WiDE: Die Lebensdauer von Dieselkraftstoff in einer dekarbonisierten Welt verlängern

Der Transport macht etwa aus ein Fünftel der globalen CO2-Emissionenwobei allein der Straßenverkehr für drei Viertel dieser Emissionen verantwortlich ist.

Der Großteil der Emissionen des Straßenverkehrs stammt von Personenkraftwagen wie Pkw und Bussen, gefolgt von Lkw. Benzin ist der gebräuchlichste Kraftstoff für Pkw, Diesel hingegen der Hauptkraftstoff für Nutzfahrzeuge wie Lkw und Busse.

Das liegt daran, dass dieses durch Destillation von Rohöl gewonnene Kohlenwasserstoffgemisch eine höhere Motoreffizienz aufweist.

Diesel hat tatsächlich einen 25% bis 35% Dieselmotoren bieten eine bessere Kraftstoffeffizienz als Benzinmotoren und sind daher die beste Wahl für Nutzfahrzeuge. Neben dem geringeren Kraftstoffverbrauch bieten sie eine bessere Beschleunigung, höhere Anhänge- und Transportkapazität, einen geringeren Wartungsaufwand und eine längere Lebensdauer.

Gleichzeitig ist Diesel jedoch einer der größten Verursacher von Luftverschmutzung durch Schadstoffe wie Ruß, Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx), Schwefeloxide (SOx), Kohlenwasserstoffe (HC) und Feinstaub (PM).

Dieselmotoren emittieren auch Kohlendioxid (CO2), das zwar wie andere Gase ebenfalls giftig ist, aber dennoch ein bedeutendes Treibhausgas darstellt. Daten zeigen, dass der Dieselverbrauch etwa 25 % der Treibhausgasemissionen ausmachte. Gesamter US-Transportsektor CO2 Emissionen .

Um die negativen Auswirkungen von Dieselkraftstoff auf unsere Gesundheit und die Umwelt zu verringern, wandten sich Forscher der Federal University of Technology Owerri (FTO) in Nigeria der Wasser-in-Diesel-Emulsionstechnologie (WiDE) zu und identifizierten sie als vielversprechende Strategie zur Reduzierung der Umweltverschmutzung durch Dieselmotoren¹ und gleichzeitig ihre Leistung beizubehalten oder sogar zu verbessern.

Dieselabgase: Warum sie weiterhin eine große Herausforderung im Bereich der Umweltverschmutzung darstellen

Als Hauptquelle schädlicher Emissionen bergen Dieselmotoren ernsthafte Gesundheitsrisiken wie Atemwegserkrankungen und Herz-Kreislauf-Probleme. Sie tragen außerdem zu Umweltproblemen wie Smog, saurem Regen und der globalen Erwärmung bei.

Zur Minderung der Umweltauswirkungen von Kompressionszündungsmotoren verwenden moderne Dieselmotoren verschiedene Emissionskontrolltechnologien, wie z. B. Dieseloxidationskatalysatoren (DOCs), selektive katalytische Reduktion (SCR), Abgasrückführung (AGR) und Dieselpartikelfilter (DPFs).

Diese Technologien können zwar helfen -Emissionen zu reduzierenDas tun sie nicht vollständig, und darüber hinaus erhöhen sie die Kosten und die Komplexität der Motoren.

Beispielsweise reduziert DOC effektiv CO und HC, hat aber nur einen minimalen Einfluss auf die Emissionen von Partikeln und NOx, während DPF zwar effektiv die Partikelemissionen reduziert, aber nicht auf CO oder NOx eingeht, die durch die kostengünstige Abgasrückführung (AGR) effektiv reduziert werden können, aber die Partikelemissionen leicht erhöhen können.

Es gibt weitere Alternativen, wie zum Beispiel Biodiesel, der aus Biomasse gewonnen wird und bei dem die Emissionen von Feinstaub, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen deutlich reduziert werden konnten, aber auch hier kann es zu einem Anstieg der Stickoxidemissionen kommen.

