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C3.3: Synthetic Fuel Combustion for Aviation Application

C3.3: Synthetic Fuel Combustion for Aviation Application

Synthetic Fuel Combustion for Aviation Application

Ein Weg zu einer nachhaltigen Luftfahrt soll auf der Nutzung synthetischer Flügzeugtreibstoffe basieren, die mit erneuerbarer elektrischer Energie hergestellt werden. In dieser Kombination werden solche Kraftstoffe als Elektrofuels bezeichnet. Der in Projekt C3.3 verfolgte Ansatz ist, den Kraftstoff so zu wählen, dass die Verbrennungseigenschaften verbessert werden, insbesondere im Hinblick auf Emissionen wie Ruß und Stickoxide. Hier stehen neue synthetische Kraftstoffe mit "maßgeschneiderten" Eigenschaften im Fokus, um gleichzeitig CO2- und Schadstoffemissionen zu vermeiden.

LPP: Lean Premixed Prevaporized Combustion

Zum Zweck der Ruß- und NOx-Reduktion wird das Konzept des mageren, vorverdampften Vormischbrenners (LPP) als Forschungsvision gesehen, da durch die Vorverdampfung von flüssigen Kraftstoffen und die Vormischung mit der Verbrennungsluft jegliche Rußbildung verhindert und bei mageren Gemischen die NOx-Emission deutlich reduziert wird. Im Rahmen dieses Projektes werden grundlegende Untersuchungen durchgeführt.

Projektbestandteile

Für Experimente wird am ITV Hannover eine flexible Misch- und Brenneranordnung aufgebaut, in der die Prozesse der Vorverdampfung, Vormischung, Vorzündung und des Flammenrückschlags für sehr unterschiedliche Brennstoffe mit quantitativer Variation des Brennstoff-Luft-Mischungsverhältnisses und der Vorwärmtemperatur untersucht werden.

In der PTB Braunschweig werden die relevanten Eigenschaften der verschiedenen neuen maßgeschneiderten Brennstoffe in Verbindung mit der Entwicklung solcher Brennstoffe der Partner an der TU Braunschweig (Gruppen Schröder, Spieß, Raabe, Projekt ICA-C2.1) untersucht. Die Verbrennungseigenschaften, z.B. Zündverzögerung und Rußbildung der Zielbrennstoffe werden experimentell bestimmt.

Zusätzlich werden chemische kinetische Mechanismen entwickelt und validiert. Die Verbrennungs- und Flammenstabilisierungseigenschaften mehrerer verschiedener flüssiger Elektrokraftstoffe werden untersucht, die in Zusammenarbeit mit der ICA-C2.1-Gruppe so analysiert werden, dass sowohl die synthetischen Produktionsmöglichkeiten als auch die Verbrennungseigenschaften miteinander in Beziehung stehen und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen hergestellt werden können. Nach dem derzeitigen Kenntnisstand werden aromatische und cyclische Kohlenwasserstoffe, Alkohole wie Propanol und Butanol, Furanderivate (z.B. Furan, Methyl- und Dimethylfuran) untersucht.

Details des Projekts

Mitglieder

PTB Braunschweig
Ravi Fernandes, Prof. Dr.
Bo Shu, Dr.
Solmaz Nadiri, M.Sc.
Laxmi Sane, M.Sc.

ITV Hannover
Friedrich Dinkelacker, Prof. Dr.
Andreas Goldmann, M.Sc.
Paul Zimmermann, M.Sc.

Publikationen

Journale

B. Shu, S.K. Vallabhuni, X. He, G. Issayev, K. Moshammer, A. Farooq, R.X. Fernandes: A shock tube and modeling study on the autoignition properties of ammonia at intermediate temperatures, Proceedings of the Combustion Institute 37 (2019) 205-211, DOI: 10.1016/j.proci.2018.07.074

X. He, B. Shu, D. Nascimento, K. Moshammer, M. Costa, R.X. Fernandes: Auto-ignition kinetics of ammonia and ammonia/hydrogen mixtures at intermediate temperatures and high pressures, Combustion and Flame 206 (2019) 189-200, DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.04.050

A. Goldmann, W. Sauter, M. Oettinger, T. Kluge, U. Schröder, J.R. Seume, J. Friedrichs, F. Dinkelacker: A Study on Electrofuels in Aviation, Energies 2018, 11, 392, pp 1-23; DOI: 10.3390/en11020392

A. Goldmann, F. Dinkelacker: Approximation of Laminar Flame Characteristics on Premixed Ammonia/Hydrogen/Nitrogen/Air Mixtures at Elevated Temperatures and Pressures, Fuel, 224, 366-378, 2018. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.03.030

Tagungsbeiträge

B. Shu, C.F. Ramos, X. He, R.X. Fernandes, M. Costa: Experimental and modeling study on the auto-ignition properties of ammonia/methane mixtures at elevated pressures, 38th International Symposium on Combustion, 2020, Adelaide, Australia

C.F. Ramos, B. Shu, R.X. Fernandes, M. Costa, Ignition delay times of diluted mixtures of ammonia/methane at elevated pressures, AIChE Annual Meeting, 2019, Orlando, USA

X. He, A. Goldmann, B. Shu, F. Dinkelacker, R. X. Fernandes: Investigation of the ignition and flame speed properties of ammonia/hydrogen mixtures, 7th International Conference: Fuel Science: From Production to Propulsion, 13.-15. 05. 2019, Aachen, Germany

Guschakowski, M.; Goldmann, A.; Sauter, W.; Dinkelacker, F.; Schröder, U.: ElectroFuels and ElectroChemicals: Sustainable Conversion of Glycerol and Combustion of 2-Propanol (Poster), 7th International Conference: Fuel Science: From Production to Propulsion, 13.-15. 05. 2019, Aachen, Germany

A. Goldmann, H. Hansen, F. Dinkelacker: ElectroFuels - Möglichkeiten von CO2-neutralen Antrieben, in "Kraftstoffe für die Mobilität der Zukunft" (Hrsg. J. Krahl et al.), 3. Tagung der Fuels Joint Research Group, Braunschweig Sept. 2018, Cuvillier Verlag Göttingen, S. 147-148, 2018, ISBN 978-3-7369-9845-2

Kontakt

Projektleitung

Prof. Dr. Friedrich Dinkelacker

Institut für Technische Verbrennung
+49 511-762-2438

Einrichtung

Institut für Technische Verbrennung

Leibniz Universität Hannover
An der Universität 1
D-30823 Garbsen

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