Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner Hans Plaettner-Hochwarth Symbiose von FH Konstanz und Sportschifffahrt am Bodensee: Zwei Jahre Biodiesel-Projekt und der bisherige Stand der wissenschaftlichen Auswertungen Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner Hans Plaettner-Hochwarth FH Konstanz • Institut für Verbrennungsmotoren (InVo) Brauneggerstraße 55 • 78462 Konstanz Fon: 07531-206-307 • Fax: 07531-206-305 E-Mail: schreiner@fh-konstanz.de • Web: www.klaus-schreiner.de

Grund-sätzliches (Teil 1) Pflanzenöle und Pflanzenölester sollten aus Gründen des Umweltschutzes (CO2-Bilanz, Rußemissionen, Ungiftigkeit) gegenüber fossilem Dieselkraftstoff bevorzugt verwendet werden. Der vorliegende Vortrag beschäftigt sich nur mit der Verwendung von Rapsmethylester (RME, Biodiesel). Pflanzenöle werden nicht behandelt. Grund-sätzliches (Teil 1)

Grund-sätzliches (Teil 2) Die Umrüstung von Dieselmotoren auf den Betrieb mit Biodiesel ist ökologisch sinnvoll und entspricht dem Stand der Technik. Biodiesel ist nicht in beliebiger Menge verfügbar. Deswegen sollte er dort eingesetzt werden, wo seine spezifischen Vorteile optimal genutzt werden können. Wesentliche Vorteile von Biodiesel sind die biologische Abbaubarkeit und die relativ geringen Umrüstkosten. Somit ist Biodiesel der ideale Kraftstoff für Binnengewässer und für Sportboote, die relativ wenige Betriebsstunden im Jahr betrieben werden. Grund-sätzliches (Teil 2)

Im Gegensatz zu Kraftfahrzeugmotoren werden die Dieselmotoren in Sportbooten (insbesondere in Segelbooten) nur relativ wenige Stunden pro Jahr und bei relativ geringer Last betrieben. Deswegen treten spezifische Probleme dieses Betriebes auf, die im Rahmen des Biodiesel-projekts wissenschaftlich untersucht werden sollen: Lastprofil Motorölverdünnung wegen hohem Teillastanteil Lagerung von Biodiesel im Boot Die im Folgenden gezeigten Ergebnisse beziehen sich auf die Saison 2000. Die bisherigen Beobachtungen in der laufenden Saison decken sich weitgehend mit diesen Ergebnissen. Probleme

Biodiesel und Sportschifffahrt in der Euregio Bodensee Das Projekt Ein Projekt des BSVb, der Arge Fun, des IBMV und der FH Konstanz Das Projekt Dauer Drei Jahre (2000 ... 2002) Sponsor Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen (UFOP) Projekt-Team Hans Plaettner-Hochwarth Dr. Hans-Luzius Studer Dieter Haertl Hans-Dieter Möhlhenrich Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

Breiter Einsatz von Biodiesel im Bereich Wassersport unter Berücksichtigung aller erdenklichen Faktoren Pilotprojekt für alle Binnengewässer Aufklärung der Bootsbesitzer und der Bevölkerung Kontakte zu den Motorenherstellern, um deren Unterstützung zu erlangen Wissenschaftlich fundierte Untersuchungen an den Motoren Erkennung von Schwachstellen bei der Anwendung von Biodiesel Beachtung der besonderen Betriebsbedingungen in Segelyachten Projektziele

Projektziele Regelmäßige Motorenölanalysen Versuche mit speziellen Korrosionsschutz-Motorenölen Langzeit-Lager-Versuche von RME Auswertung von Fahrtenbüchern und Teilnehmer-Befragungen Erweiterung der Versuchsflotte Umrüstung der Motoren unterstützen (z.B. bei der Beschaffung von RME-beständigen Schläuchen) Optimierung der Treibstoff-Versorgung am Bodensee Erstellung einer „Gebrauchsanweisung“ für Anwender und Werkstätten Projektziele

Motoren-hersteller (Teil 1) Beta Marine Freigabe (Kubota-Grundmotor mit genereller Freigabe) Farymann Diesel Freigabe (von Anfang an mit dabei) IVECO aifo Keine Probleme (wenn es bei der Bestellung angegeben wird) Lombardini Marine Unterstützung zugesagt (arbeitet mit Fa. Krahwinkel zusammen, übernimmt keine Garantie) MerCruiser Freigabe für Kammermotoren, für DI-Motoren liegen keine Erfahrungen vor (Patenschaften für Motoren unseres Projekts zugesagt) nanni diesel

