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© Exomission Umwelttechnik GmbH 2014 1
Köln, 25.September 2014
Energieeffiziente Emissionsminderung mit der KWE-TechnikErfahrungsbericht aus der praktischen Anwendung
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Wer ist Exomission?
Exomission Umwelttechnik GmbHRedcarstraße 2b, 53842 Troisdorf
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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
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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 !
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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 ?
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• 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
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• 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]
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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
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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
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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.
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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
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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
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Wärtsilä 6L20
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
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Installation der Kraftstoff- und Wasserleitungen im Maschinenraum
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
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Installlation des KWE-Schaltschranks
Kabel-verlegung
Kabel-verlegung
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
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Umkehrosmoseeinheit
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
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KWE Hauptmodul
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
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Bedien- und Anzeigeeinheit auf der Brücke
KWE-Installation: TMS Rudolf Deymann
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KWE-Bedien- und Anzeigeeinheit
Aktueller Wassergehalt (Vol. %)
Systemstatus
Not-Aus
Neustart
Spültaste
Aktueller Dieselverbrauch [ltr. / Stunde]
Steuerung der Hintergrundbe-leuchtung
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Kraftstoffverbrauchsmessungen mit / ohne KWE auf der “TMS Rudolf Deymann” / Messfahrt “Hollands Diep”
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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
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Kraftstoffverbrauchsmessungen mit / ohne KWE (aktuelle Messung am 17.09.2014)
22 km/h 22 km/h
KWE ausgeschaltet KWE eingeschaltet
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• 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.
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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
Stationärmotor : Beispiel 1
KWE ersetzt SCR
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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
Stationärmotor : Beispiel 1
KWE ersetzt SCR
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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
Stationärmotor : Beispiel 1
KWE ersetzt SCR
© Exomission Umwelttechnik GmbH 2014 27
• 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.
Stationärmotor : Beispiel 2
KWE verbessert die Wirtschaftlichkeit
© Exomission Umwelttechnik GmbH 2014 28
Nach KWE-Installation und Kalibrierung
Die Lösung: KWE
Ergebnisse
• Kraftstoffverbrauch - 5%
• Rußemission- 85%
• Keine Gerüche mehr wahrnehmbar
Stationärmotor : Beispiel 2
KWE verbessert die Wirtschaftlichkeit
© Exomission Umwelttechnik GmbH 2014 29
Exomission Umwelttechnik GmbHRedcarstrasse 2b53842 Troisdorf
Telefon: +49 (0)2241 23 23 00Fax: +49 (0)2241 23 23 0 23E Mail: mail@exomission.de‐www.exomission.de
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