text: Forschungsschwerpunkte | GREEN METH
  Im Rahmen des Netzwerks sollen Produktlösungen für die Etablierung von Methanol als grünen und nachhaltig produzierten Schiffsbrennstoff entwickelt werden. Hierbei wird zunächst der Fokus auf "small-scale"-Anwendungen gelegt, da eine technologische Lücke vorliegt und Innovationen durch mittelständische Unternehmen realisierbar sind, welche durch die im Netzwerk entwickelten Produkte geschlossen werden könnten. Im folgenden Kapitel werden die technologischen Entwicklungslinien (TELs) sowie die Einbindung der einzelnen Konsortialpartner vorgestellt.
  TEL-1 Methanol-Motoren und Komponenten
  Bei den meisten bisher erfolgten Motorenumrüstungen wird in der Regel das Diesel-Arbeitsprinzip favorisiert. Bei Nutzung des Diesel-Prinzips ist, ähnlich wie bei im Gasbetrieb eingesetzten Dual-Fuel-Maschinen, ein kleinerer Anteil an "Pilot-Diesel" notwendig, da Methanol auch unter hoher Kompression nicht selbstzündend ist. Die Nutzung von fremdgezündeten Motoren oder die Erreichung von selbstzündenden Eigenschaften des Methanols durch Zugabe spezieller Additive (Cetanverbesserer) sind hier vielversprechende Forschungs- und Entwicklungsansätze. Unter verschiedenen Lastbedingungen muss der tatsächliche Schadstoffausstoß von adaptierten Methanol-Motoren gemessen werden, um z.B. den Formaldehyd-Anteil im Abgas genau bestimmen zu können.
  Zielstellung der Entwicklungslinie
  Entwicklung von Antriebskonzepten für Diesel-Methanol-Motoren sowie die nötigen Innovationen mit allen dazugehörigen direkten Komponenten und der gesamten motornahen Peripherie.
  FuE Aufgaben
  Vergleich verschiedener Motorenkonzepte im Hinblick auf Effizienz und Schadstoffausstoß
  Wissenschaftliche Ermittlung des Schadstoffausstoßes des Motors unter Lastbedingungen im Realbetrieb
  Identifikation von motorischen Maßnahmen zur Schadstoffreduktion (z.B. durch Eingriffe in die Motorensteuerung)
  Entwicklung von angepassten Motorsteuerungen für "Methanol only" oder Diesel-Methanol-Systeme
  Entwicklung eines passenden Brennstoffsystems mit integrierter hochpräziser Durchflussmesstechnik
  Entwicklung geeigneter Motorperipherie, Sicherheitssysteme, Anlagen zur Automation und Betriebszustandsüberwachung des Motors
  Ermittlung des Schadstoffausstoßes des Motors und ggf. Entwicklung entsprechender Filtertechnik
  Identifikation geeigneter Additive zur Veränderung der Eigenschaften des Methanols im Hinblick auf Zündfähigkeit, Schmierfähigkeit und Korrosivität, Entwicklung geeigneter Dosieranlagen der Additive
  TEL-2 Systemumgebung von Methanol-Motoren
  TEL-2 adressiert den Motor und seine direkte Systemumgebung. Allerdings müssen, um den Motor mit Treibstoff zu versorgen oder die Abgase zu reinigen, Innovationen in der Systemumgebung entwickelt und eingebracht werden. Der Inhalt der TEL-2 adressiert damit die Entwicklung von Komponenten, um die Systemumgebung an Bord von Schiffen so zu modifizieren, dass ein Methanol-Motor sicher und zuverlässig betrieben werden kann. Dabei werden die Use Cases Neubau und Retrofit (Umrüstung) unterschieden. Im Gegensatz zu konventionellen Brennstoffen wie Schweröl oder Diesel ist Methanol (wie übrigens auch LNG) ein Brennstoff mit niedrigem Flammpunkt und unsichtbarer Flamme, sodass auch für einen sicheren Schiffsbetrieb Maßnahmen ergriffen werden müssen.
  Entwicklung und Markteinführung geeigneter Motorsysteme und "Umrüst-Kits" für serienmäßig hergestellte Dieselmotoren in den für die adressierten Schiffstypen passenden Leistungsklassen, ggf. in Verbindung mit einer darauf abgestimmten Abgasnachbehandlungsanlage.
  Entwicklung eines passenden Brennstoffsystems mit integrierter hochpräziser Durchflussmesstechnik, Tankmöglichkeiten und Tanks an Bord
  Entwicklung von Sensorik und Komponenten für die Detektion von Methanol-Bränden
  Entwicklung von innovativen Sicherheits- und Alarmsystemen zur Detektion von Methanol-Leckagen und -bränden sowie wirkungsvoller Systeme zur Brandbekämpfung
  Entwicklung von neuen Technologien und Materialien für den betrieblichen Brandschutz zu arbeiten.