Wie die Forscher von FTO in ihrer Studie feststellten, sind die Bildung von NOx und PM temperaturabhängig und weisen eine inverse Beziehung auf, was bedeutet, dass eine Verringerung des einen oft den anderen erhöht.

Eine Lösung für dieses Problem ist die Einleitung von Wasser in den Brennraum, wodurch die NOx- und PM-Emissionen deutlich reduziert werden. Es gibt verschiedene Verfahren zur Wassereinspritzung in Dieselmotoren. Dazu gehören die Begasung des Ansaugkrümmers (FWIM) und die Direkteinspritzung (DWI). Diese Verfahren reduzieren zwar die NOx- und PM-Emissionen, können aber die HC- und CO-Emissionen erhöhen.

Es gibt noch eine weitere einfache, aber effektive Methode, die Schadstoffbelastung von Dieselmotoren zu reduzieren: die Wasser-in-Diesel-Emulsion (WiDE).

WiDE: Die Lebensdauer von Dieselkraftstoff in einer dekarbonisierten Welt verlängern

Die Beimischung von Wasser zu Dieselkraftstoff mithilfe von Tensiden wirkt sich positiv auf die Emissionsreduzierung, die Motorleistung und die Verbrennungseffizienz aus. Mit diesem Verfahren lassen sich die Emissionen von Stickstoff und Stickoxiden um über 60 % senken, während die Leistung erhalten bleibt oder die Motoreffizienz in manchen Fällen sogar gesteigert wird.

Diese sauberere Option, die die Verbrennungstemperatur senkt, die Dauer der Hochtemperaturverbrennung verkürzt, den Strahlimpuls erhöht und die Kraftstoffeffizienz verbessert, funktioniert in bestehenden Dieselmotoren ohne Modifikation.

WiDE-Technologie: Wie Wasser im Dieselkraftstoff Emissionen reduziert und die Leistung verbessert

Beim Mischen schwimmt Dieselkraftstoff aufgrund seines geringeren Gewichts im Vergleich zu Wasser oben. Ein Emulsionskraftstoff hingegen ist ein Gemisch aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten, die sich nicht vollständig vermischen lassen, wobei sich die eine Substanz in der anderen verteilt. Die Emulsion wird daher mithilfe von Hochenergieverfahren und Tensiden hergestellt.

Für den Betrieb des Dieselmotors mit Emulsionskraftstoff ist die Stabilitätszeit des WiDE-Kraftstoffs von entscheidender Bedeutung, da eine abnehmende Emulsionsstabilität während des Motorbetriebs das Verbrennungssystem negativ beeinflusst und zu einem vorzeitigen Motorausfall führen kann.

Spezielle Chemikalien, sogenannte Tenside, spielen eine entscheidende Rolle für die gleichmäßige Vermischung von Diesel und Wasser. Sie erzeugen stabile Emulsionen, indem sie die Oberflächenspannung zwischen den beiden Stoffen reduzieren und diese so effektiv miteinander verbinden.

Bei der WiDE-Technologie werden winzige Wassertröpfchen in Dieselkraftstoff eingemischt. Tenside sorgen für eine gleichmäßige Verteilung und gewährleisten so die Stabilität der Emulsion für bis zu 60 Tage. Bei der Verbrennung im Motor verdampfen die Wassertröpfchen rasch und lösen eine sogenannte Mikroexplosion aus, die den Kraftstoff in feinere Partikel zerlegt.

Dies verbessert die Vermischung von Luft und Kraftstoff während der Verbrennung, senkt die Spitzentemperaturen und reduziert die Bildung von Stickoxiden. Die vollständige Verbrennung verringert zudem die Ruß- und Feinstaubemissionen.

Angesichts des Potenzials dieser einfachen Technik, die Schadstoffbelastung durch Dieselmotoren deutlich zu reduzieren, ohne dass eine Neukonstruktion des Motors erforderlich ist, haben Forscher der FUTO die Technologie und ihr Versprechen als schneller Weg zu einer saubereren Dieselnutzung genauer untersucht, indem sie Studien aus der ganzen Welt analysierten.

