BIOSTAB: Stabilität von Biodiesel QLRT-2000-00533

Labormethoden zur Bestimmung der Stabilität: Die Aussagekraft der Methode zur Bestimmung der Oxidationsstabilität ('Rancimat-Test', ist bereits in der europäischen Biodieselnorm EN 14112 enthalten) wurde überprüft. Die Methode korreliert sehr gut mit dem Verlauf von anderen Qualitätsparametern während der Alterung. Für die Bestimmung der thermischen Stabilität und der Lagerungsstabilität konnte jeweils eine Methode vorgeschlagen werden, die ebenfalls mit dem Rancimat durchgeführt werden kann. Die Methode zur Bestimmung der thermischen Stabilität beruht auf einer Alterung bei 200 °C während 6 Stunden und einer nachfolgenden Auswertung des Polymergehalts mit HPLC. Biodiesel weist von Natur aus eine hohe Stabilität gegen reine Temperaturbelastung auf. Die Lagerungsstabilität kann durch Alterung einer Probe während 24 h bei 80 °C bestimmt werden. Ausgewertet werden dabei die Peroxidzahl, der Estergehalt und der Polymergehalt. Lagerung von Biodiesel: Ein einjähriger Lagerungsversuch mit 11 Biodieselproben (Fässer zu jeweils 200 l) aus unterschiedlichen Rohstoffen (Rapsöl, Sonnenblumenöl, Altspeiseöl und Rindertalg, mit und ohne Additive) zeigte keine nennenswerte Verschlechterung der Qualität im Versuchszeitraum. Die meisten Änderungen wurden bei der Oxidationsstabilität und der Peroxidzahl – abhängig von der Ausgangsqualität und den Lagerungsbedingungen – beobachtet. Eine geeignete Additivierung ist die Voraussetzung, dass die Normanforderungen auch nach einem Jahr sicher erfüllt werden. Eine übermäßige Additivierung macht jedoch wenig Sinn und erhöht die Gefahr von unerwünschten Nebeneffekten. Darüber hinaus sind ordnungsgemäße Lagerungs­bedingungen und eine sorgsame Handhabung absolut notwendige Voraussetzungen zur Vermeidung von Qualitätseinbußen während der Lagerung. Antioxidantien: Der Grenzwert der Oxidationsstabilität konnte durch Verwendung entsprechender Antioxidantien bei allen Biodieseltypen erreicht werden. Die synthetischen Antioxidantien sind deutlich wirksamer als die natürlichen. Die Wirkung und die notwendige Dosierung der Additive ist stark vom verwendeten Rohstoff und von der Technologie zur Biodieselherstellung abhängig. Ein signifikant negativer Einfluss der Antioxidantien auf Kraftstoff-Qualitätsparameter konnte nicht beobachtet werden. Es wird allerdings empfohlen, die Additivmenge so gering als möglich zu halten. Auswirkungen der Antioxidantien auf den Motorbetrieb wurden allerdings nicht untersucht. Bei den natürlichen Antioxidantien wurden insbesondere Alpha-, Gamma- und Delta-Tocopherol untersucht. Gamma-Tocopherol erzielt dabei die höchste Wirksamkeit. Prüfstandsuntersuchungen und Flottenversuche mit Biodiesel als Motorkraftstoff: Prüfstandstest: Es wurden 3 verschiedene Einspritzsysteme (LKW-Common rail, PKW-Common rail, PKW-Direkteinspritzer) mit 3 verschiedenen Biodieselqualitäten (extrem niedrige Stabilität, mittlere Stabilität und hohe Stabilität durch Additivierung) in Prüfstandsdauerläufen untersucht. Die Funktionstüchtigkeit war nach allen Tests gegeben. Verschleiß und Ablagerungen wurden entsprechend der Laufzeit für normal befunden. Verstärkte Ablagerungen konnten insbesondere an Bauteilen gefunden werden, die aus Versuchen mit extremen Bedingungen stammten. Bei zwei Motordauerläufen wurden keine stabilitätsbedingten Auswirkungen beobachtet. Es wurde ein Flottenversuch mit 4 PKWs durchgeführt, bei dem Biodiesel mit einer extrem niedrigen Stabilität verwendet wurde. Eine Untersuchung der Einspritzsysteme (2 Pumpe-Düse, 2 Verteilereinspritzpumpen) am Versuchsende bestätigte die Funktionstüchtigkeit aller Systeme. Die Analyse ergab jedoch leichte Oxidationsspuren auf Teilen der Pumpe-Düse-Injektoren und Kraftstoffablagerungen auf Teilen einer Verteilereinspritzpumpe. Obwohl die Verwendung von Biodiesel mit einer geringen Stabilität zu keinen nennenswerten Problemen im Versuch führte, wird die Einhaltung der Stabilitäts-Grenzwerte dringend empfohlen. Im praktischen Betrieb können auch extreme Betriebsbedingungen (lange Standzeiten, hohe Tanktemperaturen) auftreten, die im Versuch nicht ausreichend abgedeckt wurden. Ein weiterer Flottenversuch wurde mit Fahrzeugen durchgeführt, die mit einer Mischung von Dieselkraftstoff + 5 % Biodiesel (niedrige Stabilität) betrieben wurden. Dabei konnten keine negativen Effekte auf Verschleiß, Ablagerungen, Motoröl, Kraftstofflagerung, Kraftstoff­bereitstellung oder mikrobiologische Kontamination festgestellt werden. Die Stabilität der Kraftstoffmischung stellt möglicherweise einen kritischen Punkt dar. Eine Reinigung der gesamten Lagerungs-Infrastruktur (Behälter, Schläuche) ist in jedem Fall notwendig. Prüfstandsuntersuchungen und Feldtests mit Biodiesel als Heizöl: Fünf Heizungssysteme mit unterschiedlicher Brennertechnologie wurden am Prüfstand (Kurzzeit- und Dauerläufe) untersucht. Dabei wurde Biodiesel in verschiedenen Qualitäten und Mischungs­verhältnissen (5 %, 20 %) verwendet. Im Vergleich zu reinem Heizöl wurden bei den Start-up-Tests tendenziell höhere HC- und CO-Emissionen festgestellt. Die Ergebnisse sind jedoch stark von der Brennertechnologie abhängig. Bei Langzeit-Dauerläufen am Prüfstand zeigten sich lediglich Probleme mit einem Ölzähler bei den Kraftstoffen mit einer sehr niedrigen Stabilität. Weiters wurden insgesamt 8 Heizungs­systeme während 2 Heizperioden mit verschiedenen Heizöl-Biodiesel-Mischungen im Praxiseinsatz betrieben. Der Versuch verlief störungsfrei. Aus dem Versuch ergaben sich jedoch einige Fragestellungen, die einer weiteren Klärung bedürfen: Mikrobiologische Kontamination, Lagerungsstabilität von Mischungen, Schaumbildung, Materialverträglichkeit. Mit der Vorlage des Endberichtes bei der Europäischen Kommission wurde dieses internationale Forschungsprojekt im Rahmen des 5. Rahmenprogrammes der EU im Oktober 2003 abgeschlossen. Die Ergebnisse wurden am 3. Juli 2003 bei einem internationalen Workshop in Graz präsentiert, bei dem 100 Experten aus insgesamt 16 Ländern begrüßt werden konnten. Der Tagungsband beinhaltet die wesentlichen Ergebnisse des Projekts und ist in gebundener Form an der Bundesanstalt für Landtechnik erhältlich. Der Tagungsband sowie weitere Informationen können auch von der Webseite des Projekts (http://www.biostab.info) bezogen werden.