn, benadrukken de wetenschappers. Volgens Soltic is het grote voordeel van de DME-werking “de mogelijkheid om een zeer groot deel van de uitlaatgassen in bijna alle bedrijfsomstandigheden naar de volgende vulling van de cilinder over te brengen door middel van de zogenaamde uitlaatgasrecirculatie (EGR)”. Deze technologie maakt het mogelijk om veel NOx te besparen, waardoor het uitlaatgasreinigingssysteem achter de motor wordt ontlast. Daardoor kan worden voldaan aan toekomstige, strengere grenswaarden. “Bij fossiele diesel leiden hoge uitlaatgasrecirculatiecijfers tot een toename van de deeltjesuitstoot. Dat is niet het geval bij DME”.
Soltic legt uit dat het bedrijf zich nog in de preconcurrentiële fase van het onderzoek bevindt. Verder onderzoek is nog nodig om de dimethyletheraandrijving geschikt te maken voor dagelijks gebruik. Dit omvat ook de efficiënte productie van dimethylether en speciale apparatuur voor de productie.
Het onderzoek wordt uitgevoerd in samenwerking met de Universität Zürich en is onderdeel van het project „LightChEC“.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