Laut Studien, die in der WiDE-Analyse berücksichtigt wurden, kann der Betrieb von Dieselmotoren mit WiDE die Schadstoffemissionen drastisch reduzieren. Insbesondere sanken die NOx-Emissionen um 67 % und die Feinstaubemissionen um 68 % im Vergleich zu herkömmlichem Dieselkraftstoff, wodurch sich WiDE als saubererer Alternativkraftstoff für Dieselmotoren positioniert.

Neben den ökologischen Vorteilen zeigten mehrere Experimente auch Leistungsverbesserungen. Dazu gehören Verbesserungen des Bremswirkungsgrades (BTE), der die Effektivität eines Systems bei der Umwandlung von Kraftstoff in nutzbare Arbeit misst. Darüber hinaus liefern Untersuchungen zu anderen Motorleistungskennwerten wie Bremsleistung, spezifischem Kraftstoffverbrauch (BSFC) und Drehmoment vielversprechende Ergebnisse mit WiDE.

WiDE-Motoren produzieren also nicht nur sauberere Abgase, sondern nutzen den Kraftstoff auch effizienter.

„Wasser-in-Diesel-Emulsionen sind eine praktische und kostengünstige Methode, um Dieselmotoren sauberer zu machen“, sagte Hauptautor Dr. Chukwuemeka Fortunatus Nnadozie. „Da die Technologie keine Neukonstruktion des Motors erfordert, bietet sie einen unmittelbaren Weg zu geringeren Emissionen sowohl in Entwicklungs- als auch in Industrieländern.“

Eine genauere Betrachtung der Bedeutung von Tensiden ergab, dass die Wahl des richtigen Tensids und seiner Konzentration entscheidend für die Stabilität der Emulsion ist, was sich sowohl auf die Leistungsfähigkeit als auch auf die Sicherheit des Kraftstoffs auswirkt.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Verwendung mehrerer Tenside die besten Ergebnisse liefert und sowohl die Stabilität des Kraftstoffgemisches als auch die Verbrennungsqualität im Motor verbessert.

Trotz der ermutigenden Ergebnisse betonten die Forscher die Notwendigkeit weiterer Arbeiten, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung der Tensidkombinationen und der Bewertung der Langzeitwirkungen der Emulsion auf Motorkomponenten liegen sollte.

Wichtiger noch: WiDE bietet eine praktische Möglichkeit, die Schadstoffemissionen aktuell betriebener Motoren zu reduzieren und zu anderen sauberen Technologien beizutragen, anstatt sauberere, langfristige Lösungen zu ersetzen. Die Kombination dieses Kraftstoffansatzes mit Biodiesel und fortschrittlichen Abgasreinigungssystemen kann laut dem Forschungsteam dazu beitragen, umfassendere Klima- und Luftreinhalteziele zu unterstützen.

„Diese Technologie kann die Lücke zwischen konventioneller Dieselnutzung und einer saubereren Energiezukunft schließen“, sagte Mitautor Professor Emeka Emmanuel Oguzie. „Mit der richtigen Formulierung und Erprobung könnte sie ein wichtiger Bestandteil nachhaltiger Transport- und Industrieenergiesysteme werden.“

Alternativen zu Diesel: Emissionsarme Kraftstoffe und saubere Transportlösungen

Die WiDE-Technologie ist nur eine von vielen Möglichkeiten, mit denen der Transportsektor die Einschränkungen von Dieselkraftstoff überwinden kann. Die Suche nach saubereren Alternativen hat zu einer Reihe von Kraftstoffen und Antriebstechnologien geführt, die der Branche helfen können, eine langfristige Dekarbonisierung zu erreichen. Ein vielversprechender Weg zur Emissionsreduzierung sind Biodiesel und erneuerbarer Diesel, die aus Biomasse gewonnen werden.

Biodiesel wird durch Umesterung von Pflanzenölen wie Soja-, Sonnenblumen-, Raps- und Palmöl, tierischen Fetten aus der Fleischverarbeitung und recyceltem Speiseöl aus Restaurants hergestellt. Algen stellen eine weitere vielversprechende Quelle für Biomasse dar.

