WiDE: Verlängerung der Lebensdauer von Diesel in einer dekarbonisierenden Welt

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

Die meisten dieser Emissionen im Straßenverkehr stammen von Personenkraftwagen wie Autos und Bussen, gefolgt von Lastkraftwagen. Während Benzin der am häufigsten verwendete Kraftstoff für leichte Fahrzeuge ist, ist Diesel der Hauptkraftstoff für Nutzfahrzeuge wie Lkw und Busse.

Das liegt daran, dass diese Mischung aus Kohlenwasserstoffen, die durch die Destillation von Rohöl gewonnen wird, eine höhere Motoreffizienz aufweist.

Diesel hat tatsächlich eine 25 % bis 35 % bessere Kraftstoffeffizienz als Benzin, was ihn zur besten Option für Nutzfahrzeuge macht. Neben einer besseren Kraftstoffökonomie bieten Dieselmotoren bessere Beschleunigung sowie Zug- und Schlepppotential, benötigen weniger Wartung und weisen eine höhere Haltbarkeit auf.

Gleichzeitig ist Diesel 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, obwohl es nicht so toxisch wie andere Gase ist, ein bedeutendes Treibhausgas darstellt. Daten zeigen, dass der Dieselverbrauch etwa 25 % der gesamten US-Verkehrssektors CO2-Emissionen im Jahr 2022 ausmachte.

Um die negativen Auswirkungen von Diesel auf unsere Gesundheit und die Umwelt zu verringern, haben Forscher der Federal University of Technology Owerri (FTO) in Nigeria die Water-in-Diesel Emulsion (WiDE)-Technologie untersucht und sie als vielversprechende Strategie zur Reduzierung der Verschmutzung durch Dieselmotoren¹ identifiziert, während sie die Leistung beibehalten oder sogar verbessern.

Diesel-Emissionen: Warum sie weiterhin eine große Umweltverschmutzungsherausforderung darstellen

Als bedeutende Quelle schädlicher Emissionen stellen Dieselmotoren ernsthafte Gesundheitsrisiken dar, wie Atemwegserkrankungen und Herz‑Kreislauf‑Probleme. Sie tragen auch zu Umweltproblemen wie Smog, saurem Regen und globaler Erwärmung bei.

Um die Umweltauswirkungen von Verbrennungsmotoren zu mindern, verwenden moderne Dieselmotoren verschiedene Emissionskontrolltechnologien, wie Dieseloxidationskatalysatoren (DOC), selektive katalytische Reduktion (SCR), Abgasrückführung (EGR) und Dieselpartikelfilter (DPF).

Obwohl diese Technologien helfen können, Emissionen zu reduzieren, tun sie dies nicht vollständig und erhöhen zudem die Kosten und Komplexität der Motoren.

Zum Beispiel reduziert DOC effektiv CO und HC, hat jedoch nur geringe Auswirkungen auf Partikel‑ und NOx‑Emissionen, während DPF wirksam Partikel‑Emissionen senkt, aber CO oder NOx nicht adressiert; diese können durch das kostengünstige EGR effektiv reduziert werden, wobei jedoch die Partikel‑Emissionen leicht steigen können.

Es gibt weitere Alternativen, wie Biodiesel, der aus Biomasse gewonnen wird und erfolgreich PM, CO und HC deutlich reduziert, jedoch wiederum die NOx‑Emissionen erhöhen kann.

Die Bildung von NOx und PM ist, wie die FTO‑Forscher in ihrer Studie feststellten, temperaturabhängig und zeigt eine inverse Beziehung, das heißt, die Reduktion des einen führt oft zur Erhöhung des anderen.

Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, Wasser in den Verbrennungsraum einzubringen, was sowohl NOx‑ als auch PM‑Emissionen erheblich reduziert. Es gibt verschiedene Methoden, Wasser in Dieselmotoren einzuführen, darunter das Einbringen von Wasser in das Einlassmanifold (FWIM) und die Wasserinjektion (DWI), die NOx‑ und PM‑Emissionen senken, jedoch HC‑ und CO‑Emissionen erhöhen können.

Eine weitere einfache, aber effektive Möglichkeit, die Dieselmotorschadstoffbelastung zu reduzieren, ist die Water-in-Diesel Emulsion (WiDE).