  Entwicklung neuer feuerfester Dämm- und Isolierstoffen
  Entwicklung neuer Konzepte im baulichen und betrieblichen Brandschutz, wie z.B. Einführung neuer Isolierstoffe und speziell auf Methanolbrände abgestimmte Feuerlöscheinrichtungen.
  TEL-3 Digitalisierung (Predictive Maintenance, AR-basierte Instandhaltung)
  Durch seine stofflichen Eigenschaften stellt Methanol auch besondere Herausforderungen an das Monitoring und die Wartung sensibler und sicherheitsrelevanter Anlagen. Von Korrosion bedrohte Teile des Antriebsaggregats bedürfen eine engmaschigere Überwachung als an herkömmlichen Dieselmaschinen. Gerade auf kleineren Schiffen mit geringer Besatzung haben automatisierte Systeme daher ein großes Potenzial der Arbeitserleichterung. Aktuelle Erkenntnisse aus den Aktivitäten im Kontext der Industrie 4.0 sollen daher auch an Bord von Schiffen zum Einsatz kommen. Dies erfordert eine Digitalisierung verschiedener bisher analoger Prozesse an Bord und die Ermittlung von Daten.
  Im Zuge dieser TEL sollen automatisierte, integrierte Systeme zur Motoren- und Systemüberwachung entwickelt werden. Durch diese könnten sowohl Motoren- als auch Systemzustand kontinuierlich überwacht werden. Abweichungen und Warnungen vor möglichen Ausfällen könnten damit unverzüglich an die Schiffsführung an Bord oder dem Reeder an Land weitergeleitet werden. So könnten längere Ausfallzeiten vermieden und Wartungsarbeiten besser koordiniert werden. Die Wartungsarbeiten sollen durch innovative Produkte unter Nutzung von Augmented oder Virtual Reality unterstützt werden. Durch die Sammlung von Daten soll weiterhin eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) ermöglicht werden.
  Entwicklung von Sensorik zur Zustandsmessung des Motors und der Maschinenanlage unter Methanol-Betrieb
  Entwicklung von integrierten Lösungen zur Aufbereitung der Daten von den überwachten Systemen für die Schiffsführung
  Entwicklung von Systemen zur Sammlung von Daten und zur Unterstützung einer Predictive Maintenance
  Entwicklung von AR / VR basierter Unterstützungssysteme
  Entwicklung von Assistenzsystemen für Wartungstechniker
  TEL-4 Planungs- und Zertifizierungswerkzeuge
  Methanol als Brennstoff in der Schifffahrt ist neu. Mit Stand 12.09.2019 hat die IMO eine Anlage zum IGF Code rausgegeben, der als Übergangsrichtlinie in der Seeschifffahrt gelten soll. Für die Binnenschifffahrt gibt es noch keinerlei Richtlinien, hier wird sich aber im Regelfall bei neuen Technologien an der Seeschifffahrt orientiert. Anders als in der Automobil-Industrie existieren bei Schiffen und Schiffskomponenten keine Muster- oder Typenzulassungen. Die Einhaltung der Richtlinien beim Bau eines neuen Schiffes oder bei der Umrüstung werden durch Klassifizierungs-Gesellschaften oder Behörden überwacht, die dem Schiff daraufhin eine Zulassung oder Klasse erteilen. Die Klasse ist die positive Beurteilung der Seetüchtigkeit und Basis bei Schiffs- und Ladungsversicherungen sowie beim Handel von Schiffen. Grundsätzlich sind Seeschiffsbetreiber nicht verpflichtet, ihr Schiff klassifizieren zu lassen, allerdings erkennen nur wenige Staaten nicht klassifizierte Schiffe in ihren Hoheitsgewässern an. In europäischen Hoheitsgewässern oder Häfen werden Seeschiffe ohne Klassifikation z.B. nicht geduldet, auf Binnengewässern und Binnenwasserstraßen gelten entsprechende EU-Regelungen.
  Im Zuge dieser TEL soll alle Methoden und Werkzeuge entwickelt werden, die für eine Zertifizierung und den Markteintritt und die Rezertifizierung von existierenden Systemen nötig sind. So sollen die Hersteller bereits in der Entwicklungsphase Sicherheit gewinnen, dass die Systeme zugelassen und so in den Markt gebracht werden können.
  Technologische Abbildung von Normen und Standards für eine Zulassung von Komponenten und Systemen in Expertensystemen