Erneuerbarer Diesel ähnelt Biodiesel, ist aber ein Kohlenwasserstoff, der chemisch mit herkömmlichem Dieselkraftstoff identisch ist.

Wasserstoff ist eine weitere Lösung zur Begrenzung der Treibhausgasemissionen von Kraftfahrzeugen durch Wasserstoff-Verbrennungsmotoren (H2ICE) und Wasserstoff-Brennstoffzellen (Brennstoffzellenfahrzeuge). Beide können Fahrzeuge mit dem kohlenstofffreien Kraftstoff antreiben.

Bei H2-ICE-Motoren wird Wasserstoff anstelle von Diesel oder Benzin verwendet.

FCEVs erzeugen Strom aus Wasserstoff mithilfe einer sogenannten Brennstoffzelle, in der Wasserstoff mit Sauerstoff kombiniert wird, um Strom zu erzeugen, der den Elektromotor antreibt, ähnlich wie bei einem Elektrofahrzeug.

Während Verbrennungsmotoren unter hoher Last am effizientesten arbeiten und H2-ICE daher die geeignetste Wahl für schwere Lkw darstellen, sind Brennstoffzellenfahrzeuge bei geringerer Last effizienter und eignen sich daher ideal für Abschleppwagen oder Betonmischer.

Sowohl H2-ICE als auch FCEVs weisen ähnliche Emissionsprofile auf, aber während erstere NOx und Spurenmengen an CO2 produzieren können, produzieren letztere nur Wasserdampf.

Infolgedessen verfolgen mehrere Automobilhersteller, darunter die BMW Group, Toyota und Hyundai Motor, aktiv Pläne für Brennstoffzellenfahrzeuge. Alpine präsentierte kürzlich außerdem seinen wasserstoffbetriebenen Konzept-Supersportwagen Alpine Alpenglow, der 740 PS bei 7,600 U/min leistet, eine maximale Drehzahl von 9,000 U/min erreicht und eine Höchstgeschwindigkeit von 205 km/h erzielt.

Wie kürzlich mitgeteilt wurde, Wasserstoff hat seine eigenen Kosten und infrastrukturelle Hürden, die durch politische Unterstützung, Investitionen und öffentlich-private Partnerschaften angegangen werden müssen, um die Akzeptanz zu fördern.

Dann gibt es synthetische Kraftstoffe, auch E-Fuels genannt, die aus abgeschiedenem Kohlenstoff und grünem Wasserstoff hergestellt werden. Dieser alternative Kraftstoff entsteht durch chemische Prozesse. Die meisten synthetischen Kraftstoffe wurden bisher durch die Aufbereitung bestehender fossiler Brennstoffe gewonnen, beispielsweise durch die Umwandlung von Erdgas in Heizöl, die Verflüssigung von Kohle zu Diesel und Benzin sowie in jüngerer Zeit die Umwandlung von Holz oder tierischen Abfällen in Heizöl.

Diese Optionen nutzen jedoch festen oder gebundenen Kohlenstoff, wodurch CO₂ in die Atmosphäre freigesetzt wird. Elektronische Kraftstoffe beseitigen dieses Problem, indem sie die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen aufheben und so die Dekarbonisierung energieintensiver Sektoren ermöglichen.

Diese Kraftstoffe werden durch die Gewinnung von CO2 aus der Atmosphäre hergestellt, und wenn die bei der Verbrennung freigesetzten Emissionen der Menge an CO2 entsprechen, die zu ihrer Herstellung verwendet wurde, dann gilt dieses Verfahren als klimaneutral.

Zur Synthese von E-Kraftstoff wird CO2 entweder durch Luftabscheidung gewonnen, saugt CO2 an Das CO₂ wird entweder direkt aus der Umgebungsluft mithilfe flüssiger Lösungsmittel oder fester Sorptionsmittel gewonnen oder durch Abscheidung von CO₂, das bei anderen industriellen Prozessen freigesetzt wird. Das abgeschiedene CO₂ wird anschließend mit Wasserstoff vermischt und hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt, wodurch es in Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.

