Gelingt die CO2-neutrale Mobilität mit alternativen Kraftstoffen?

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Der Kraftstoff aus dem automobile Träume sind, wächst auf dem Acker. Biokraftstoffe bieten deutliche Vorteile bei den Ruß-, NOx- und CO2-Emissionen. Allerdings nur wenn die Motoren angepasst werden, und der alternative Kraftstoff nach allen Regeln der Nachhaltigkeit gewonnen wird. Und dann ist da noch die Sache mit dem Motoröl.

Warum Diesel, wenn es auch mit Zuckerrohr funktioniert? Alternative Kraftstoffe stehen derzeit hoch im Kurs. Sie versprechen zum einen die Unabhängigkeit von den Schwankungen der Rohstoffpreise an den Weltmärkten. Zum anderen erhoffen sich Wissenschaftler eine günstigere CO2-Bilanz entlang der gesamten Wertschöpfungskette (von der Quelle bis zum Rad). "Die Möglichkeiten für alternative Kraftstoffe sind vielfältig und reichen von Ethanol aus Zuckerrohr über genveränderte Algen bis zu synthetischen Kraftstoffen, bei denen CO2 im Kreislauf geführt wird", schreibt die MTZ in ihrer aktuellen Ausgabe im Vorwort zur Titelstrecke "Alternative Kraftstoffe - Vom Labor in den Tank"

Vor diesem Hintergrund laufen die Anstrengungen, Kraftstoffe aus nachhaltigen Quellen zu gewinnen, auf Hochtouren. Vor allem Kraftstoffe, "die eine sehr gute CO2-Bilanz haben, sind eines der Schlüsselthemen künftiger Mobilität", sagt Dr. Ulrich Eichhorn vom Verband der Automobileindustrie (VDA) im Interview mit Springer-Autor und stellvertretender Chefredakteur der MTZ Richard Backhaus. Eichhorns Grundgedanke hinter den Bemühungen: "Wenn man kein CO2 für die Erzeugung eines Kraftstoffs einsetzen muss oder CO2 sogar auffängt und wiederverwendet, ist das Auto unterm Strich CO2-neutral".

Umweltverträglich Diesel verdünnen

Noch aber steht etwas anderes im Vordergrund: Experten glauben, dass der Bedarf an Dieselkraftstoff in Europa künftig stärker steigen wird als die Produktion. Schon heute wird in Europa mehr Dieselkraftstoff als Ottokraftstoff verbraucht. Sie sehen vor diesem Hintergrund das Zumischen von Biokraftstoffen als eine Lösung für dieses Problem. Ganz oben auf der Liste möglicher Zusätze steht dabei Ethanol. Entweder aus Mais gewonnen, so wie es die US-Amerikaner machen, oder aus Zuckerrohr. Die hält Eichhorn im Übrigen für besser geeignet. "Hinsichtlich der Gesamtausbeute und des CO2-Vermeidungspotenzials ist der brasilianische Weg, Ethanol aus Zuckerrohr zu gewinnen, sinnvoller", so Eichhorn. Die Produktion steht damit nicht in Lebensmittelkonkurrenz und ist hinsichtlich der Flächenerträge hervorragend. Für den VDA-Geschäftsführer ist dies ein bedeutendes Argument.

Doch wie wirkt sich der höhere Anteil auf den Motor aus? Immerhin zeigen Versuche des Entwicklungsdienstleisters IAV, dass deutliche Vorteile bei den Ruß-, NOx- und CO2-Emissionen erzielt werden können, wenn Ethanol (13 Prozent) in Verbindung mit RME (7 Prozent) einem Dieselkraftstoff (80 Prozent) zugemischt werden. Dies haben nach umfangreichen Versuchen die MTZ-Autoren Matthias Diezemann, Heike Puschmann, Sven Müller und Maximilian Brauer herausgefunden und in ihrem Beitrag "Diesel-Rme-Ethanol-Kraftstoff für Dieselmotoren" aus der MTZ 4-1014 die Ergebnisse im Detail beschrieben.

