FRUITFUL – Fossil Free Combustion with Future Fuels

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502976

Short description (German)

Erneuerbares Ammoniak ist eine technisch und wirtschaftlich vielversprechende Lösung für CO2-neutrale Verbrennungsmotoren für Anwendungen, die nicht elektrifiziert werden können. Als bedeutender Anbieter von Zweitaktmotoren für Schiffe bringt WinGD 2025 seine ersten X-DF-A-Motoren auf den Markt. Der stabile Betrieb des Verbrennungskonzepts hängt jedoch aufgrund der schwierigen Selbstentzündungseigenschaften von Ammoniak von einer mit fossilem (Diesel-)Pilotkraftstoff unterstützten Zündung ab. Das Projekt zielt darauf ab, die Machbarkeit einer fossilfreien Ammoniakverbrennung durch neue Zündkonzepte zu untersuchen. Eine optisch zugängliche Motortestanlage wird genutzt, um die zugrunde liegenden Mechanismen unter motorrelevanten Betriebsbedingungen zu untersuchen und alternative Zündkonzepte zu bewerten. Nach der Identifizierung vielversprechender Konzepte werden weitere Untersuchungen an der motormaßstabsgetreuen „Sprühbrennkammer” durchgeführt. Abschließend wird eine Empfehlung hinsichtlich der Anwendbarkeit auf Zweitakt-Schiffsverbrennungsmotoren abgegeben.

Short description (English)

Renewable ammonia is a technically and economically promising solution for net-zero CO2-free IC engines for applications that cannot be electrified. As a major supplier of marine two-stroke engines, WinGD is releasing its first X-DF-A engines in 2025. However, stable operation of the combustion concept relies on fossil (diesel) pilot fuel assisted ignition due to ammonia's challenging auto-ignition characteristics. The project aims to investigate the feasibility of fossil-free ammonia combustion through new ignition concepts. An optically accessible engine test facility will be used to study the underlying mechanisms at engine-relevant operating conditions to evaluate alternative ignition concepts. After identification of worthwhile concepts, further examination will take place at the engine-scaled "spray combustion chamber". Finally, a recommendation regarding applicability to two-stroke marine IC engines will be provided.

Short description (French)

L'ammoniac renouvelable est une solution techniquement et économiquement prometteuse pour les moteurs à combustion interne sans émissions nettes de CO2 destinés à des applications qui ne peuvent pas être électrifiées. En tant que fournisseur majeur de moteurs marins à deux temps, WinGD commercialisera ses premiers moteurs X-DF-A en 2025. Cependant, le fonctionnement stable du concept de combustion repose sur un allumage assisté par un combustible fossile (diesel) en raison des caractéristiques d'auto-allumage difficiles de l'ammoniac. Le projet vise à étudier la faisabilité de la combustion d'ammoniac sans énergie fossile grâce à de nouveaux concepts d'allumage. Une installation d'essai de moteurs accessible optiquement sera utilisée pour étudier les mécanismes sous-jacents dans des conditions de fonctionnement pertinentes pour les moteurs afin d'évaluer des concepts d'allumage alternatifs. Après identification des concepts valables, un examen plus approfondi sera effectué dans la « chambre de combustion à pulvérisation » à l'échelle du moteur. Enfin, une recommandation concernant l'applicabilité aux moteurs à combustion interne marins à deux temps sera fournie.