Biodiesel – der Treibstoff der Zukunft? Hanna Jöchlinger, Franz Mlynek, Christoph Walcher, Stefan Konrad, Jennifer Amon Introduction Der Einsatz von Biokraftstoffen spielt zunehmend eine wichtigere Rolle. Einerseits ist das Ziel eine umweltfreundliche Energieversorgung, andererseits möchte man die Abhängigkeit von Erdöl verringern. Die EU hat deshalb im Jahr 2009 im Rahmen der Richtlinie 2009/28/EG festgelegt, dass 10% des Kraftstoffverbraus aus alternativen Energieträgern stammen sollen, die Mischungen von fossilen mit biogenen Treibstoff darstellen. Es können jedoch beim Einsatz dieser Mischungen teilweise erhebliche Probleme beobachtet werden. Oxidative Abbauprodukte können zu einer verstärkten Sedimentbildung in den Mischkraftstoffen führen, bei deren Einsatz veränderte Emissionen und ein höherer Verschleiß von Motorteilen zu erwarten sind. In Folge der Bildung solcher Abbauprodukte kann vor allem ein erhöhter Verschleiß der Treibstoffpumpen und Injektoren durch Korrosion und Ablagerung im Motorbetrieb festgestellt werden. Die Oxidationsstabilität ist deshalb ein wichtiger motortechnischer Parameter zur Beurteilung und Weiterentwicklung von Biokraftstoffen. Die aktuelle Norm für Biodiesel in Europa beinhaltet die Bestimmung der Oxidationsstabilität von Biodiesel nach EN 14112, den sogenannten Rancimattest. Die Probe wird dabei erhitzt und die flüchtigen Verbindungen erhöhen die Leitfähigkeit von destillierten Wasser. Anhand der Veränderung der Leitfähigkeit kann schließlich mittels der Messung der Induktionsperiode auf die Oxidationsstabilität rückgeschlossen werden. Eine weitere Norm für das beschleunigte Verfahren der Messung der Oxidationsstabilität bei kleinen Probemengen ist die EN 16091, welche die Messung mit dem sogenannten PetroOxy darstellt. Bei dieser Messmethode wird die Kraftstoffprobe erhitzt und und mit Sauerstoff beaufschlagt. Aus der Zeit, die für einen Druckabfall von 10% benötigt wird, können mittels der Induktionsperiode Rückschlüssen auf die Oxidationsstabilität gezogen werden. [1] Quelle: [2] Messmethoden der Oxidationsstabilität Ergebnisse der Messungen Abbildung 1 zeigt die Leitfähigkeitskurve einer 100% tierischen Kraftstoffprobe mit einer Induktionszeit von 6,55 h. Die Messung erfolgte mittels Rancimat. Der zunächst flache Anstieg der Kurve kann auf Antioxidantien zurückgeführt werden (z.B.: Vitamin E). Sind diese umgesetzt erfolgt ein starker Anstieg. Die Induktionszeit ergibt sich aus dem Punkt der höchsten Steigung. Es konnte, sowohl bei der Messung mittels Rancimat, als auch bei der Messung mittels PetroOxy, festgestellt werden, dass die Induktionsperioden bei tierischem Kraftstoff höher sind als jene des pflanzlichen Kraftstoffes. Folgedessen weisen tierische Kraftstoffe eine höhere Oxidationsstabilität als pflanzliche Kraftstoffe auf, was auf weniger ungesättigte Fettsäuren der Verbindungen tierischen Kraftstoffes zurückgeführt werden kann. Weiters bestätigen die Messergebnisse beider Methoden, dass Mischkraftstoffe (Gemisch aus Mineralöl- und Biokraftstoff) eine höhere Oxidationsstabilität aufweisen als reine Biokraftstoffe. Mit Hilfe des GC-MS wurden die Proben weiters auf ihre Bestandteile untersucht. Durch Vergleich der Chromatogramme konnte aufgezeigt werden, dass Mischkraftstoffe einen höheren