WiDE: Verlängerung der Lebensdauer von Diesel in einer dekarbonisierenden Welt

Die Beimischung von Wasser in Diesel, ermöglicht durch Tenside, zeigt positive Effekte auf Emissionsreduktion, Motorleistung und Verbrennungseffizienz. Diese Technik kann tatsächlich NOx‑Emissionen um über 60 % senken, während die Leistung erhalten bleibt oder sogar die Motoren‑effizienz gelegentlich verbessert wird.

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

WiDE‑Technologie: Wie Wasser‑im‑Diesel Emissionen reduziert und die Leistung verbessert

Wenn sie gemischt werden, neigt Diesel dazu, an der Oberfläche zu schwimmen, weil er leichter als Wasser ist. Ein Emulsionskraftstoff ist jedoch eine Mischung aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten, die sich nicht vollständig vermischen lassen, wobei eine Substanz in der anderen verteilt ist. Daher wird die Emulsion mittels Hochenergie‑Techniken mit Hilfe von Tensiden erzeugt.

Damit ein Dieselmotor mit Emulsionskraftstoff betrieben werden kann, ist die Stabilitätsdauer von WiDE entscheidend, da ein nachlassende Emulsionsstabilität während des Motorbetriebs das Verbrennungssystem negativ beeinflusst und zu einem vorzeitigen Motorausfall führen kann.

Spezielle Chemikalien, sogenannte Tenside, spielen eine wesentliche Rolle dabei, Diesel und Wasser gleichmäßig zu vermischen. Sie erzeugen stabile Emulsionen, indem sie die Oberflächenspannung zwischen den beiden reduzieren und sie effektiv zusammenbinden.

In der WiDE‑Technologie werden also sehr kleine Wassertropfen in den Diesel gemischt, und Tenside werden hinzugefügt, um sie gleichmäßig zu halten, sodass die Emulsion bis zu 60 Tage stabil bleibt. Wenn diese Kombination im Motor verbrennt, verdampfen die Wassertropfen schnell, was ein Phänomen auslöst, das als „Mikro‑Explosion“ bekannt ist und den Kraftstoff in feinere Partikel zerlegt.

Dies verbessert die Luft‑Kraftstoff‑Mischung während der Verbrennung, senkt die Spitzenverbrennungstemperaturen und reduziert die Bildung von Stickoxiden. Die vollständige Verbrennung reduziert zudem Ruß‑ und PM‑Emissionen.

Angesichts des Potenzials dieser einfachen Technik, die Dieselmotorschadstoffbelastung erheblich zu reduzieren, ohne dass ein Motorumbau nötig ist, haben Forscher der FUTO die Technologie genauer untersucht und ihr Versprechen als schneller Weg zu sauberer Dieselverwendung analysiert, indem sie Studien aus aller Welt auswerteten.

Laut den in der WiDE‑Analyse geprüften Studien kann der Betrieb von Dieselmotoren mit WiDE die schädlichen Emissionen drastisch reduzieren. Insbesondere sanken die NOx‑Emissionen um 67 % und der PM um 68 % im Vergleich zu herkömmlichem Diesel, was ihn als sauberere Alternative für Dieselmotoren positioniert.

Zusätzlich zu den Umweltvorteilen berichteten mehrere Experimente auch von Leistungsverbesserungen. Dazu gehören Verbesserungen der Bremswärmeeffizienz (BTE), die die Effektivität eines Systems bei der Umwandlung von Kraftstoff in nutzbare Arbeitsleistung misst. Darüber hinaus zeigen Studien zu anderen Motorleistungsmerkmalen wie Bremsleistung, BSFC und Drehmoment vielversprechende Ergebnisse mit WiDE.

So erzeugen WiDE‑Motoren nicht nur sauberere Abgase, sondern nutzen den Kraftstoff auch effizienter.

„Water-in-Diesel‑Emulsionen sind ein praktischer und kostengünstiger Weg, Dieselmotoren sauberer zu machen“, sagte der leitende Autor Dr. Chukwuemeka Fortunatus Nnadozie. „Da die Technologie keinen Motorumbau erfordert, bietet sie einen sofortigen Weg zu geringeren Emissionen sowohl in Entwicklungs‑ als auch in Industrieländern.“

Ein Blick auf die Bedeutung von Tensiden zeigte, dass die Wahl des richtigen Tensids und seiner Konzentration entscheidend für die Emulsionsstabilität ist, die sowohl die Leistung als auch die Sicherheit des Kraftstoffs beeinflusst.

