Unser aktueller Artikel stellt thermodynamische und optische Untersuchungen der Verbrennung von mit Wasserstoff angereichertem Methan vor, die das Potenzial einer Wasserstoffbeimischung als Mittel zur Dekarbonisierung der stationären Stromerzeugung aufzeigen. Die optischen Untersuchungen werden mit einem optischen Fischaugensystem durchgeführt, das direkt in die Brennkammer eingebaut wird und ein Auslassventil ersetzt. Alle Versuche wurden mit konstanter Brennstoffenergie bei einem effektiven Mitteldruck von 16 bar durchgeführt.
Bei dem untersuchten Motor handelt es sich um einen 4,8-Liter-Einzylinder-Forschungsmotor mit Saugrohreinblasung. In den Versuchsreihen wurden die Unterschiede zwischen einer herkömmlichen Zündkerze und einer ungespülten Vorkammer als Zündsystem verglichen. Bei den untersuchten Kraftstoffmischungen handelt es sich um 5 und 10 Vol.-% Wasserstoff im Gemisch mit Methan und reinem Erdgas als Referenzkraftstoff. Die thermodynamischen Ergebnisse zeigen einen günstigen Einfluss der Wasserstoffbeimischung auf beide Zündsysteme und für alle Varianten in Bezug auf die Magerlaufgrenze, die Verbrennungsstabilität und den Wirkungsgrad, wobei der stärkste Einfluss bei den Versuchen mit konventionellen Zündkerzen zu beobachten ist. Mit der ungespülten Vorkammerzündkerze und der Verbrennung der 10 Vol.-%-Wasserstoffbeimischung ist eine Steigerung des indizierten Wirkungsgrades von 0,8 % gegenüber Erdgas erzielbar. Es wurde beobachtet, dass die Intensität der natürlichen Chemilumineszenz vor allem durch das Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis beeinflusst wird. So ergibt sich für die ungespülte Vorkammerzündkerze bei der Verbrennung von 10 Vol.-% Wasserstoff eine um 20 % höhere Intensität als bei der konventionellen Zündkerze. Dies zeigt sich auch in den Auswertungen der Flammenfarbe, die aus den Bildreihen abgeleitet werden. Die Untersuchung der Fackelflammen zeigt auch einen Unterschied im Luftverhältnis, jedoch nicht zwischen den verschiedenen Kraftstoffen. Die Ergebnisse regen die Entwicklung von wasserstoffbasierten Kraftstoffen und die Möglichkeit an, nachhaltige Energie in Form von Wasserstoff in bestehenden Gasnetzen zu speichern.
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