Energieeffiziente Emissionsminderung mit der KWE-Technik Erfahrungsbericht aus der praktischen Anwendung Köln, 25.September 2014.

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1 Energieeffiziente Emissionsminderung mit der KWE-Technik Erfahrungsbericht aus der praktischen Anwendung Köln, 25.September 2014

2 Wer ist Exomission? Exomission Umwelttechnik GmbH Redcarstraße 2b, Troisdorf

3 Technologien Komponenten: Katalyse Systeme: Abgasnachbehandlung
Oxidations- / Dreiwege- / Biogaskats Formaldehyd- / SCR -Kats Katalytische Beschichtungen Systeme: Abgasnachbehandlung Katalysatoren Partikelfilter (DPF) SCR-Systeme Kombinierte Systeme DPF+ SCR SCR Dosiermodul Systeme: Abgasminderung KWE KWE + SCR KWE + DOC + SCR

4 Rußemissionen aus Binnenschiffen national
Deutsche Binnenschifffahrt ca Binnenschiffe in D Durchschnittsalter > 40 Jahre Erneuerungsquote < 1% p.a. 83% aller deutschen Binnenschiffe genügen keinerlei Abgasnormen Neueste Abgasnorm „ZKR II“ vergleichbar mit EURO 1/2 bei Lkw Jährliche Rußemission eines Ø Binnenschiffs = 655 kg Jährliche Rußemission der deutschen Binnenschiffe = to. Zum Vergleich: Die 12.5 Mio. Diesel-Pkw in Deutschland emittieren zusammen ca to. Ruß pro Jahr (IFEU) Ein Ø Binnenschiff emittiert soviel Ruß wie rund Euro 5 Pkw auf gleicher Weglänge Pkw-Verkehr über die ganze Fläche Deutschlands, Binnenschiffsverkehr lokal begrezt auf den Wasserstraßen = dicht besiedelte Gebiete, Ballungszentren, Umweltzonen (Bonn, Köln, Düsseldorf, Duisburg, etc.) Nachholbedarf der Binnenschifffahrt bei der Emissionsminderung !

5 Rußemissionen aus Binnenschiffen national
Möglichkeiten der Rußminimierung bei Binnenschiffen im Bestand: Installation eines neuen Motors Hohe Kosten und max. ZKR2 - x % : immer noch sehr hohe Rußemissionen! nicht zukunftssicher und ggf. Kraftstoffmehrverbrauch Nachrüstung eines Partikelfilters Hohe Installations- und insbesond. hohe Betriebskosten (Wartung!) Zuverlässigkeit, Hitzeentwicklung, Kraftstoffmehrverbrauch, Platzbedarf? System welches Emissionen minimiert und die Wirtschaftlichkeit nicht verschlechtert, sondern sogar verbessert? Niedrige Betriebskosten, wenig Platzbedarf, keine Hitzeentwicklung, keine Sekundäremissionen? Die KWE - Kraftstoff-Wasser-Emulsions-Technik von Exomission ?

6 Wasser im Kraftstoff ? Wie ist das Prinzip der KWE-Technik?
Positive Effekte von Wasserbeimischungen lange bekannt DWI / HAM / Kraftstoff-Wasser-Emulsionen (KWE) NUR KWE vermindert auch Ruß und kann den Verbrauch reduzieren Wie ist das Prinzip der KWE-Technik? Intensive, homogene Vermischung von Diesel aus dem Kraftstoffvorlauf mit Wasser (zwei nicht mischbare Flüssigkeiten) auf makromolekularer Ebene Umhüllung der Wassertröpfchen mit Kraftstoff, so dass Wasser nicht in direkten Kontakt mit den metallischen Bauteilen kommt Wiedereinleitung der Emulsion in den Kraftstoffvorlauf über das originale Einspritzsystem in den Brennraum und dort Verbrennung an Stelle von reinem Diesel Emulsionstemperatursensor der KWEgen3

7 Wirkung der Emulsion im Brennraum
Mikro-Explosion Wasserverdampf. beginnt Viele kleine Kraftstoff-Tröpfchen Kraftstoff Wassertröpfchen vollständig von Krafstoff umschlossen “Micro explosion phenomenon” [SAE, Sheng et al. 1995] Explosionsartige Verdampfung der Wassertröpfchen Umgebener Kraftstoff wird in sehr viele noch kleinere Tröpfchen zerissen Feineres Kraftstoff-Spray, vollständigere, homogenere Gemischbildung Verringerung lokaler, fetter Rußbildungszonen = Rußemission sinkt drastisch Thermischer Wirungsgrad kann sich leicht verbessern = Verbrauch sinkt geringfügig Verdampfungsenthalpie des Wassers senkt die Verbrennungsspitzentemperaturen Signifikante Verringerung der temperaturabhängigen Stickoxidbildung