Die Forscher stellten fest, dass mehrere Tenside die besten Ergebnisse liefern, indem sie sowohl die Stabilität der Kraftstoffmischung als auch die Verbrennungsqualität im Motor verbessern.

Trotz der ermutigenden Ergebnisse betonten die Forscher den Bedarf an weiterer Arbeit, die sich auf die Verfeinerung von Tensidkombinationen und die Bewertung der langfristigen Auswirkungen der Emulsion auf Motorkomponenten konzentriert.

Noch wichtiger ist, dass WiDE eine praktische Möglichkeit bietet, die Verschmutzung von bereits im Einsatz befindlichen Motoren zu reduzieren und zu anderen sauberen Technologien beizutragen, anstatt sauberere, langfristige Lösungen zu ersetzen. Die Kombination dieses Kraftstoffansatzes mit Biodiesel und fortschrittlichen Emissionskontrollsystemen kann laut Team die breiteren Klima‑ und Luftqualitätsziele unterstützen.

„Diese Technologie kann die Lücke zwischen konventionellem Dieselgebrauch und einer saubereren Energiezukunft schließen“, sagte Mitautor Professor Emeka Emmanuel Oguzie. „Mit geeigneter Formulierung und Tests könnte sie ein wichtiger Bestandteil nachhaltiger Verkehrssysteme und industrieller Energiesysteme werden.“

Alternativen zu Diesel: emissionsarme Kraftstoffe und saubere Transportlösungen

Die WiDE‑Technologie ist nur eine von vielen Möglichkeiten, wie der Verkehrssektor die Grenzen von Diesel angehen 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 Emissionsreduktion ist Biodiesel und erneuerbarer Diesel, die aus Biomasse gewonnen werden.

Biodiesel wird durch Transesterifizierung von Pflanzenölen wie Sojaöl, Sonnenblumenöl, Rapsöl und Palmöl, tierischen Fetten aus Fleischverarbeitungsbetrieben und recyceltem Speiseöl aus Restaurants hergestellt. Algen sind eine weitere vielversprechende Quelle für Biomasse‑Rohstoffe.

Erneuerbarer Diesel ist ähnlich wie Biodiesel, jedoch ein Kohlenwasserstoff, der chemisch dem Erdöldiesel entspricht.

Wasserstoff ist eine weitere Lösung, um Treibhausgasemissionen von Kraftfahrzeugen zu begrenzen, durch Wasserstoff‑Verbrennungsmotoren (H2ICE) und Wasserstoff‑Brennstoffzellen (FCEVs). Beide können Fahrzeuge mit dem CO2‑neutralen Kraftstoff antreiben.

Bei H2‑ICE verwenden die herkömmlichen Verbrennungsmotoren Wasserstoff anstelle von Diesel oder Benzin.

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

Während Verbrennungsmotoren bei hoher Last am effizientesten sind, was H2‑ICE zur besten Wahl für schwere Lkw macht, sind FCEVs bei niedriger Last effizienter und eignen sich ideal für Abschleppwagen oder Betonmischer.

Sowohl H2‑ICE als auch FCEVs haben ähnliche Emissionsprofile, jedoch kann erstere NOx und Spuren von CO2 erzeugen, während letztere nur Wasserdampf produziert.

Infolgedessen verfolgen mehrere Automobilhersteller aktiv FCEV‑Pläne, darunter die BMW Group, Toyota und Hyundai Motor. Kürzlich stellte Alpine sein wasserstoffbetriebene Konzept‑Supersportwagen Alpine Alpenglow vor, das 740 PS bei 7.600 U/min liefert, eine Drehzahlgrenze von 9.000 U/min erreicht und eine Höchstgeschwindigkeit von 205 mph (ca. 330 km/h) erzielt.

Wie kürzlich mitgeteilt, bringt Wasserstoff eigene Kosten und Infrastruktur‑Hürden mit sich, die mit politischer Unterstützung, Investitionen und öffentlich‑privaten Partnerschaften bewältigt werden müssen, um die Einführung voranzutreiben.

Dann gibt es synthetische Kraftstoffe, sogenannte e‑Fuels, die aus abgefangenem Kohlenstoff und grünem Wasserstoff hergestellt werden. Dieser alternative Kraftstoff entsteht durch chemische Verarbeitung. Die meisten e‑Fuels wurden aus bestehenden fossilen Quellen gewonnen, etwa durch Umwandlung von Erdgas in Kraftöl, Verflüssigung von Kohle zu Diesel und Benzin und zuletzt durch Umwandlung von Holz oder tierischen Abfällen in Kraftöle.

