© Exomission Umwelttechnik GmbH 2014 1 Köln, 25.September 2014 Energieeffiziente Emissionsminderung mit der KWE-Technik Erfahrungsbericht aus der praktischen

© Exomission Umwelttechnik GmbH 2014 1

Köln, 25.September 2014

Energieeffiziente Emissionsminderung mit der KWE-TechnikErfahrungsbericht aus der praktischen Anwendung


Wer ist Exomission?

Exomission Umwelttechnik GmbHRedcarstraße 2b, 53842 Troisdorf


Technologien

Komponenten: Katalyse• Oxidations- / Dreiwege- / Biogaskats• Formaldehyd- / SCR -Kats• Katalytische Beschichtungen

Systeme: Abgasminderung• KWE • KWE + SCR• KWE + DOC + SCR

Systeme: Abgasnachbehandlung• Katalysatoren• Partikelfilter (DPF)• SCR-Systeme• Kombinierte Systeme

DPF+ SCR SCR Dosiermodul


Deutsche Binnenschifffahrt

• ca. 4.000 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 4.000 deutschen Binnenschiffe = 2.600 to.

Rußemissionen aus Binnenschiffennational

Zum Vergleich:

• Die 12.5 Mio. Diesel-Pkw in Deutschland emittieren zusammen ca. 4.000 to. Ruß pro Jahr (IFEU)• Ein Ø Binnenschiff emittiert soviel Ruß wie rund 10.000 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 !


Möglichkeiten der Rußminimierung bei Binnenschiffen im Bestand:

• Installation eines neuen MotorsHohe Kosten und max. ZKR2 - x % : immer noch sehr hohe Rußemissionen!nicht zukunftssicher und ggf. Kraftstoffmehrverbrauch

• Nachrüstung eines PartikelfiltersHohe 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?

Rußemissionen aus Binnenschiffennational

Die KWE - Kraftstoff-Wasser-Emulsions-Technik von Exomission ?


• 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

Wasser im Kraftstoff ?

Emulsionstemperatursensor der KWEgen3


• 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

Wirkung der Emulsion im Brennraum

Kraftstoff

Viele kleine Kraftstoff-Tröpfchen

Mikro-ExplosionWasserverdampf. beginnt

Wassertröpfchen vollständig von Krafstoff umschlossen

“Micro explosion phenomenon” [SAE, Sheng et al. 1995]


Exomission´s KWE-System Gen3Mit Steuerungsystem und Wasseraufbereitung

Trinkwasser

Umkehr osmose (optional)

Mischbett-filter

Zwischen-tank

Bedien-einheit

Kraftstoff-Wasser- Emulsionssystem

Zum / vom Dieselmotor

Emulsion

Demineraliesiertes H20

Kraftstofftank

Schaltschrank


Testergebnisse auf akkred. PrüfstandMB OM 457 hLA Euro III / TÜV Nord, Essen

Motorenprüfstand mit angebauter KWE

E3 TestzyklusOffizieller

Zertifizierungs-test für Binnen- und Seeschiffe

nach ISO 8178 Teil 4


Reduktionen mit der Exomission KWE im Vergleich zu Dieselkraftstoff(gewichtete Testresultate im E3-Testzyklus; Propellerkurve)

Art 25% Water line char. 40% Water line char. Remark

NOx -19% -28% Nitrogenoxide

FSN -91% -100% Soot = "Black Carbon"

PM -75% -83% Particle mass emission

PN -80% -94% Particle number emission

Fuel -2,8% -2,2% Fuel Consumption

CO2 -2,3% -1,7% Carbon dioxide emission

TÜV-Testergebnisse Ergebnisübersicht: Reduktionen mit Emulsion im Vergleich zu Diesel

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.


Gefördert werden:

• Partikelfilter bei PM-Reduktion > 90%

• SCR-Systeme bei NOx-Reduktion> 70%

• KWE-Systeme bei kombinierter Reduktion von NOx und PM nach Formel

Exomission-KWE vom Bund gefördert

Seit dem 1.1.2013 wird der Verbau eines KWE - Systems in ein Binnenschiff mit 30 bis 50% aller Kosten von der Bundesrepublik Deutschland gefördert.

(Δ NOx [%] / 70 + Δ PM [%] / 90) * 100 ≥ 100


Pilotprojekt

Installation der KWE in einen Neubau, dem Gefahrguttanker der Reederei Deymann, Haren an der Ems

„TMS Rudolf Deymann"Länge

: 110 mTonnage : 2.300 to. Motor : Wärtsilä 6L20Leistung : 1.200 kWBaujahr : März 2013E-Norm : ZKR II Klasse

: GL

KWE-Installation in Kooperation mit der Reederei Deymann und Wärtsilä Finnland / Holland

TMS Rudolf Deymann auf dem Weser-Datteln Kanal


Wärtsilä 6L20

KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann


Installation der Kraftstoff- und Wasserleitungen im Maschinenraum



Installlation des KWE-Schaltschranks

Kabel-verlegung

Kabel-verlegung



Umkehrosmoseeinheit



KWE Hauptmodul



Bedien- und Anzeigeeinheit auf der Brücke



KWE-Bedien- und Anzeigeeinheit

Aktueller Wassergehalt (Vol. %)

Systemstatus

Not-Aus

Neustart

Spültaste

Aktueller Dieselverbrauch [ltr. / Stunde]

