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07.05.2013 | Automobil + Motoren | Nachricht | Onlineartikel

Biodieselqualität durch Absenkung der Siedekurve mittels Metathese verbessern

Autor:
Katrin Pudenz

Mittels Metathese kann die Qualität von Biodiesel erheblich verbessert werden: das wiesen Wissenschaftler in einem von der Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen (Ufop) geförderten Forschungsverbundvorhaben nach. Unter der Leitung des Thünen-Institutes, Braunschweig, wurden zunächst die kraftstoffspezifischen Eigenschaften von Biodiesel verändert, und schließlich erste motortechnische Untersuchungen durchgeführt.

Ziel des am Thünen-Institutes in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie, dem Institut für Verbrennungskraftmaschinen der Technischen Universität Braunschweig, dem Steinbeis-Transferzentrum Biokraftstoffe und Umweltmesstechnik, Coburg, sowie dem Technologietransferzentrum Automotive der Hochschule Coburg durchgeführten Projektvorhabens war die Anpassung des Siedeverhaltens von Biodiesel an fossilen Dieselkraftstoff. Dieses Vorgehen sollte zu einer besseren Verwendbarkeit des Biokraftstoffs in Dieselmotoren führen.

Anpassung der Siedelage

Die Veränderung von Biodieselmolekülen durch Metathese erwies sich als Designinstrument für die Anpassung der Siedelage eines Kraftstoffs als äußerst wirksam, berichtet die Ufop. Laut Studienbericht wurden die Metathesekraftstoffe am Karlsruher Institut für Technologie hergestellt. Die chemische Modifikation von Biodiesel sei mittels katalytischer Reaktion (Olefin-Metathese) erfolgt, um die Siedekurve von Biodiesel zu senken. Erreicht worden sei dies durch Kreuzmetathesereaktionen von Biodiesel mit 1-Hexen (und anderen Olefinen), wodurch es zu einer Verkürzung der Alkyl-Kette der Fettsäure-Methylester kam. Aus Rapsölmethylester (RME), der zu großen Teilen aus Öl-, Linol- und Linolensäure besteht, habe sich durch die Umsetzung an Katalysatoren mithilfe der Metathesereaktion und des Einsatzes von 1-Hexen eine Variation der Kettenlänge, die die Siedelinie des erzeugten Kraftstoffs deutlich beeinflusste, erreichen lassen.

Neben dem Siedeverhalten wurden ebenso die Mischbarkeit mit anderen Kraftstoffen und Motoröl sowie die Materialverträglichkeit mit ausgewählten Polymeren untersucht. Mit Dieselkraftstoff und hydriertem Pflanzenöl (HVO) habe sich der Metathesekraftstoff als vollständig mischbar dargestellt. Lediglich bei Beimischung von gealtertem RME zeigten sich Trübungen, wie berichtet wird. Diese seien jedoch durch den RME begründet.

Kraftstoffeigenschaften und Emissionen

Anschließend untersuchten die Forscher die Kraftstoffeigenschaften sowie die Emissionen aus dem Motorbetrieb mit den neu erzeugten Kraftstoffen. Die motorischen Tests beinhalteten sowohl Analysen des Brennverlaufs der unterschiedlichen Kraftstoffe als auch Untersuchungen von Emissionen. Für die Messungen seien die Metatheseprodukte als 20-Prozent-Blend in Dieselkraftstoff (DK) verwendet worden. Als Vergleichskraftstoff diente ein entsprechender Blend aus RME und DK (B20). Im Rahmen der Emissionsbewertung wurden neben den limitierten Abgaskomponenten NOx, PM, HC und CO auch die nicht limitierten Komponenten Ammoniak, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Carbonyle, Mutagenität und die Partikelgrößenverteilung untersucht.

Bei der Messung der limitierten Emissionen ergaben sich laut Autoren der Studie zwischen den Metathesekraftstoff-Blends und dem B20-Blend kaum sichtbare Unterschiede. Im Vergleich zum DK habe sich für alle Blends eine leicht erhöhte Stickoxidemission gezeigt, während die CO-, HC- und PM-Werte lediglich geringe Abweichungen aufwiesen. Auch die nicht limitierten Abgaskomponenten führten wie berichtet wird nur zu geringen Unterschieden zwischen den Kraftstoffblends, die in den meisten Fällen nicht signifikant waren. Bezüglich der Mutagenität wurde deutlich, dass der Einsatz eines SCR-Katalysators zu so geringen Emissionen von mutagenen Stoffen führte, dass im Ames-Test lediglich mit DK noch leichte mutagene Tendenzen in den Emissionen zu messen waren. Hinsichtlich des Verbrennungsverhaltens fanden sich im Rahmen der Genauigkeit der zur Verfügung stehenden Messtechnik keine gravierenden Unterschiede gegenüber den Vergleichskraftstoffen B20 und DK.

Veränderung der Siedelage möglich

Die dargestellten Ergebnisse zeigen, dass eine Veränderung der Siedelage von handelsüblichen Biokraftstoffen möglich ist, schreiben die Autoren abschließend in ihrem Bericht. Durch diese Anpassung der Kraftstoffe lasse sich der Nachteil der Ölverdünnung von Biodiesel erheblich reduzieren. Prinzipiell sollte es möglich sein, heißt es weiter, dieses Verfahren großtechnisch umzusetzen.

Auswirkungen auf die Abgaszusammensetzung lassen sich, wie die Wissenschaftler ermittelt haben, bei den bisher verwendeten Blends mit 20-protzentigem Metathesekraftstoff nicht erkennen, was jedoch für höhere Beimischmengen durchaus der Fall sein könnte. Werde davon ausgegangen, dass lediglich 50 Prozent des Metathesekraftstoffs im Motoröl verbleiben, so wäre eine Erhöhung des regenerativen Anteils im Kraftstoff denkbar, ohne dass die Ölwechselintervalle verlängert werden müssten. Für detaillierte Aussagen dazu seien jedoch weitere Untersuchungen des Zusammenspiels von Kraftstoff und Motoröl erforderlich.

Einen weiteren Ansatzpunkt biete die Metathesereaktion. Nach der aktuellen Erneuerbare-Energien-Richtlinie müssen Biokraftstoffe ab 2017 eine Treibhausgasminderung von mindestens 50 Prozent erreichen um für den Markt zugelassen zu werden, berichten die Forscher. Biodiesel mit seinem aktuellen Entwicklungsstand erreiche jedoch lediglich eine Reduktion von 38 Prozent (Default-Wert der Richtlinie 2009/28/EG). Daher könne es zukünftig denkbar sein, mit der Metathesereaktion nicht am schon umgeesterten Biodiesel sondern direkt am Rapsöl anzusetzen. Auf diese Weise lasse sich unter Umständen eine Möglichkeit entwickeln das Rapsöl weiterhin für den Kraftstoffmarkt zugänglich zu machen und darüber noch die Vorteile eines individuell einstellbaren Siedeverlaufs des Kraftstoffs zu nutzen.

Zusammenfassend kommt die Forschergruppe zu dem Ergebnis, dass sich im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen keine Anhaltspunkte finden, die einer Eignung der Metathesekraftstoffe für die motorische Verbrennung entgegenstehen. Die Ufop erwarte, dass auch die Biodieselwirtschaft die Ergebnisse des Forschungsverbundvorhabens als Ansatzpunkt für eine weitere Qualitätsentwicklung verfolge.

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