Motoren-hersteller (Teil 2) Steyr Motorentechnik Freigabe (Es liegt Prüfung nach § 1.4 Abs. 2 der Anlage C zur BSO für RME vor!) Volkswagen AG marine Generelle Freigabe für alle SDI- und TDI-Motoren Volvo Penta Mündliche Zustimmung zu unserem Projekt, Übernahme von Patenschaften zugesagt (eventuelle Freigabe in den nächsten Monaten) Yanmar Keine Freigabe, aber Zusage von Patenschaften durch den Importeur MARX GmbH&Co, Hamburg Achtung: Freigaben gelten nur für Motoren ab einem bestimmten Baujahr! In Einzelfällen muss mit dem Motorenhersteller verhandelt werden. Dies wurde bereits in einigen Fällen mit Erfolg praktiziert.

RME-Tankstellen Kressbronn Erste RME-Seetankstelle im Wassersportzentrum (Beim Hafen-meister, Herrn Grassel, nachfragen) Kanister-Depot beim Hafenmeister des MYCO Wallhausen Kanister-Depot bei der Seetankstellen Rechner Konstanz Kanister-Depot bei Yachtausrüstung und Yachtcharter Dieter Engert, neben der Clubanlage des DSMC RME-Tankstellen bei Fa. Ley (Nähe Flughafen) Friedrichshafen Tankstelle Schindele, fünf Minuten vom Hafen des WYC entfernt Fischbach RME-Tankstelle bei Fa. Welsch (Esso) Fussach Kanister-Depot bei der Seetankstelle Schwenninger Achtung: Unbedingt auf Qualität DIN E 51606 achten!

Details zu den beteiligten Booten Am Biodiesel-Projekt sind zur Zeit 21 Segelboote und 3 Motorboote beteiligt. Bei den Motoren handelt es sich um Dieselmotoren mit folgenden Spezifikationen: Details zu den beteiligten Booten Segelboote Motorboote Leistung 4 kW ... 20 kW 70 kW ... 110 kW Zylinderzahl 1, 2 und 3 4 und 6 Motoren-hersteller Volvo (11) Yanmar (6) BMW-Hatz (2) Farymann (1) Bukh (1) Volvo (1) Mercedes (1) TBM Andoria (1) Brenn-verfahren Direkteinspritzer und Vorkammer

Lastprofil in der Saison 2000 Die Betriebszeiten der Boote wurden mit Fahrtenbüchern dokumentiert. Die Ergebnisse des Jahres 2000 sind: Insgesamt wurden die Motoren 555 Stunden betrieben. Die durchschnittliche Motorlaufzeit pro Einsatztag betrug 1:15 Stunden. Lastprofil in der Saison 2000

Lastprofile der einzelnen Boote in der Saison 2000

Ergebnisse der Befragung der Projekt-teilnehmer (Teil 1) Kaltstartprobleme bei drei von 16 Teilnehmern (Motor nimmt schlecht Gas an oder geht wieder aus): Sail-Drive-Antrieb mit erhöhtem Reibmoment bei kaltem Öl Weißrauch bei zwei Booten beim Kaltstart Ein Boot hat eine RME-typische bläuliche Abgasfarbe Wasser im Kraftstofftank bei einigen Teilnehmern nach der Winterpause Ergebnisse der Befragung der Projekt-teilnehmer (Teil 1)

Ergebnisse der Befragung der Projekt-teilnehmer (Teil 2) Der Kraftstoffverbrauch und die Leistung sind nahezu unverändert. Die Laufruhe ist bei einigen Booten besser. Der störende Dieselgeruch entfällt. Die Schwärzung des Abgases und die Verschmutzung des Bootsrumpfes sind bei einigen Booten deutlich besser geworden. Die Teilnehmer sind mit dem Projekt und der Projektbetreuung im Allgemeinen sehr zufrieden. Ergebnisse der Befragung der Projekt-teilnehmer (Teil 2)

Beim Betrieb mit Biodiesel besteht eine erhöhte Gefahr der Schmierölverdünnung durch Kraftstoff. Darüber hinaus sollen eventuelle Motorprobleme durch Verschmutzung, Verschleiß oder Wasser frühzeitig erkannt werden. Deswegen werden bei allen Motoren regelmäßig (mindestens am Ende jeder Saison) Ölproben gezogen und diese analysiert. Im Labor bei der Fa. Wearcheck werden insgesamt 29 Ölkenngrößen ermittelt. In den folgenden Diagrammen werden nur die fünf Größen dargestellt, die bei einigen Booten auffällig waren. Die Kenngrößen werden zur besseren Übersicht normiert dargestellt. Die Normierungsgrößen sind in der folgenden Tabelle angegeben: Motoröl-analysen