Steuerung der Hintergrundbe-leuchtung


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


KWE auf der TMS Rudolf Deymann

Betriebserfahrungen:

• Keine Veränderung der Motordrehzahl / Schiffsgeschwindigkeit / des Motorverhaltens• Absolut unmerkliches zu- und abschalten der KWE• Motorhersteller nach 4.000 Bh:

“Keinerlei Auffälligkeiten; Injektoren turnusmäßig gewechselt”• Reeder Martin Deymann:

“Wir sparen Ø 10 ltr. Diesel / Bh; bei 3.000 Bh sind das 30.000 ltr. p.a.“Wir sehen keinen Ruß mehr”“Nach anfänglicher Skepsis bin ich vollständig überzeugt”

Kraftstoffverbrauch:Je nach Betriebspunkt Reduktion des Kraftstoffverbrauchs mit KWE

• relativ zwischen 4 und 9%• absolut zwischen 6 und 15 ltr. / Stunde

Absolut unmerklicher, problemoser KWE-Betrieb mit minimierten Emissionen und erheblicher Reduktion des Kraftstoffverbrauchs


Kraftstoffverbrauchsmessungen mit / ohne KWE (aktuelle Messung am 17.09.2014)

22 km/h 22 km/h

KWE ausgeschaltet KWE eingeschaltet


• Strom wird in öffentliches Netz eingespeist• Wärme zur Beheizung von Hotel inkl. Hallenbad

• NOx-Emission ≈ 4,300 ppm• Gesetzl. Grenzwert < 2,000 ppm

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.


Gesamte jährliche SCR-Betriebskosten (anually) = 41.400 EUR

1. Hohe AdBlue-Kosten =

23.100 EUR = 11 Liter / Bh x 0,25 EUR/Liter x 8.400 Stunden

2. Hohe SCR-Wartungskosten (Reinigung)= 4.200 EUR

= 0,5 EUR / Bh x 8.400 Stunden (+ Wärmetauscherreinig.)

3. Höherer Kraftstoffverbrauch durch SCR-Gegendruck =11.600 EUR

+ 1 liter / Bh mit neuen SCR Kats+ 4 liter / Bh mit gealterten = verrußte, blockierte SCR-Kats nach 500 BhDurchschnitt ≈ + 2 Liter / Bh x 0,69 EUR / Liter x 8.400 Bh

4. Betriebsausfallzeit zur Reinigung der SCR-Kats = 2.500 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

Probleme und Betriebskosten mit SCR

SCR-Kat frisch

SCR-Kat nach 500 Bh


KWE ersetzt SCR


1. SCR-System inkl. der SCR-Kats ausgebaut

2. KWE installiert KWE-Betrieb seit > 3.000 BhReduktion des Kraftstoffverbrauchs≈ 3 ltr. / Bh ≈ 4%

3. Nach 1.800 Bh offizielle Abnahme durch die italienische Behörde

Test-Resultate der Behörde:

Ruß = - 95%NOx = - 60% (von 4.300 auf 1.500

ppm)CO = - 80%

Die Lösung: KWE ersetzt SCR


KWE ersetzt SCR


Finanzielle Vorteile der KWE an Stelle SCR

1. Vollständiger Entfall des AdBlue-Verbrauchs= 23.100 EUR

= 11 Liter / Bh x 0.25 EUR/Liter x 8.400 Bh

2. Vollständiger Entfall der SCR Wartungskosten= 4.200 EUR

= 0,5 EUR / Bh x 8.400 Bh (+ reduzierte Kosten Wärmetauschereing.)

3. Vollständiger Entfall des SCR-Gegendrucks (Kraftstoff)= 11.600 EUR

Durchschnitt ≈ + 2 Liter / Bh x 0,69 EUR / Liter x 8.400 Bh

4. Vollständiger Entfall des Betriebsausfalls wg. SCR-Kat-Reinig. = 2.500 EUR

Alle 500 Bh für mind. 5 Stunden = 84 mehr Betriebsstunden

5. Höhere Strom-Produktion=

12.000 EURKühlungseffekt der KWE = Reduktion der Motorraum- und Abgastemp. ≈ 20 -50 °C = höhere Motorleistung fahrbar = höhere Stromprod. Ø ≈ 15 kWh

6. Zusätzliche Reduktion des Kraftstoffverbrauchs= 7.000 EUR

Ø ≈ 1,5 %

7. KWE Betriebskosten

= - 4,000 EURWasser, Wasseraufbereitung, Wartung, Strom

Gesamte jährliche Kostenreduktion durch KWE = 56.400 EUR


KWE ersetzt SCR


• 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

• BHKW • Deutschland• Deutz 1015 • 150 kW el; max 225 kW el• Palmöl und Diesel (Heizöl)• 8.200 Bh p.a.


KWE verbessert die Wirtschaftlichkeit


Nach KWE-Installation und Kalibrierung

Die Lösung: KWE

Ergebnisse

• Kraftstoffverbrauch - 5%

• Rußemission- 85%

• Keine Gerüche mehr wahrnehmbar


KWE verbessert die Wirtschaftlichkeit


Exomission Umwelttechnik GmbHRedcarstrasse 2b53842 Troisdorf

Telefon: +49 (0)2241 23 23 00Fax: +49 (0)2241 23 23 0 23E Mail: [email protected]‐www.exomission.de

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