Diese Optionen nutzen jedoch festes oder sequestriertes Kohlenstoff, was bedeutet, dass CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird. e‑Fuels beseitigen dieses Problem, indem sie die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen entfernen und die Dekarbonisierung energieintensiver Sektoren ermöglichen.

Diese Kraftstoffe werden durch Extraktion von CO2 aus der Atmosphäre hergestellt, und wenn die bei der Verbrennung freigesetzten Emissionen dem zur Herstellung verwendeten CO2 entsprechen, gilt dieses Verfahren als CO2‑neutral.

Zur Synthese von e‑Fuel wird CO2 entweder durch Luftabscheidung gewonnen, bei der CO2 direkt aus der Umgebungsluft mit flüssigen Lösungsmitteln oder festen Sorbentien entzogen wird, oder durch Abscheidung von CO2 aus anderen industriellen Prozessen. Das abgesonderte CO2 wird dann mit Wasserstoff kombiniert und hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt, die es in Kohlenwasserstoffe umwandeln.

Zusammen helfen diese Lösungen, die Umweltauswirkungen von Diesel zu adressieren und ebnen den Weg für eine sauberere, nachhaltigere Verkehrszukunft.

Investition in sauberere Technologie

Cummins Inc (CMI ) ist einer der weltweit führenden Hersteller von Diesel- und Erdgas‑Motoren, insbesondere für Schwerlast‑Lkw und industrielle Anwendungen.

Das Unternehmen investiert aktiv in Dekarbonisierungstechnologien, darunter Wasserstoff‑Motoren, Brennstoffzellen und fortschrittliche Nachbehandlungssysteme. Durch seine „Destination Zero“-Strategie arbeitet Cummins daran, die Diesel­effizienz und Emissionen kurzfristig zu verbessern und gleichzeitig langfristig Null‑Emissions‑Lösungen zu skalieren.

Das globale Unternehmen für Stromlösungen operiert über mehrere Schlüsselsegmente.

Das Segment Components entwickelte und fertigte Achsen, Bremsen, Antriebsstränge und Aufhängungssysteme, während das Segment Power Systems sich auf Lichtmaschinen und Primär‑Generator‑Sets konzentriert. Das Accelera‑Segment produziert und unterstützt elektrifizierte Energiesysteme, einschließlich Batterie‑, Brennstoffzellen‑ und Elektromotor‑Technologien sowie Wasserstoffproduktions‑Technologien. Das Engine‑Segment stellt eine Reihe von Erdgas‑ und Diesel‑Motoren her, während das Distribution‑Segment Stromerzeugungssysteme, Hochleistungs‑Motoren sowie schwere und mittelschwere Motoren unterstützt.

Die Balance zwischen Diesel‑Innovation und langfristigen Zielen der Energiewende hat dazu beigetragen, dass die CMI‑Aktien YTD um 6,65 % und im vergangenen Jahr um 68,78 % gestiegen sind und jetzt bei 543,42 $ gehandelt werden. Mit einer Marktkapitalisierung von 75 Mrd. $ hat Cummins ein EPS (TTM) von 20,51 und ein KGV (TTM) von 26,54. Die Dividendenrendite beträgt 1,47 %.

Bezüglich der finanziellen Lage des Unternehmens erzielte Cummins im gesamten Jahr 2025 einen Umsatz von 33,7 Mrd. $, wobei die Segmente Distribution und Power Systems im vergangenen Jahr Rekordumsätze und -profitabilität verzeichneten, angetrieben durch „robuste Nachfrage nach Notstrom für Rechenzentren“. Der GAAP‑Nettogewinn für den Zeitraum betrug 2,8 Mrd. $, und das verwässerte EPS lag bei 20,50 $.

Die Bardividende wurde zum 16. Mal in Folge erhöht, wobei Cummins über 1 Mrd. $ an Aktionäre über Dividenden zurückzahlte.

