Flüssigluftnummer
Das britischen Technologieunternehmen Dearman hat einen neuen Ansatz, die umweltschädlichen Lkw-Kühlaggregate mit ihren nicht abgasreglementierten Dieselmotoren zu ersetzen. Erstaunlicherweise spielt dabei eine Kolbenmaschine eine zentrale Rolle
London, 11. Dezember 2015 – Das britischen Technologieunternehmen Dearman hat einen neuen Ansatz, die umweltschädlichen Lkw-Kühlaggregate mit ihren nicht abgasreglementierten Dieselmotoren zu ersetzen. Erstaunlicherweise spielt dabei ausgerechnet eine Kolbenkraftmaschine eine zentrale Rolle.
Rund eine Million Kühltransporter sind auf den Straßen der Europäischen Union im Einsatz, davon etwa 180.000 in Deutschland. Für ihre Kühlaggregate, die mit Dieselkraftstoff betrieben werden, gelten – anders als für die Antriebsmaschinen der Fahrzeuge – keinerlei Abgasnormen. So kann ein kleines Dieselaggregat mit einer knappen Handvoll PS bis zu 29 mal so viel Feinstaub und sechsmal so viel Stickstoffdioxid ausstoßen wie der Motor der Sattelzugmaschine mit seinen rund 300 PS.
Flüssigluftnummer (11 Bilder)
(Bild: Dearman (alle))
Die Antriebsmotoren für die Kühlkompressoren der Container erzeugen sogar mehr Feinstaub und Stickoxid als nach ihrem Stand der Technik vermeidbar, weil sie auf möglichst geringen Verbrauch, günstige Produktion und besondere Wartungsarmut hin optimiert sind. Wenn sie denn aus Renditegründen überhaupt vorschriftsmäßig gewartet werden.
Schadstoffe in Städte und Umweltzonen
Ihre Emissionen entstehen nicht nur auf der Autobahn, sondern auch bei stehenden Fahrzeugen oder sogar abgesattelten Containern, weil für verderbliche Waren die sogenannte Kühlkette jederzeit aufrecht erhalten werden muss. Kühlaggregate laufen deshalb nicht nur auf der Autobahn, sondern auch auch häufig im Weichbild der Städte – etwa an Containern, die im Bereich von Großmarkthallen abgestellt sind oder im innerstädtischen Lieferverkehr.
Damit gelangen die schädlichen Abgasbestandteile in Deutschland direkt in die sogenannten Umweltzonen, Bereiche in die Autos mit ähnlich abgasintensiven Motoren überhaupt nicht einfahren dürften. Die Stadt München beispielsweise hat trotz großen Ärgers wegen der Luftreinhaltung eine pauschale Ausnahmeregelung für Fahrten ohne Plakette durch die Umweltzone zu ihrer Großmarkthalle erteilt. Konsequent, denn was sind schon die paar Schadstoffe aus den Zugmaschinenmotoren angesichts der vielen Kühlaggregate?
Beeindruckende Zahlen
Das britischen Technologieunternehmen Dearman sinnt auf Abhilfe. Wohl auch ein bisschen zur Belebung seines erwarteten Geschäfts nennt Toby Peters, Chef des Londoner Start-ups Dearman, zwar nüchterne Zahlen, zieht dabei aber auch recht beeindruckende Vergleiche: Der Feinstaub aus der Containerkühlung entspreche 2015 mit ca. 5000 Tonnen umgerechnet der Emission von rund 56 Millionen Diesel-Pkw mit Euro-6-Standard, der NOx-Ausstoß mit rund 40.000 Tonnen dem von 26 Millionen Euro-6-Diesel-Pkw (jedenfalls, wenn sie kein illegales Defeat Device haben, womit Volkswagen gerade kämpft). Das hat die Firma kürzlich mit der Universität Birmingham berechnet.
Angesichts dieser Dimension klingt es aufs erste Hören ein bisschen überraschend, dass Dearman zur Lösung des Problems dazu ausgerechnet einen Kolbenmotor einsetzen möchte.
Peter Dearman, Mitgründer und Anteilseigner der Firma, hat folgende Idee: Flüssiger Stickstoff wird in einem Tank des Kühlcontainers mitgeführt. Um die Ladung zu temperieren, wird ein Teil davon über einen Wärmetauscher im Container entspannt, wo es bereits dadurch Kühlleistung verrichtet.
Danach treibt das Gas einen Kolbenmotor, in dessen Zylinder es sich beim Übergang von der flüssigen in die Dampfphase bei über minus 196°C auf das 710-Fache seines Volumens ausdehnt. Um eine möglichst effiziente Evaporation zu erreichen, setzt Dearman eine Wasser-Glykolmischung als Wärmevermittler ein, die zunächst dampfförmig im Zylinder verdichtet wird.