Zusammengenommen tragen diese Lösungen dazu bei, die Umweltauswirkungen von Dieselkraftstoff zu verringern und den Weg für eine sauberere und nachhaltigere Zukunft des Verkehrs zu ebnen.

Investitionen in sauberere Technologien

Cummins Inc. (CMI -0.56 %) ist einer der weltweit führenden Hersteller von Diesel- und Erdgasmotoren, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge und industrielle Anwendungen.

Das Unternehmen investiert aktiv in Dekarbonisierungstechnologien, darunter Wasserstoffmotoren, Brennstoffzellen und fortschrittliche Abgasnachbehandlungssysteme. Mit seiner „Destination Zero“-Strategie arbeitet Cummins kurzfristig an der Verbesserung der Dieseleffizienz und der Emissionsreduzierung und entwickelt gleichzeitig langfristig emissionsfreie Lösungen.

Das weltweit tätige Unternehmen für Energielösungen operiert in einigen wenigen Schlüsselsegmenten.

Das Segment Komponenten entwickelt und fertigt Achsen, Bremsen, Antriebsstränge und Federungssysteme, während sich das Segment Energiesysteme auf Generatoren und Stromaggregate konzentriert. Das Segment Accelera fertigt und betreut elektrifizierte Energiesysteme, darunter Batterie-, Brennstoffzellen- und elektrische Antriebstechnologien sowie Wasserstoffproduktionstechnologien. Das Segment Motoren produziert eine Reihe von Erdgas- und Dieselmotoren, während das Segment Verteilung Stromerzeugungssysteme, Hochleistungsmotoren sowie Motoren für schwere und mittelschwere Nutzfahrzeuge betreut.

Die gelungene Verbindung von Dieselinnovationen mit langfristigen Zielen der Energiewende hat den Aktienkurs von Cummins MI seit Jahresbeginn um 6.65 % und im vergangenen Jahr um 68.78 % steigen lassen. Aktuell notiert die Aktie bei 543.42 US-Dollar. Cummins, mit einer Marktkapitalisierung von 75 Milliarden US-Dollar, weist einen Gewinn je Aktie (TTM) von 20.51 US-Dollar und ein Kurs-Gewinn-Verhältnis (TTM) von 26.54 auf. Die Dividendenrendite beträgt 1.47 %.

Was die Finanzlage des Unternehmens betrifft, so erzielte Cummins im Gesamtjahr 2025 einen Umsatz von 33.7 Milliarden US-Dollar. Die Segmente Distribution und Power Systems verzeichneten im vergangenen Jahr Rekordumsätze und -gewinne, angetrieben durch die „starke Nachfrage nach Notstromversorgung für Rechenzentren“. Der GAAP-Nettogewinn für den Berichtszeitraum betrug 2.8 Milliarden US-Dollar, der verwässerte Gewinn je Aktie (EPS) lag bei 20.50 US-Dollar.

Die Bardividende wurde zum 16. Mal in Folge erhöht, wobei Cummins den Aktionären insgesamt etwas mehr als 1 Milliarde Dollar in Form von Dividenden zurückzahlte.

Diese „starken operativen Ergebnisse“ wurden „trotz der anhaltenden Schwäche auf den nordamerikanischen Lkw-Märkten“ erzielt. CEO Jennifer Rumsey erklärte dazu: „2025 war ein historisches Jahr für Cummins, da wir bedeutende Fortschritte bei der Umsetzung wichtiger strategischer Prioritäten erzielten und gleichzeitig unsere Leistung von Zyklus zu Zyklus weiter steigern konnten.“

Für das Gesamtjahr 2025 meldete Cummins zudem Aufwendungen in Höhe von 458 Millionen US-Dollar bzw. 3.28 US-Dollar je verwässerter Aktie im Zusammenhang mit dem Elektrolyseurgeschäft von Accelera. Diese Maßnahme erfolgte im Rahmen einer strategischen Überprüfung, die als Reaktion auf veränderte Erwartungen hinsichtlich der Wasserstoffnutzung eingeleitet wurde, um die Betriebsabläufe zu optimieren und die laufenden Kosten angesichts der schwächeren Nachfrageprognose zu senken.