Details zu den Motoröl-analysen Die Normierungswerte sind etwa die Grenzen des Unbedenklichkeitsbereiches. Werte größer als 100% sind deswegen noch nicht kritisch, sondern zunächst nur auffällig und damit interessant. Kenngröße Normierungswert Eisen 150 mg/kg Chrom 25 mg/kg Aluminium 30 mg/kg Staub Kraftstoff 5 %

Normierte Öl-analysen-werte in %

Normierte Öl-analysen-werte in % Gleicher Motor (BMW/Hatz) Fahren schon mehrere Jahre mit RME

Normierte Öl-analysen-werte in % 1996: Motorschaden

Normierte Ölanalyse von Boot 12 aus fünf Saisons im RME-Betrieb

Normierte Öl-analysen-werte in % Staub?

Normierte Öl-analysen-werte in % Alu?

Normierte Öl-analysen-werte in % Kraftstoff

Normierte Öl-analysen-werte in % Kraftstoff

Normierte Öl-analysen-werte in % Boot gesunken

Normierte Ölanalyse von Boot 6 nach Diesel- und RME-Betrieb in %

Details zum Einsatz von Biodiesel in Sport-booten Gegenüber den bei PKW-Motoren bekannten Umrüstmaßnahmen (biodieselbeständige Kraftstoffschläuche und Dichtungen) müssen bei Bootsmotoren weitere Besonderheiten beachtet werden: Biodieselbeständige Tankdeckeldichtung, damit kein Wasser in den Tank gelangen kann. Biodieselbeständiger Tank und Reservetank, mit dem der Kraftstoff an Bord gebracht wird. Biodiesel ist nur begrenzt haltbar. Deswegen müssen Boote, die den Tankinhalt nicht jedes Jahr aufbrauchen, den Restbestand gegebenenfalls anderweitig entsorgen. Details zum Einsatz von Biodiesel in Sport-booten

Bedeutung des Projektes für die FH Konstanz Die Fachhochschule Konstanz ist die einzige Hochschule, die direkt am Bodensee liegt. Deswegen sind alle Aktivitäten, die den Bodensee betreffen, von besonderem Interesse für die FH Konstanz. Das Institut für Verbrennungsmotoren (InVo) sieht seine Aufgabe darin, sich für den umweltgerechten Einsatz von Verbrennungs-motoren auf dem Bodensee einzusetzen. Das Biodieselprojekt ist ein ideales Projekt, um Studierenden aktuelle und ökologisch interessante Fragestellungen auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren als Themen für Studien- und Diplomarbeiten zu geben. Bedeutung des Projektes für die FH Konstanz

Die Teilnehmer am Biodiesel-Projekt sind fast ausnahmslos mit ihrer Entscheidung zur Teilnahme sehr zufrieden. Im Rahmen des Projekts werden eventuelle Schwachstellen des Einsatzes von Biodiesel in Sportbooten (Haltbarkeit von Biodiesel, hygroskopische Eigenschaften) aufgezeigt und Lösungen für deren Beseitigung erarbeitet. Die bisherigen Erfahrungen mit Biodiesel in Sportbooten sind dermaßen positiv, dass sein Einsatz für die meisten Motoren wahrscheinlich empfohlen werden kann. Für die Fachhochschule Konstanz ist die Beteiligung am Biodieselprojekt eine attraktive Möglichkeit, ihre ökologische und technolo-gische Kompetenz in der Region zu demonstrieren. Zusammen-fassung

Literatur-verzeichnis Am Institut für Verbrennungsmotoren wurden bislang folgende Studienarbeiten durchgeführt: Gloxin, Alexander; Henßler, Felix: Biodiesel und Sportschifffahrt in der Euregio Bodensee Studienarbeit FH Konstanz 2000 Joachim, Jürgen: Auswertung der Betriebserfahrungen in der Saison 2000 Studienarbeit FH Konstanz 2001 Die Arbeiten können als pdf-Dateien im Internet downgeloadet werden unter der Adresse: www.klaus-schreiner.de/biodiesel.htm Literatur-verzeichnis