Diese „starken operativen Ergebnisse“ kamen „trotz anhaltender Schwäche auf dem nordamerikanischen Lkw‑Markt“, wobei CEO Jennifer Rumsey erklärte: „2025 war ein historisches Jahr für Cummins, da wir bedeutende Fortschritte bei der Umsetzung wichtiger strategischer Prioritäten gemacht haben und die Leistung von Zyklus zu Zyklus weiter steigern konnten.“

Für das Gesamtjahr 2025 meldete Cummins zudem 458 Mio. $, bzw. 3,28 $ pro verwässerter Aktie, an Aufwendungen im Zusammenhang mit dem Elektrolyseur‑Geschäft innerhalb von Accelera. Diese Maßnahme wurde im Rahmen einer strategischen Überprüfung ergriffen, die als Reaktion auf veränderte Erwartungen an die Wasserstoff‑Einführung initiiert wurde, um die Abläufe zu straffen und laufende Kosten angesichts der schwächeren Nachfrageprognose zu senken.

Unterdessen verzeichnete Cummins im vierten Quartal 2025 einen Umsatz von 8,5 Mrd. $, einen GAAP‑Nettogewinn von 593 Mio. $ und ein verwässertes EPS von 4,27 $.

Segmentweise stiegen die Accelera‑Umsätze am stärksten um 31 % auf 131 Mio. $, bedingt durch den Zeitpunkt der Elektrolyseur‑Installationen, gefolgt von Power Systems, das um 11 % auf 1,9 Mrd. $ wuchs, angetrieben durch die steigende Nachfrage nach Stromerzeugung, insbesondere in den Rechenzentrums‑Märkten in Nordamerika, China und dem asiatisch‑pazifischen Raum.

Die Nachfrage nach Stromerzeugungsprodukten, insbesondere für Rechenzentrumsanwendungen, trug ebenfalls zu einem Umsatzanstieg im Distribution‑Segment um 7 % auf 3,3 Mrd. $ bei. Im Gegensatz dazu sanken die Umsätze des Components‑Segments um 7 % auf 2,4 Mrd. $, bedingt durch geringere Nachfrage nach mittel- und schwerlastigen Lkw in den USA, jedoch wurde eine stärkere Nachfrage in Europa und China verzeichnet. Gleichzeitig führte die geringere Nachfrage nach mittel‑ und schwerlastigen Lkw in den USA und Mexiko zu einem Rückgang der Engine‑Segment‑Umsätze um 4 %.

Für das laufende Jahr prognostiziert das Unternehmen einen Umsatzanstieg von 3 % bis 8 % und plant, weiterhin starken operativen Cashflow zu erzeugen und langfristig 50 % des operativen Cashflows an die Aktionäre zurückzugeben.

„Im Jahr 2026 erwarten wir, dass die Nachfrage auf dem nordamerikanischen Fernstraßen‑Lkw‑Markt leicht besser sein wird, insbesondere in der zweiten Jahreshälfte, verbunden mit anhaltender Stärke im Markt für Rechenzentrums‑Stromerzeugung. Cummins bleibt gut positioniert, um in Zukunft zu investieren, starke finanzielle Ergebnisse zu liefern und 2026 Cash an die Aktionäre zurückzugeben.“

– Rumsey

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Fazit

Obwohl Diesel­motoren dank ihrer Haltbarkeit, hohen Effizienz und des erheblichen Drehmoments in zahlreichen Branchen unverzichtbar sind, stellen sie auch eine bedeutende Quelle schädlicher Emissionen dar, darunter NOx, PM, CO, HC und SO2, die ernsthafte Gesundheitsrisiken bergen und mit den globalen Klima‑ und Luftqualitätszielen unvereinbar sind.

Die Water-in-Diesel Emulsion (WiDE)-Technologie bietet hier eine überzeugende Lösung. Durch die signifikante Reduktion schädlicher Emissionen ohne Motorumbau bietet sie einen praktischen und kostengünstigen Weg zu saubererer Verbrennung.

Obwohl sie kein dauerhafter Ersatz für Null‑Emissions‑Technologien ist, kann WiDE eine entscheidende Übergangslösung darstellen. In Kombination mit anderen Innovationen wie Biodiesel‑Mischungen und aufkommenden sauberen Kraftstoffen hilft sie, die Lücke zwischen der traditionellen Dieselabhängigkeit und einer nachhaltigen Energiezukunft zu schließen.

Referenzen

^{1. Nnadozie, C. F., Onuoha, C. P., Oguzie, E. E., & Emereibeole, E. I. (2025). Fortschritte bei Strategien zur Reduktion von Diesel‑Emissionen: ein Fokus auf Water-in-Diesel‑Emulsionstechnologie. Carbon Research, 4, 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}