Im vierten Quartal 2025 erzielte Cummins einen Umsatz von 8.5 Milliarden US-Dollar, einen GAAP-Nettogewinn von 593 Millionen US-Dollar und einen verwässerten Gewinn je Aktie von 4.27 US-Dollar.

Segmentbezogen verzeichnete Accelera mit einem Umsatzanstieg von 31 % auf 131 Millionen US-Dollar den größten Zuwachs, was auf den Zeitpunkt der Elektrolyseurinstallationen zurückzuführen ist. Es folgte Power Systems mit einem Anstieg von 11 % auf 1.9 Milliarden US-Dollar, bedingt durch die gestiegene Nachfrage nach Stromerzeugung, insbesondere in den Rechenzentrumsmärkten Nordamerikas, Chinas und des asiatisch-pazifischen Raums.

Die Nachfrage nach Stromerzeugungsprodukten, insbesondere für Rechenzentren, trug ebenfalls zu einem Umsatzanstieg im Vertriebssegment um 7 % auf 3.3 Milliarden US-Dollar bei. Im Gegensatz dazu sanken die Umsätze im Komponentensegment aufgrund der geringeren Nachfrage nach mittelschweren und schweren Lkw in den USA um 7 % auf 2.4 Milliarden US-Dollar, während in Europa und China eine stärkere Nachfrage verzeichnet wurde. Gleichzeitig führte die geringere Nachfrage nach mittelschweren und schweren Lkw in den USA und Mexiko zu einem Umsatzrückgang von 4 % im Motorensegment.

Für das laufende Jahr rechnet das Unternehmen mit einem Umsatzanstieg zwischen 3 % und 8 % und plant, weiterhin einen starken operativen Cashflow zu generieren und langfristig 50 % des operativen Cashflows an die Aktionäre auszuschütten.

„Wir gehen davon aus, dass sich die Nachfrage auf dem nordamerikanischen Markt für Fernverkehrs-Lkw im Jahr 2026 leicht verbessern wird, insbesondere in der zweiten Jahreshälfte, gepaart mit einer anhaltend starken Nachfrage nach Stromerzeugungsanlagen für Rechenzentren. Cummins ist weiterhin gut aufgestellt, um in zukünftiges Wachstum zu investieren, starke Finanzergebnisse zu erzielen und den Aktionären im Jahr 2026 Kapital zurückzuzahlen.“

– Rumsey

Aktuelle Aktiennachrichten und Entwicklungen von Cummins Inc. (CMI)

Fazit

Obwohl Dieselmotoren aufgrund ihrer Langlebigkeit, hohen Effizienz und ihres beträchtlichen Drehmoments in zahlreichen Branchen unverzichtbar sind, stellen sie auch eine Hauptquelle schädlicher Emissionen dar, darunter NOx, PM, CO, HC und SO2, die ernsthafte Gesundheitsrisiken bergen und mit den globalen Klima- und Luftqualitätszielen unvereinbar sind.

Die Wasser-in-Diesel-Emulsionstechnologie (WiDE) stellt hier eine überzeugende Lösung dar. Durch die signifikante Reduzierung schädlicher Emissionen ohne Notwendigkeit einer Motorumgestaltung bietet sie einen praktischen und kostengünstigen Weg zu einer saubereren Verbrennung.

WiDE ist zwar kein dauerhafter Ersatz für emissionsfreie Technologien, kann aber eine entscheidende Übergangsrolle spielen. In Kombination mit anderen Innovationen wie Biodiesel-Mischungen und neuartigen sauberen Kraftstoffen trägt es dazu bei, die Lücke zwischen der traditionellen Dieselabhängigkeit und einer nachhaltigen Energiezukunft zu schließen.

Referenzen

^{1. Nnadozie, CF, Onuoha, CP, Oguzie, EE, & Emereibeole, EI (2025). Fortschritte bei Strategien zur Reduzierung von Dieselabgasen: Schwerpunkt Wasser-in-Diesel-Emulsionstechnologie. Kohlenstoffforschung, 4 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}