Umweltverträglich, aber auch motorverträglich?

Im Beitrag sind darüber hinaus auch die Auswirkungen bezüglich der Materialverträglichkeit und Einfluss auf das Kraftstoffsystems untersucht worden. Dabei kommen die Autoren zum einem deutlichen Ergebnis: "Eine Nutzung ethanolhaltiger Kraftstoffe in dieselmotorischen Bestandsfahrzeugen ist nicht möglich". Sie verweisen dabei auf die bekannten notwendigen Anpassungen der kraftstoffführenden Bauteile aus ottomotorischen Anwendungen hin. Und die führen natürlich zu einer steigenden Komplexität des Kraftstoffsystems von Dieselfahrzeugen.

Zwar werden bereits heute in Fahrzeugen mit Dieselmotor teilweise alkoholbeständige kraftstoffführende Komponenten eingesetzt. Doch neben diesen Materialumstellungen sind weitere Anpassungen notwendig:

• Maßnahmen zur elektrischen Ladungsabführung und Erdung
• Anpassung der Förder- und Filtermodule bezüglich Spaltmaße, -Schmierung und Filtergüten
• Integration von Aktivkohlefilter und Spülleitung beziehungsweise Kraftstoffrücklaufleitung in das Fahrzeugkraftstoffsystem
• Integration eines Tankentlüftungssystems und Anpassung des Tankverschlusssystems durch den Einfluss der Ethanolgasphase
• Integration erforderlicher, neuer Komponenten in die OBD-Architektur.

Wieder längere Ölwechselintervalle

Und noch eine Frage stellt sich den Motorenentwicklern. Was geschieht mit der Schmiereigenschaft, wenn Biodiesel ins Motoröl eingetragen wird? Ohnehin werden die Schmieröle in Verbrennungsmotoren immer höheren Belastungen durch steigende Biokraftstoffanteile und thermische Beanspruchungen ausgesetzt. Die Folgen bringen die Springer-Autoren Jessica Walkowiak, Ulrike Schümann und Horst Harndorf in ihrem Beitrag "Biodieselkompatibilität von Motorenschmierölen" aus der MTZ 4-2014 auf den Punkt. "Es ist daher von großem wirtschaftlichen und -umweltpolitischen Interesse, die Ölwechselintervalle, die durch den Einsatz biogener Kraftstoffe deutlich verkürzt worden sind, mittels moderner, auf ihre Biokraftstoffkompatibilität -getesteter Schmieröle wieder zu verlängern", schreiben sie.

Zwar existieren für Untersuchungen von Schmierölen hinsichtlich ihrer Kraftstoff/-Biokraftstoffverträglichkeit bereits einige Tests, in denen meist Dieselblends, zum Beispiel B7 oder B10 während der Alterung zugesetzt werden. "Diese Tests sind in der Handhabung recht kompliziert und aufwendig". Doch laut den Autoren ist die Durchführung von Laboralterungstests ein essenzieller Bestandteil zur Qualitätsbeurteilung von Motorenschmierölen, da sie wesentlich schneller und kostengünstiger als entsprechende Motorentests sind. Darüber hinaus können Labortests aber nicht die sehr komplexen Einflüsse und Wechselwirkungen auf das Schmieröl widerspiegeln, denen es im realen Betrieb unterliegt.

Für das Überprüfen der Verträglichkeit der Schmieröle gegenüber Biokraftstoffkomponenten haben sie nun einen Alterungstest auf Basis des Biodiesel Rancimat 873 entwickelt. In diesem Versuchsmodus können die Schmieröle über eine Versuchsdauer von 250 h gealtert und anschließend in Bezug auf ihre thermische und oxidative Stabilität in Gegenwart von Biodiesel verglichen werden. Der beschriebene Test kann dabei durch die Vorauswahl biokraftstoffkompatibler Schmieröle im Labortest einen erheblichen Beitrag zur zielgerichteten Formulierung moderner Motorenschmieröle leisten.