8 Exomission´s KWE-System Gen3
Mit Steuerungsystem und Wasseraufbereitung Trinkwasser Umkehr osmose (optional) Mischbett-filter Zwischen-tank Bedien-einheit Kraftstoff-Wasser- Emulsionssystem Zum / vom Dieselmotor Emulsion Demineraliesiertes H20 Kraftstofftank Schaltschrank

9 Offizieller Zertifizierungs-test für Binnen- und Seeschiffe
Testergebnisse auf akkred. Prüfstand MB OM 457 hLA Euro III / TÜV Nord, Essen E3 Testzyklus Offizieller Zertifizierungs-test für Binnen- und Seeschiffe nach ISO 8178 Teil 4 Motorenprüfstand mit angebauter KWE

10 TÜV-Testergebnisse Ergebnisübersicht: Reduktionen mit Emulsion im Vergleich zu Diesel Reduktionen mit der Exomission KWE im Vergleich zu Dieselkraftstoff (gewichtete Testresultate im E3-Testzyklus; Propellerkurve) Mit der KWE von Exomission können alle relevanten Emissionen parallel und ohne negativen Einfluss auf die Energieeffizienz verringert werden. Im Gegenteil: Kraftstoffverbrauch und CO2-Emission verbessern sich sogar.

11 (Δ NOx [%] / 70 + Δ PM [%] / 90) * 100 ≥ 100
Exomission-KWE vom Bund gefördert Seit dem wird der Verbau eines KWE - Systems in ein Binnenschiff mit 30 bis 50% aller Kosten von der Bundesrepublik Deutschland gefördert. Gefördert werden: Partikelfilter bei PM-Reduktion > 90% SCR-Systeme bei NOx-Reduktion > 70% KWE-Systeme bei kombinierter Reduktion von NOx und PM nach Formel (Δ NOx [%] / 70 + Δ PM [%] / 90) * 100 ≥ 100

12 Pilotprojekt „TMS Rudolf Deymann"
Installation der KWE in einen Neubau, dem Gefahrguttanker der Reederei Deymann, Haren an der Ems „TMS Rudolf Deymann" Länge : 110 m Tonnage : to. Motor : Wärtsilä 6L20 Leistung : kW Baujahr : März 2013 E-Norm : ZKR II Klasse : GL TMS Rudolf Deymann auf dem Weser-Datteln Kanal KWE-Installation in Kooperation mit der Reederei Deymann und Wärtsilä Finnland / Holland

13 KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
Wärtsilä 6L20

14 Installation der Kraftstoff- und Wasserleitungen im Maschinenraum
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann Installation der Kraftstoff- und Wasserleitungen im Maschinenraum

15 KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
Kabel-verlegung Installlation des KWE-Schaltschranks Kabel-verlegung

16 KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
Umkehrosmoseeinheit

17 KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
KWE Hauptmodul

18 Bedien- und Anzeigeeinheit auf der Brücke
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann Bedien- und Anzeigeeinheit auf der Brücke

19 KWE-Bedien- und Anzeigeeinheit
Aktueller Wassergehalt (Vol. %) Aktueller Dieselverbrauch [ltr. / Stunde] Spültaste Neustart Steuerung der Hintergrundbe-leuchtung Systemstatus Not-Aus

20 Kraftstoffverbrauchsmessungen mit / ohne KWE auf der “TMS Rudolf Deymann” / Messfahrt “Hollands Diep”

21 KWE auf der TMS Rudolf Deymann
Kraftstoffverbrauch: Je nach Betriebspunkt Reduktion des Kraftstoffverbrauchs mit KWE relativ zwischen 4 und 9% absolut zwischen 6 und 15 ltr. / Stunde Betriebserfahrungen: Keine Veränderung der Motordrehzahl / Schiffsgeschwindigkeit / des Motorverhaltens Absolut unmerkliches zu- und abschalten der KWE Motorhersteller nach Bh: “Keinerlei Auffälligkeiten; Injektoren turnusmäßig gewechselt” Reeder Martin Deymann: “Wir sparen Ø 10 ltr. Diesel / Bh; bei Bh sind das ltr. p.a. “Wir sehen keinen Ruß mehr” “Nach anfänglicher Skepsis bin ich vollständig überzeugt” Absolut unmerklicher, problemoser KWE-Betrieb mit minimierten Emissionen und erheblicher Reduktion des Kraftstoffverbrauchs

22 Kraftstoffverbrauchsmessungen mit / ohne KWE (aktuelle Messung am 17
KWE ausgeschaltet KWE eingeschaltet 22 km/h 22 km/h

