High FAME Hoher Anteil von Biokomponenten im

High FAME
Hoher Anteil von Biokomponenten im Dieselkraftstoff
Ein Projekt finanziert im Rahmen der 4. Ausschreibung der Programmlinie a3plus des
Forschungs- und Technologieprogramms iv2splus
Die Forderung nach höheren Beimischraten von biogenen Kraftstoffen am internationalen
Markt lassen diese immer mehr in den Fokus der Entwicklung rücken. Derzeit werden die
biogenen Anteile im Dieselkraftstoff hauptsächlich durch Fettsäure-Methyl-Ester (FAME)
abgedeckt. Bei der Verwendung dieser Biokraftstoffe wurden allerdings verschiedene
Probleme beobachtet, die v.a. in der niedrigeren Oxidationsstabilität des FAMEs begründet
liegen.
Durch
eine
fortgeschrittene
Kraftstoffalterung
kann
die
Funktion
eines
Kraftstoffversorgungssystems im PKW – vom Tank bis hin zu den Einspritzdüsen – schwer
beeinträchtigt
werden
oder
im
schlimmsten
Fall
sogar
ein
Versagen
der
Verbrennungskraftmaschine auftreten. Aus diesem Grund wurden am IFA der TU Wien in
dem Projekt „High FAME“ gemeinsam mit dem Partner BMW-Motoren Steyr GmbH
systematisch die Problemfelder auf diesem Gebiet evaluiert.
In einem ersten Schritt wurde ein beheiz- und belüftbares Tanksystem entworfen und
konstruiert, um im Modellversuch die Alterung der Kraftstoffe unter definierten Bedingungen
vornehmen zu können. Hierbei wurde die Abnahme der Oxidationsstabilität anhand von
periodischen Probenentnahmen und chemischen Analysen (Induktionszeit) dokumentiert. Mit
dem System konnten größere Kraftstoffmengen in drastisch verkürzter Zeit vergleichbar
gealtert werden, wobei das Verhalten grundsätzlich gut mit der parallel bei BMW
durchgeführten Alterung in Fahrzeugen bzw. Tanksystemen übereinstimmte. Das entwickelte
Kraftstoff-Alterungssystem
stellt
damit
ein
innovatives
Werkzeug
speziell
für
die
Untersuchung von biogenen Kraftstoffen dar.
Die so gealterten Kraftstoffe wurden anschließend einer eingehenden Untersuchung am
Motorprüfstand unterzogen. Dabei wurden die verschiedenen FAME-Kraftstoffe auf Basis
von
Sojamethylester
(SME)
und
Rapsmethylester
(RME)
in
unterschiedlichen
Alterungsstufen an einem direkt einspritzenden, aufgeladenen modernen Common-RailDieselmotor eingesetzt und ihr Verbrennungs- und Emissionsverhalten anhand von
Parametervariationen untersucht. Es zeigte sich dabei einerseits und wie erwartet, dass ein
steigender FAME-Anteil im Kraftstoff höhere Auswirkungen auf die Kraftstoffalterung besitzt.
Andererseits zeigte sich auch, dass das Ausgangsprodukt für FAME (beispielsweise SME
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oder RME) einen ebenso entscheidenden Einfluss auf die Alterung und damit das
Motorverhalten hat. Daneben sinkt auf Grund des geringeren Heizwerts das Drehmoment an
der Volllast geringfügig. Schließlich konnte festgestellt werden, dass erst ab einer gewissen
Alterung (Induktionszeit des Messwertes) mit Problemen am Motor zu rechnen ist. Geringere
Alterungswerte als diese Grenze wiesen keine merkbaren Unterschiede im Verhalten auf.
Im Rahmen von Dauerläufen über einen Zeitraum von 200 Stunden mit stark gealterten
FAME-Blends wurden die Einflüsse der Polymerisation des gealterten FAME-Kraftstoffes auf
die Versottungs- und Ablagerungsneigung an diversen Motorsystemen aufgezeigt. Dabei
stellten sich vor allem die Kraftstoffinjektoren als besonders gefährdete Komponenten
heraus.
Eine mögliche Gegenstrategie zur Lösung der Herausforderungen, die sich bei der
Verwendung von Kraftstoffen mit höherem FAME-Gehalt ergeben, besteht in der
Additivierung dieser Blends. Durch die Zumischung von Detergentien und Dispergentien
können die Verunreinigungen in Schwebe gehalten werden. bzw. ist durch eine Additivierung
mit Antioxidantien eine Erhöhung der Oxidationsstabilität möglich, um somit einer Alterung
des
FAME-Kraftstoffes
a
priori
entgegenzuwirken.
Dies
ist
Ziel
weiterer
Forschungsaktivitäten. Eine Alternative zu einem erhöhten FAME Anteil (>7%) könnte die
gesetzgeberische Anerkennung von HVO als zusätzliche biogene Kraftstoffkomponente der
2. Generation sein. Die Alterungsthematik würde hier nahezu eliminiert.
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Kontaktdaten:
Univ.-Prof. Dr. techn. Dipl.-Ing. Bernhard Geringer
c/o Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik
der Technischen Universität Wien
Getreidemarkt 9
1060 Wien
www.ifa.tuwien.ac.at
BMW Motoren Steyr GmbH
Hinterbergerstraße 2
4400 Steyr
www.bmw-werk-steyr.at/
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