Anteil von gesättigten Fettsäuren aufweisen als rein pflanzliche Kraftstoffe. Die gesättigten Fettsäuren sind Grund für eine höhere Oxidationsstabilität, wodurch die Ergebnisse der Messungen der Induktionsperioden bestätigt werden konnten. Abbildung 1: Leitfähigkeitskurve einer 100% tierischen Kraftstoffprobe Abbildung 2 zeigt die Druck und Temperaturkurve einer zu 30% tierischen Kraftstoffprobe mit einer Induktionszeit von 27,23 min. Die Messung erfolgte mittels PetroOxy. Die Induktionszeit ergibt sich aus der Zeit bei 10% Druckabfall. Nebendem konnten die Chromatogramme zeigen, dass rein pflanzlicher Kraftstoff nur geradkettige, und rein tierischer Kraftstoff zusätzlich auch ungeradkettige Kohlenwasserstoffketten besitzt. Abbildung 2: Druck und Temperaturkurve einer 30% tierischen Kraftstoffprobe Abbildung 3: Vergleich zwischen tierischem und pflanzlichem Kraftstoff (GC-MS) Biodiesel und Probleme Biodiesel als Treibstoff der Zukunft? Biodiesel stellt eine Alternative zu mineralischem Treibstoff dar und wird bereits zu mineralischem Treibstoff beigemischt. Da Biodiesel jedoch andere Eigenschaften als mineralischer aufweist kann es bei höheren Anteilen zu motortechnischen Problemen kommen. Die Oxidationsstabilität ist ein von mehreren Parametern, die die Qualität des Biodiesel beschreibt. Die Induktionsperiode dient als Maß für die Oxidationsstabilität und ist mit einem Normgrenzwert festgelegt. Diese stellt einen Kompromiss zwischen Biokraftstoffproduzenten und Motorenhersteller dar und muss einerseits technisch produzierbar sein, andererseits aber auch den technischen Anforderungen von Motoren und Einspritzpumpen gerecht werden. Die Komptabilität zwischen Biodiesel und Motoren ist deshalb nicht unproblematisch. Geringe Beimischungen von Biodiesel in mineralischem Diesel sind meist problemlos möglich. Erhöht sich der Anteil des biogenen Kraftstoff jedoch, so tritt meist ein erhöhter Verschleiß der Treibstoffpumpen und Injektoren durch Korrosion und Ablagerung im Motorbetrieb auf. Es ist folgedessen eine Anpassung des Motors notwendig. Zu motortechnischen Problemen kommen auch diverse ökologische und ethische. Die Herstellung von Biodiesel geht mit einem gewissen Ressourcen- und Flächenbedarf einher, der unter Umständen negative Auswirkungen auf die Umwelt haben kann. Nebendem hat der Anbau von Pflanzen für die Herstellung von Biodiesel einen deutlichen Einfluss auf den Lebensmittelpreis. Es stellt sich deshalb die Frage, ob eine vermehrte Produktion von Biodiesel ethisch vertretbar sei. Zum Thema Biodiesel ist noch viel Forschungsbedarf vorhanden um das Zusammenspiel zwischen Motor und Treibstoff zu optimieren. Des weiteren muss geklärt werden, ob sich ein verstärkter Pflanzenanbau für die Biodieselproduktion mit der rasant steigenden Weltbevölkerung und diversen Umweltaspekten vereinbaren lässt. Quelle: [3] Quellen: [1] Munack A., Petchatnikov M., Schmidt L., Krahl J. (2008): Spektroskopische Untersuchungen zur Ergründung der Wechselwirkungen zwischen Biodiesel und Dieselkraftstoff bei Blends, Braunschweig und Coburg 2009; [2] Astgasse (2013): http://www.astgasse.net/cms/images/stories/1213/rio92/Biodiesel.pdf, [3] Blogosfere (2013): http://ecoalfabeta.blogosfere.it/2012/09/biofuel-buone-notizie-verso-un-tetto-europeo-del-5.html