In diese Atmosphäre wird zum gewünschten „Zündzeitpunkt“ der Flüssigstickstoff eingespritzt, wo er in kurzer Zeit dank der Wasserinjektion quasi-isothermisch verdampft und durch Expansion den Kolben nach unten drückt. Nach getaner Arbeit wird die Stickstoff-Wasser-Glykolmischung vom zurückkehrenden Kolben dampfförmig über das geöffnete Auslassventil ausgeschoben. Aus dem Abgas wird das Wasser-Glykolgemisch dann zurückkondensiert und dem Kreislauf wieder zugeführt.
Ein Klimakompressor genügt
Die vom Motor erzeugte kinetische Energie treibt einen Kompressor, der den konventionellen Kühlkreislauf für den Container aufrechterhält. Dessen Kapazität kann durch die Verwendung des Flüssigstickstoffs als Vorkühlmittel deutlich kleiner ausfallen. Dearman setzt in Prototypen zur Zeit einfach Klimakompressoren aus (größeren) Autos dazu ein. Außerdem hängt an der Kurbelwelle des Stickstoffmotors ein Generator, der den elektrischen Strom für die Ventilation der Wärmetauscher liefert.
Der Dearman-Motor selbst benötigt keine Kühlung. Im Gegenteil, das Glykol im eingespritzten "Zündwasser" soll Vereisungserscheinungen vorbeugen. Damit fallen Wassermantel, Kühler, Schläuche, Thermostat, Wasserpumpe, ein paar Kilogramm Wasser und schließlich das Ausfallrisiko des Dieselmotors bei Schäden oder Wartungsmängeln an seiner Kühlanlage weg.
Der Verlust durch die Kühlung eines Verbrennungsmotors beträgt zudem insgesamt rund 25 Prozent der eingesetzten Energie aus dem Kraftstoff. Dass beim Dearman-Motor keine überschüssige Energie weggekühlt werden muss, zeigt bereits seine höhere Effizienz.
Der Prozess ließe sich auch mit ganz profaner verflüssigter Luft betreiben, doch gibt es dafür keine so gut ausgebaute Infrastruktur wie für Flüssigstickstoff, der als ubiquitäres Industrieprodukt praktisch überall für 10 bis 50 Eurocent pro Liter zu bekommen ist. Für Betreiber von Kühllastflotten genügt ein Speichertank auf dem Speditionshof, den Gas-Lieferanten wie Linde oder Air Liquide dort aufstellen und en gros per Lastzug mit Gas beliefern könnten. Laut Dearman sollten sich trotz des zusätzlichen Aufwands für den Treibstoff die Mehrausgaben für seine Kühlanlagen nach drei Jahren amortisiert haben und danach kräftig Geld sparen helfen. Sollte dem wirklich so sein, hätte die Dearman-Transportkühlung gute Chancen sich durchzusetzen und eine Menge für die Luftqualität zu tun.
Lokal emissionsfrei
Lokal arbeitet die Dearman-Transportkühlung zwar emissionsfrei. Wie hoch die Einsparung beim Kohlendioxid in der Gesamtbetrachtung ist, hängt ähnlich wie beim Elektroauto davon ab, mit welcher Energie die Luft verflüssigt wurde. Eine kleinere Rolle spielt dabei natürlich auch die Art der Verteilung. Gäbe es eine Gas-Infrastruktur ohne Lkw-Transport, sänke die CO2-Belastung. Die beste Lösung sähe vermutlich dezentral aus: Man stelle sich Speditionsgebäude mit Solarmodulen auf ihren Dächern vor, die bei Sonneneinstrahlung speditionseigene Luftverflüssiger antreiben. Die Überschuss-Sonnenenergie bliebe in Form verflüssigter Luft über Phasen geringer Sonnenintensität gespeichert.
Das 2011 gegründete Unternehmen mit 60 Beschäftigten arbeitet bei der Entwicklung übrigens mit dem legendären Motorenentwicklungs-Ingenieursdienstleister Ricardo zusammen, der bereits 1931 das in Pkw-Dieseln bis in die 90er-Jahre dominierende Wirbelkammerverfahren erfand.
Ende November wurden ein paar Aggregate in den Freilandversuch ausgesetzt, vielleicht nicht ganz zufällig kurz vor der UN Klimakonferenz in Paris (30. November bis 11. Dezember). Ab 2018 will Dearman das Kühlsystem in den Verkauf bringen und strebt laut Businessplan zunächst 280 Millionen Euro Jahresumsatz an. (fpi)