23 SCR wird eingesetzt zur Erreichung des gesetzl. NOx-Grenzwertes
Stationärmotor : Beispiel 1 KWE ersetzt SCR BHKW Südtirol Scania DC16 43A 310 kW (el) Rapsölbetrieb 8.400 Bh p.a. Strom wird in öffentliches Netz eingespeist Wärme zur Beheizung von Hotel inkl. Hallenbad NOx-Emission ≈ 4,300 ppm Gesetzl. Grenzwert < 2,000 ppm E SCR wird eingesetzt zur Erreichung des gesetzl. NOx-Grenzwertes

24 Probleme und Betriebskosten mit SCR
Stationärmotor : Beispiel 1 KWE ersetzt SCR Probleme und Betriebskosten mit SCR 1. Hohe AdBlue-Kosten = EUR = 11 Liter / Bh x 0,25 EUR/Liter x Stunden Hohe SCR-Wartungskosten (Reinigung) = EUR = 0,5 EUR / Bh x Stunden (+ Wärmetauscherreinig.) Höherer Kraftstoffverbrauch durch SCR-Gegendruck = EUR + 1 liter / Bh mit neuen SCR Kats + 4 liter / Bh mit gealterten = verrußte, blockierte SCR-Kats nach 500 Bh Durchschnitt ≈ + 2 Liter / Bh x 0,69 EUR / Liter x Bh Betriebsausfallzeit zur Reinigung der SCR-Kats = EUR Alle 500 Bh für mind. 5 Stunden = 84 Stunden p.a. Verlust von = 84 Bh x 310 kWh x 0,28 EUR / kWh, abzügl. Kraftstoffkosten SCR-Kat frisch E SCR-Kat nach 500 Bh Gesamte jährliche SCR-Betriebskosten (anually) = EUR

25 Die Lösung: KWE ersetzt SCR
Stationärmotor : Beispiel 1 KWE ersetzt SCR Die Lösung: KWE ersetzt SCR SCR-System inkl. der SCR-Kats ausgebaut KWE installiert KWE-Betrieb seit > Bh Reduktion des Kraftstoffverbrauchs ≈ 3 ltr. / Bh ≈ 4% 3. Nach Bh offizielle Abnahme durch die italienische Behörde Test-Resultate der Behörde: Ruß = - 95% NOx = - 60% (von auf ppm) CO = - 80% E

26 Finanzielle Vorteile der KWE an Stelle SCR
Stationärmotor : Beispiel 1 KWE ersetzt SCR Finanzielle Vorteile der KWE an Stelle SCR 1. Vollständiger Entfall des AdBlue-Verbrauchs = EUR = 11 Liter / Bh x 0.25 EUR/Liter x Bh Vollständiger Entfall der SCR Wartungskosten = EUR = 0,5 EUR / Bh x Bh (+ reduzierte Kosten Wärmetauschereing.) Vollständiger Entfall des SCR-Gegendrucks (Kraftstoff) = EUR Durchschnitt ≈ + 2 Liter / Bh x 0,69 EUR / Liter x Bh Vollständiger Entfall des Betriebsausfalls wg. SCR-Kat-Reinig. = EUR Alle 500 Bh für mind. 5 Stunden = 84 mehr Betriebsstunden Höhere Strom-Produktion = EUR Kühlungseffekt der KWE = Reduktion der Motorraum- und Abgastemp. ≈ °C = höhere Motorleistung fahrbar = höhere Stromprod. Ø ≈ 15 kWh Zusätzliche Reduktion des Kraftstoffverbrauchs = EUR Ø ≈ 1,5 % KWE Betriebskosten = ,000 EUR Wasser, Wasseraufbereitung, Wartung, Strom E Gesamte jährliche Kostenreduktion durch KWE = EUR

27 Stationärmotor : Beispiel 2 KWE verbessert die Wirtschaftlichkeit
BHKW Deutschland Deutz 1015 150 kW el; max 225 kW el Palmöl und Diesel (Heizöl) 8.200 Bh p.a. Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist Wärme wird zur Beheizung des Tauchturm benützt Keine Abgasnachbehandlung installiert Probleme Unwirtschaftlicher Betrieb durch hohe Kraftstoffkosten Nachbarschafts-Beschwerden wg. Rußentwicklung und Geruchsbelästigung Kundenwünsche Reduktion des Kraftstoffverbrauchs Reduktion der Ruß- und Geruchsemissionen E

28 Nach KWE-Installation und Kalibrierung
Stationärmotor : Beispiel 2 KWE verbessert die Wirtschaftlichkeit Die Lösung: KWE Nach KWE-Installation und Kalibrierung Ergebnisse Kraftstoffverbrauch - 5% Rußemission % Keine Gerüche mehr wahrnehmbar E

29 Kontakt Exomission Umwelttechnik GmbH Redcarstrasse 2b 53842 Troisdorf
Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0) E‐Mail: