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Jürgen Krahl, Axel Munack, Olaf Schröder, Jürgen Bünger Emissionen von Biodiesel und neuen Dieselkraftstoffen Emissions from biodiesel and new diesel fuels Zusammenfassung Es wurden verschiedene fossile und biogene Kraftstoffe hinsichtlich ihrer Emissionen unter- sucht. Dabei handelte es sich um vier Biodieselqualitäten, die durch unterschiedliche Anteile von Palm-, Raps- und Sojaölmethylester gewonnen wurden, einen Gas-to-Liquid-Kraftstoff (GTL), die neu eingeführten Kraftstoffe V-Power Diesel von Shell und Ultimate Diesel aus dem Hause Aral sowie zum Vergleich konventioneller Referenz-Dieselkraftstoff (DK). Die Partikelmasse- und Stickoxidemissionen lagen bei der Verwendung von Dieselkraftstoff und GTL unterhalb der Grenzwerte. Der GTL-Kraftstoff bewirkte eine Absenkung dieser Emissionen im Vergleich zu DK. V-Power Diesel und Ultimate Diesel hatten keine Auswir- kung auf die Stickoxidemissionen, senkten jedoch die Partikelemissionen leicht ab. Die Ver- wendung von Biodiesel senkte ebenfalls die Partikelmasseemissionen deutlich, führte jedoch zu einer Erhöhung der Stickoxidemissionen, so dass bei drei der vier Qualitäten der Abgas- grenzwert überschritten wurde, wohingegen er mit einer Charge eingehalten werden konnte. Bei den Partikelmasse- und Stickoxidemissionen unterschieden sich die Biodieselqualitäten untereinander beträchtlich. Die partikulären Emissionen von RME, V-Power Diesel und Ultimate Diesel wurden im Ver- gleich zum DK auf ihre Mutagenität untersucht. Alle drei Kraftstoffe wirkten etwa 40 - 60% weniger mutagen als DK. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Kraftstoffformulierung einen erheblichen Ein- fluss auf die Emissionen hat. Dieses Ergebnis ist insbesondere für Biodiesel von großer Bedeutung, weil das Ergebnis der Testreihe deutliche Hinweise darauf gibt, dass das Poten- zial der Kraftstoffoptimierung bei Biodiesel mit Blick auf die NO x -Emissionen noch nicht er- schöpft ist.

Emissionen von Biodiesel und neuen Dieselkraftstoffen · Jürgen Krahl, Axel Munack, Olaf Schröder, Jürgen Bünger Emissionen von Biodiesel und neuen Dieselkraftstoffen Emissions

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Jürgen Krahl, Axel Munack, Olaf Schröder, Jürgen Bünger

Emissionen von Biodiesel und neuen Dieselkraftstoffen

Emissions from biodiesel and new diesel fuels

Zusammenfassung Es wurden verschiedene fossile und biogene Kraftstoffe hinsichtlich ihrer Emissionen unter-

sucht. Dabei handelte es sich um vier Biodieselqualitäten, die durch unterschiedliche Anteile

von Palm-, Raps- und Sojaölmethylester gewonnen wurden, einen Gas-to-Liquid-Kraftstoff

(GTL), die neu eingeführten Kraftstoffe V-Power Diesel von Shell und Ultimate Diesel aus

dem Hause Aral sowie zum Vergleich konventioneller Referenz-Dieselkraftstoff (DK).

Die Partikelmasse- und Stickoxidemissionen lagen bei der Verwendung von Dieselkraftstoff

und GTL unterhalb der Grenzwerte. Der GTL-Kraftstoff bewirkte eine Absenkung dieser

Emissionen im Vergleich zu DK. V-Power Diesel und Ultimate Diesel hatten keine Auswir-

kung auf die Stickoxidemissionen, senkten jedoch die Partikelemissionen leicht ab. Die Ver-

wendung von Biodiesel senkte ebenfalls die Partikelmasseemissionen deutlich, führte jedoch

zu einer Erhöhung der Stickoxidemissionen, so dass bei drei der vier Qualitäten der Abgas-

grenzwert überschritten wurde, wohingegen er mit einer Charge eingehalten werden konnte.

Bei den Partikelmasse- und Stickoxidemissionen unterschieden sich die Biodieselqualitäten

untereinander beträchtlich.

Die partikulären Emissionen von RME, V-Power Diesel und Ultimate Diesel wurden im Ver-

gleich zum DK auf ihre Mutagenität untersucht. Alle drei Kraftstoffe wirkten etwa 40 - 60%

weniger mutagen als DK.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Kraftstoffformulierung einen erheblichen Ein-

fluss auf die Emissionen hat. Dieses Ergebnis ist insbesondere für Biodiesel von großer

Bedeutung, weil das Ergebnis der Testreihe deutliche Hinweise darauf gibt, dass das Poten-

zial der Kraftstoffoptimierung bei Biodiesel mit Blick auf die NOx-Emissionen noch nicht er-

schöpft ist.

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Einleitung und Zielsetzung Der Absatz von Biodiesel (Fettsäuremethylester, FAME - in Deutschland meist Rapsölme-

thylester, RME) hat sich in den letzten Jahren schrittweise bis auf geschätzte 2.400.000 t im

Jahre 2006 [1] erhöht. Biodiesel wird flächendeckend in Deutschland an rund 1900 Tankstel-

len angeboten. Als Auslöser für diese Entwicklung gilt die Richtlinie 2003/30/EG des Europä-

ischen Parlaments zur Förderung der Verwendung von Biokraftstoffen [2]. Ziel dieser Richtli-

nie ist die Erhöhung des Anteils von Biokraftstoffen im Verkehrssektor, beginnend bei 2 % im

Jahre 2005 bis hin zu 5,75 % im Jahre 2010. Mit Blick auf die Endlichkeit der fossilen Res-

sourcen wird dadurch die Entwicklung der nachhaltigen Mobilität gefördert. Bei der verstärk-

ten Nutzung nachwachsender Rohstoffe sind außerdem positive ökologische Aspekte – wie

zum Beispiel die Emissionsreduktion klimarelevanter Gase – aber auch die verantwortliche

Pflege einer ländlichen Kulturlandschaft sowie der Erhalt landwirtschaftlicher Strukturen von

großer Bedeutung.

Prinzipbedingt entstehen bei der motorischen Nutzung biogener Kraftstoffe in Verbrennungs-

kraftmaschinen auch Produkte der unvollständigen Verbrennung sowie Stickoxide (NOx).

Letztere führen bei Biodiesel durchschnittlich zu höheren Werten als bei fossilem Diesel-

kraftstoff [3].

Um den NOx-Nachteil von Biodiesel zu kompensieren, wurde unlängst ein Biodieselsensor

entwickelt, der im Kraftstoffsystem das jeweils vorliegende Gemisch aus Biodiesel und Die-

selkraftstoff (DK) erkennt und dem Motorsteuergerät eine entsprechende Information gibt [4,

5]. Somit ist es prinzipiell möglich, durch Variation der Einspritzung die Stickoxide bei Biodie-

selbetrieb auf dem Niveau von DK zu halten [6].

Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen war es, darüber hinaus auch kraftstoffseitige

Emissionsminderungspotenziale durch Modifizierung des Kraftstoffs aufzuzeigen. Dabei

standen – wie schon bei der Entwicklung des Biodieselsensors – die Stickoxide im Mittel-

punkt des Interesses.

Für die Versuchsreihen wurden Kraftstoffmischungen aus Palmölmethylester (PME), Soja-

methylester (SME) und RME, sowie reiner RME gemäß DIN EN 14214 und Referenzdiesel-

kraftstoff gemäß DIN EN 590 verwendet. Bei allen Mischungen wurde darauf geachtet, dass

die erhaltenen FAME-Lose weitestgehend der Biodieselnorm DIN EN 14214 entsprachen.

Des Weiteren wurden ein neuartiger Gas-to-Liquid-Kraftstoff (GTL) – als Prototyp für zukünf-

tige Biomassekraftstoffe (BTL) – und die neuen Kraftstoffe von Shell und Aral (V-Power Die-

sel und Ultimate Diesel) in die Untersuchungen einbezogen.

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Versuchstand und Kraftstoffe

Als Versuchsmotor diente ein Mercedes-Benz OM 906 Motor. Der Sechszylindermotor hat

eine Leistung von 205 kW und ist nach Euro III zertifiziert. Weitere Motordaten sind in Tabel-

le 1 aufgeführt.

Tabelle 1: Kenndaten des Versuchsmotors Table 1: Characteristics of the test engine

Zylinderhub 130 mm

Zylinderbohrung 102 mm

Zylinderanzahl 6

Hubvolumen 6370 cm3

Nenndrehzahl 2300 min-1

Nennleistung 205 kW

Max. Drehmoment 1100 Nm / 1300 min-1

Abgasnorm Euro 3

1002

1

6

5

7

8

4

3

9

10

12

13

11

80

60

40

40

Drehzahl/Nenndrehzahl [%]Engine speed [%]

Teill

astv

erhä

ltnis

[%]

Load

[%]

60 80 100

20

015%

8%

5%

5%

5%

8%

5%

5%

5%

9%

10%

10%

10%

additional modes determined by certification personnel

zusätzlich freiwählbare Prüfpunkte

Bild 1: Lastpunkte im 13-Phasen-Test (ESC) Figure 1: Modes of the 13-mode test (ESC)

Eine Wirbelstrombremse nahm die Leistung des Motors ab. Dabei wurden die 13 Phasen

des ESC-Tests durchfahren. Die Messung der gasförmigen Abgaskomponenten erfolgte aus

dem Rohabgas und die Partikelprobenahme nach einer Teilstromverdünnung jeweils in der

letzten Minute jeder Phase. Dabei wurde zur Partikelmassebestimmung ein Teilstrom des

zuvor verdünnten Abgases über ein teflonbeschichtetes Glasfaserfilter (T60A20 der Firma

Pall) geleitet. Die Probenahmezeit blieb dabei konstant, während der Volumenstrom den

Wichtungs- und Verdünnungsverhältnissen der einzelnen Phasen angepasst wurde. Für

jeden Kraftstoff fand mindestens eine Dreifachbestimmung der Emissionswerte statt.

Unterschiedliche Biodieselqualitäten wurden aus Raps-, Soja- und Palmölmethylester herge-

stellt. In reiner Form erfüllte nur RME die DIN EN 14214. Sojaölmethylester (mit tendenziell

höherer Iodzahl als RME) und Palmölmethylester (mit tendenziell kürzerer Kettenlänge als

RME) wurden soweit mit Rapsölmethylester gemischt, dass die daraus resultierenden Bio-

dieselmischungen noch innerhalb der Norm lagen (Ausnahme: Oxidationsstabilität bei FAME

1 und 4). Die verwendeten FAME-Qualitäten sind in Tabelle 2 spezifiziert. Sie unterschieden

sich hauptsächlich in der Iodzahl und der Kältestabilität. Die Kennwerte des Referenz-DK

und des GTL-Kraftstoffs sind in Tabelle 3 gezeigt. Bei GTL ist der hohe CFPP-Wert auffällig,

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der ähnlich wie der Dichtewert den akademischen Ansatz der Einbeziehung dieses Kraft-

stoffs in die Untersuchungen unterstreicht.

Die für die Mutagenitätsuntersuchungen verwendeten Kraftstoffe wurden nicht vollständig

analysiert. DK und RME entstammen aus anderen Chargen als bei den Vergleichsuntersu-

chungen mit FAME 1 bis 4. Dennoch wurden sie gemäß der gültigen Normen bezogen. V-

Power Diesel und Ultimate Diesel hatten Tankstellenqualität. Die Analysedaten sind in Tabel-

le 3 gezeigt.

Ergebnisse

Der Vergleich von Biodiesel mit Dieselkraftstoff bestätigt die bekannten Tendenzen. Die

Kohlenmonoxid-, die Kohlenwasserstoff- und Partikelmasseemissionen verringern sich bei

der Verwendung von Biodiesel; die Stickoxidemissionen steigen an. Im Einzelnen verhielten

sich die Emissionen wie folgt:

Die Kohlenmonoxidemissionen (CO) lagen für alle Kraftstoffe weit unter dem Grenzwert von

2,1 g/kWh für Euro-3-Motoren. Es wurde deutlich, dass alle FAME-Qualitäten die Kohlenmo-

noxidemissionen gegenüber Dieselkraftstoff um ca. 40 % absenken. GTL, Ultimate Diesel

und V-Power Diesel führten dagegen zu einer Erhöhung der Emissionen sogar über das

Niveau von DK hinaus (Bild 2).

Die vier FAME-Qualitäten unterschieden sich untereinander nur unwesentlich. Für FAME 1

und 3 waren geringfügige Minderungen gegenüber FAME 2 und 4 zu erkennen, die es je-

doch nicht erlauben, auf Vorteile für diese zu schließen.

Auch bei den in Bild 3 gezeigten Kohlenwasserstoffemissionen (HC) weisen die FAME-

Qualitäten etwa 30% geringere Emissionen auf als DK. Dabei unterscheiden sie sich unter-

einander kaum. Leichte Vorteile kommen bei FAME 1 und 3 zum Ausdruck. GTL und Ultima-

te Diesel liegen ca. 20 %, V-Power Diesel ca. 10 % unter den Emissionswerten von Diesel-

kraftstoff, aber über den pflanzenölstämmigen Kraftstoffen. Insgesamt lagen alle Kraftstoffe –

analog zu den Kohlenmonoxidemissionen – deutlich unter dem Euro-3-Grenzwert von 0,66

g/kWh.

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Tabelle 2: Eigenschaften der Biodieselkraftstoffe mit Grenzwerten nach DIN EN 14214 Table 2: Characteristics of the biodiesel fuels and limits according to DIN EN 14214

Resultat Einheit Grenzwerte Eigenschaft

FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 Min. Max.

Rapsölmethylester 75 100 45 60 Vol.-%

Sojaölmethylester 25 0 0 12,5 Vol.-%

Palmölmethylester 0 0 55 27,5 Vol.-%

Dichte (15 °C) 0,8836 0,8832 0,8789 0,8818 g/mL 0,86 0,900

Kin. Viskosität (40 °C) 4,345 4,333 4,516 4,459 mm²/s 3,5 5,0

Flammpunkt > 171 > 171 > 171 > 171 °C 120

CFPP -10 -15 -2 -6 °C 0/-20

Wassergehalt 283 170 214 381 mg/kg 500

Gesamtverschmutzung 4 2 3 1 mg/kg 24

Oxidationsstabilität 4,73 8,37 8,00 1,35 h 6

Neutralisationszahl 0,132 0,132 0,480 0,28 mg KOH/g 0,5

Monoglyceride 0,46 0,61 0,25 0,34 Gew. % 0,8

Diglyceride 0,07 0,09 0,04 0,07 Gew. % 0,2

Triglyceride < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,005 Gew. % 0,2

Freies Glycerin < 0,005 < 0,005 < 0,005 < 0,01 Gew. % 0,02

Gesamtglyceringehalt 0,13 0,17 0,07 0,11 Gew. % 0,25

Iodzahl 117 112 82 100 - 120

Phosphorgehalt < 1 < 1 < 1 < 1 mg/kg 10

Alkaligehalt < 1 < 1 < 1 < 1 mg/kg 5

Seifengehalt < 5 7 < 5 < 5 mg/kg

Erdalkaligehalt < 1 < 1 < 1 < 1 mg/kg 5

Estergehalt 99,3 99,0 99,8 97,7 Gew. % 96,5

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Tabelle 3: Eigenschaften von DK und GTL sowie Shell V-Power Diesel und Aral Ultimate

Diesel mit Grenzwerten nach DIN EN 590 Table 3: Characteristics of DK and GTL as well as Shell V-Power diesel fuel and Aral

Ultimate diesel fuel and limits according to DIN EN 590

Resultat Einheit Grenzwerte Eigenschaft

DK GTL V-Power Ultimate Min. Max.

Dichte (15 °C) 0,8345 0,7868 0,8326 0,8324 g/mL 0,820 0,845

Kin. Viskosität (40 °C) 3,474 3,6 3,168 3,837 mm²/s 2,0 4,5

Flammpunkt 100 126 70 101 °C 55

CFPP -20 +3 -19 -9 °C 0/-201)

Wassergehalt 30 48 65 24 mg/kg 200

Gesamtverschmutzung 7 23 1 mg/kg 24

Oxidationsstabilität 1 2,2 h2) 2,9 0,3 g/m3 25

Neutralisationszahl 0,0 0,039 mg KOH/g

Schwefelgehalt 35 <2 5,9 1 mg/kg 350

Koksrückstand <0,01 0,03 0,05 <0,01 Gew. % 0,3

Monoaromaten 16,4 Vol. %

Diaromaten 3,4 Vol. %

Polyaromaten 0,01 2,4 0,9 Vol. % 1)Sommer-/Winterqualität 2)nach EN 14112

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL UltimateDiesel

V-Power Diesel

Spe

zifis

che

CO

-Em

issi

on [g

/kW

h]

Spe

cific

CO

em

issi

on [g

/kW

h]

Bild 2: Spezifische Kohlenmonoxidemissionen im 13-Phasen-Test (ESC) Figure 2: Specific emissions of carbon monoxide in the 13-mode test (ESC)

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0

0,004

0,008

0,012

0,016

0,02

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL UltimateDiesel

V-Power Diesel

Spez

ifisc

he H

C-E

mis

sion

[g/k

Wh]

Sp

ecifi

c H

C e

mis

sion

[g/k

Wh]

Bild 3: Spezifische Kohlenwasserstoffemissionen im 13-Phasen-Test (ESC) Figure 3: Specific emissions of hydrocarbons in the 13-mode test (ESC)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL UltimateDiesel

V-Power Diesel

Spez

ifisc

he P

M-E

mis

sion

[g/k

Wh]

Sp

ecifi

c PM

em

issi

on [g

/kW

h]

Bild 4: Spezifische Partikelmasseemissionen im 13-Phasen-Test (ESC) Figure 4: Specific emissions of particulate matter in the 13-mode test (ESC)

Der in Bild 4 gezeigte Wert der Partikelmasseemission (PM) war bei Dieselkraftstoff am

höchsten, wies aber auch die größte Messwertstreuung auf. GTL zeigte hier einen Vorteil

gegenüber DK in Höhe von ca. 20%. V-Power Diesel ergab fast den gleichen Emissionsvor-

teil wie GTL. Mit Ultimate Diesel konnte nochmals eine leichte Verringerung der Emissionen

beobachtet werden. Bei diesen Messungen ist jedoch ein großer Fehlerbalken zu beachten.

Die Emissionen der FAME-Qualitäten lagen nochmals deutlich tiefer. Sie unterschieden sich

im Gegensatz zu den Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidemissionen untereinander

erheblich. So emittierte FAME 2 etwa 170% der Masse von FAME 4. FAME 3 und 4 waren

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FAME 1 und insbesondere FAME 2 deutlich überlegen. Der Grenzwert (Euro 3) von 0,1

g/kWh wurde von allen im Test verwendeten Kraftstoffen eingehalten.

Die Partikelanzahlverteilung wurde mit einen elektronischen Niederdruckimpaktor (ELPI) der

Firma Dekati und einem Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) der Firma TSI ermittelt.

Aufbau und Funktionsprinzip dieser Geräte sind von Bischof und Horn [7] beschrieben. Für

V-Power Diesel und Ultimate Diesel wurde keine Untersuchung der Partikelgrößenverteilung

mittels ELPI vorgenommen.

Es zeigte sich, dass hinsichtlich der Partikelanzahl die Partikelgrößen unter 1 µm dominier-

ten, so dass die größeren nicht in die Auswertung mit aufgenommen wurden.

Bei den ELPI-Ergebnissen waren wiederum die beiden kleinsten Größenklassen 28 - 55 nm

und 55 - 94 nm die dominierenden, während die Anzahl in den größeren Klassen logarith-

misch abnahm (Bild 5). Die Biodiesel-Lose unterschieden sich in ihrer Partikelanzahlemissi-

on nur geringfügig voneinander; höhere Emissionen traten bei DK und GTL auf.

28-5

5

55-9

4

94-1

56

156-

264

264-

386

386-

619

619-

957

FAME 1

FAME 2

FAME 3

FAME 4

DKGTL

Größenklasse [nm]Size range [nm]

Spe

zifis

che

Par

tikel

anza

hl [1

/kW

h]S

peci

fic n

umbe

r of p

artic

les

[1/k

Wh] 1014

1013

1012

1011

1010

109

Bild 5: Partikelanzahlverteilung im 13-Phasen-Test (ESC), gemessen mit ELPI Figure 5: Particle number distribution in the 13-mode test (ESC), measured with ELPI

Die SMPS-Ergebnisse zeigten oberhalb von 40 nm den gleichen Trend wie die ELPI-

Ergebnisse (Bild 6). Die Partikelanzahl von GTL lag jedoch leicht unterhalb der von DK.

Unterhalb von 30 nm ändert sich das Bild deutlich. Hier nimmt die Partikelanzahl von DK und

GTL leicht ab. Für die zwei hier untersuchten Biodiesel-Lose wurde dagegen eine um eine

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Zehnerpotenz erhöhte Partikelanzahl von Partikeln unter 20 nm gemessen. Die FAME 2 und

4 unterschieden sich dabei lediglich in einem kleinen Bereich von ca. 15 bis 30 nm.

Die Ergebnisse von ELPI- und SMPS-Messungen waren jeweils reproduzierbar. Es ist auf

der Basis der verfügbaren Daten nicht möglich, eine abschließende Bewertung der

Feinstpartikelemissionen für die getesteten Kraftstoffe durchzuführen. Insbesondere bleibt

unklar, worauf der mit dem SMPS gemessene Anstieg der Feinstpartikeln bei den FAME-

Qualitäten zurückzuführen ist. Ob es sich dabei um Ruß oder unverbrannten Kraftstoff han-

delt, soll Gegenstand weiterführender Untersuchungen sein.

1,0E+12

1,0E+13

1,0E+14

1,0E+15

1,0E+16

10 100 1000Elektrischer Mobilitätsdurchmesser [nm]

Electric mobility diameter [nm]

Par

tikel

anza

hl [1

/kW

h]N

umbe

r of p

artic

les

[1/k

Wh]

DK

FAME 2

FAME 4

GTL

Ultimate Diesel

V-Power Diesel

1012

1013

1014

1015

1016

Bild 6: Partikelanzahlverteilung im 13-Phasen-Test (ESC), gemessen mit SMPS Figure 6: Particle number distribution in the 13-mode test (ESC), measured with SMPS

Zur Untersuchung der Mutagenität des Abgaspartikulats für vier Kraftstoffe (DK, V-Power

Diesel, Ultimate Diesel, RME) wurden jeweils 4 Glasfaser-Filterpaare und ein Referenzfilter-

paar, die im ESC-Test belegt worden waren, untersucht. Die auf den Filtern gesammelten

Partikulate wurden einer Soxhlet-Extraktion mit Dichlormethan unterzogen [8]. Das Filterge-

wicht wurde vor und nach der Extraktion ermittelt und die lösliche Fraktion berechnet. Die

gewonnenen Extrakte wurden im Rotationsverdampfer bis zur Trockne eingedampft. Für den

Mutagenitätstest wurde der eingetrocknete Extrakt in 4 ml DMSO gelöst.

Der Salmonella typhimurium mutagenicity assay wird nach seinem Entwickler allgemein

auch Ames-Test [9] genannt und deckt die mutagenen Eigenschaften eines weiten Spekt-

rums von chemischen Substanzen und Gemischen auf. Der Ames-Test ist das weltweit am

häufigsten eingesetzte in-vitro-Testverfahren (OECD-Methode 471), um die Mutagenität

komplexer Gemische, wie z.B. von Verbrennungsprodukten, zu untersuchen. Die hier vorlie-

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gende Studie benutzte das revidierte Standardprotokoll von Maron und Ames aus dem Jahr

1983 [10], das auch in früheren Untersuchungen schon erfolgreich eingesetzt wurde [11, 12].

Die Kraftstoffe Ultimate Diesel und RME wirkten um mehr als 50% weniger mutagen im

Teststamm TA98 als DK (Bild 7). Am stärksten wurde die Gentoxizität durch RME gesenkt.

Die Verwendung von V-Power Diesel als Kraftstoff verminderte die Mutagenität um etwa

40%. Der Einsatz eines metabolischen Aktivierungssystems (S9) senkte die Mutagenität der

Extrakte aller vier Kraftstoffemissionen etwa gleich stark.

0

1000

2000

3000

4000

DK UltimateDiesel

V-PowerDiesel

RME

Mut

atio

nen

pro

m3 A

bgas

[-]

Mut

atio

ns p

er m

3 exh

aust

gas

[-] TA98 - S9

TA98 + S9

Bild 7: Mutagenität der partikulären Motoremissionen für vier Kraftstoffe im 13-Phasen-Test

(ESC) - (mit [+S9] und ohne [-S9] metabolische Aktivierung) Figure 7: Mutagenicity of the emissions of particulate matter for four fuels in the 13-mode

test (ESC) - (with [+S9] and without [-S9] metabolic activation)

Diese Ergebnisse zeigen, dass sich die erbgutschädigenden und damit auch die krebserre-

genden Wirkungen von Dieselmotoremissionen durch eine Optimierung der Kraftstoffzu-

sammensetzung effektiv absenken lassen.

In Bild 8 sind die Ergebnisse der NOx-Messungen gezeigt. Der Grenzwert (Euro 3) für die

Stickoxidemissionen in Höhe von 5 g/kWh wurde von den fossilen Dieselkraftstoffen ein-

gehalten, wobei GTL gegenüber DK, V-Power Diesel und Ultimate Diesel eine Absenkung

um ca. 15 % zeigte. Die FAME-Qualitäten 1, 2 und 3 lagen über dem Grenzwert; FAME 4

unterschritt ihn.

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0

1

2

3

4

5

6

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL UltimateDiesel

V-PowerDiesel

Spe

zifis

che

NO

x Em

issi

on [g

/kW

h]S

peci

fic N

Ox e

mis

sion

[g/k

Wh]

Bild 8: Spezifische Stickoxidemissionen im 13-Phasen-Test (ESC) Figure 8: Specific emissions of nitrogen oxides in the 13-mode test (ESC)

An dieser Stelle wird deutlich, dass durch Variation der Kraftstoffkomposition für die Biokraft-

stoffe eine Emissionsminderung von über 10 % erreichbar ist. Dadurch rückt die Möglichkeit

einer Einhaltung des Grenzwertes ohne motorische Maßnahmen in greifbare Nähe.

Somit ist das Potenzial zur Verbesserung der Abgasqualität von Biodiesel durch eine opti-

mierte Kraftstoffformulierung tendenziell aufgezeigt. Der zielorientierten Zusammensetzung

des Kraftstoffs kann somit eine ähnlich große Bedeutung zukommen wie der motorischen

Adaption der Einspritzbedingungen.

Zum heutigen Zeitpunkt ist dieses jedoch nur beschreibend und noch nicht erklärend zu

dokumentieren. Es zeigt sich jedoch, dass eine systematische Kraftstoffforschung in der

wechselseitigen Optimierung von Motor und Kraftstoff ein wesentliches Element zur Emissi-

onsminderung darstellt, dem in der Vergangenheit zu wenig Beachtung geschenkt wurde.

Abschließende Bemerkungen Es ist auf der Basis der verfügbaren Daten nicht möglich, eine abschließende Bewertung der

Feinstpartikelemissionen für die getesteten Kraftstoffe durchzuführen. Insbesondere bleibt

unklar, worauf der mit dem SMPS gemessene Anstieg der Feinstpartikeln bei den FAME-

Qualitäten zurückzuführen ist. Ob es sich dabei um Ruß oder unverbrannten Kraftstoff han-

delt, wird Gegenstand weiterführender Untersuchungen sein.

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Die Ergebnisse der Ames-Tests zeigen, dass sich die erbgutschädigenden und damit auch

die krebserregenden Wirkungen von Dieselmotoremissionen durch eine Optimierung der

Kraftstoffzusammensetzung effektiv absenken lassen.

Hinsichtlich der NOx-Emissionen wird deutlich, dass durch Variation der Kraftstoffkomposition

für die Biokraftstoffe eine Emissionsminderung von über 10 % erreichbar ist. Dadurch rückt

die Möglichkeit einer Grenzwerteinhaltung ohne motorische Maßnahmen in greifbare Nähe.

Durch diese Untersuchungen ist das Potenzial zur Verbesserung der Abgasqualität von

Biodiesel durch eine optimierte Kraftstoffformulierung tendenziell aufgezeigt. Der zielorien-

tierten Zusammensetzung des Kraftstoffs kann somit eine ähnlich große Bedeutung zukom-

men wie der motorischen Adaption der Einspritzbedingungen. Zum heutigen Zeitpunkt ist

dieses allerdings nur beschreibend und noch nicht erklärend zu dokumentieren. Es zeigt sich

jedoch, dass eine systematische Kraftstoffforschung in der wechselseitigen Optimierung von

Motor und Kraftstoff ein wesentliches Element zur Emissionsminderung darstellt, dem in der

Vergangenheit zu wenig Beachtung geschenkt wurde.

Danksagung Die Autoren danken der Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e.V. (AGQM)

für die freundliche Förderung der Untersuchungen von DK und den vier Biodiesel-Qualitäten.

Literatur [1] D.Bockey, Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e.V., persönliche Mittei-

lung, 2006.

[2] Europäisches Parlament (2003): Richtlinie 2003/30/EG Förderung der Verwendung von Biokraftstoffen

[3] Krahl J, Munack A, Bahadir M, Schumacher LG, Elser N (1996): Review: Utilization of rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester or diesel fuel: Exhaust gas emissions and esti-mation of environmental effects. SAE Paper 962096

[4] Munack A, Krahl J, Marto A, Bantzhaff R (2003): Grundlegende Untersuchungen zu einem Biodieselsensor, Entwicklung eines Prototyps und Herstellung der Serienreife. VDI-Berichte 1798, S. 331-336

[5] Bantzhaff R, Marto A, Krahl J, Munack A (2004) Verfahren und Schaltungsanordnung zum Erfasen und/oder Bestimmen der Beschaffenheit eines Mediums. München: Deut-sches Patent und Markenamt, 7 S., Patent Nr. 10258417.

[6] Blaßnegger J, Schlag S (2002): Biodiesel in modernen Nutzfahrzeugmotoren. Land-bauforschung Völkenrode, Sonderheft 239 63-68

[7] Bischof OF, Horn H-G (1999): Zwei Online-Messkonzepte zur physikalischen Charak-terisierung ultrafeiner Partikel in Motorabgasen am Beispiel von Dieselmotoren. MTZ 60, 226-232

[8] Claxton LD (1983): Characterization of automotive emissions by bacterial mutagenesis bioassay: a review. Environ Mutagen 5, 609 - 631

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[9] Ames BN, Lee FD, Durston WE (1973): An improved bacterial test system for the de-tection and classification of mutagens and carcinogens. Proc Natl Acad Sci USA 70, 782 - 786

[10] Maron DM, Ames BN (1983): Revised methods for the Salmonella mutagenicity test. Mutat Res 113, 173 - 215

[11] Bünger J, Krahl J, Franke HU, Munack A, Hallier E (1998): Mutagenic and cytotoxic effects of exhaust particulate matter of biodiesel compared to fossil diesel fuel. Mutat. Res 415, 13 - 23

[12] Bünger J, Müller MM, Krahl J, Baum K, Weigel A, Hallier E, Schulz TG (2000): Mutagenicity of diesel engine particles from two fossil and two plant oil fuels. Mutagenesis 15, 391 - 397

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Jürgen KrahlAxel Munack

BiodieselBiodiesel

Ein Meilenstein auf dem Weg zur Ein Meilenstein auf dem Weg zur nachhaltigen Mobilitnachhaltigen Mobilitäätt

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Einleitung Analytik und motorseitige Optimierungsstrategien

Kraftstoffseitige OptimierungsstrategienZusammenfassung

BiodieselEin Meilenstein auf dem Weg Ein Meilenstein auf dem Weg

zur nachhaltigen Mobilitzur nachhaltigen Mobilitäätt

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Auswahl verschiedener Prognosenfür die Erdölproduktion

nach P. Kehrer, 2002

1950 2000 2050 2100 21500

1

2

3

4

5

6

7Odell 2000, conv. + non-conv.

Odell 2000, conv. only

Campbell 2000 incl. heavyEdwarsd 1997, conv. + non-conv.

Hiller 1999, conv. onlyEdwards 1997, conv. only

Hiller 1999, conv. + non-conv.

Vahrenholt 1998, conv.+ non-conv.

WEC 1999, conv. + non-c.

US-DOE20

00

EIA 20

00

Gt/a

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Weltweite Erdölproduktion 1930 - 2050

1930 1950

nach UDALL and ANDREWS, 1999 und HILLER, 1999

Max. Förderung zwischen2010 - 2020 erwartet

2000 2050

Konventionelles Erdöl(inkl. sehr geringer Anteilean Schweröl)

Erwarteterdepletion mid-point

1

2

3

4

Gt/a

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Entwicklung der Rohölpreise:1960 - 2005

Quelle Tecson

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Die Dynamik der WeltagrarwirtschaftEntwicklung der Agrarproduktion

1992/94 bis 2001/03 (in %)

+20+20+28+20+4-15-5Zucker

+70+43+29+86+16+30+22Ölfrüchte

+34+7+19+27+5-2+14Sonstige Getreide

+49+5+31+27-20+6+12Weizen

OzeanienAsienAfrikaSüd- u. Mittel-amerika2)

Nord-amerika

Übriges Europa1)EU-15

1) Inkl. Russland und MOEL; 2) Inkl. Karibik

Quelle: FAOSTAT

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“It has been proved that Diesel engines

can be worked on earth-nut oilwithout any difficulty“

Rudolph Diesel: The Diesel Oil-Engine. Engineering Vol. 93, pp. 395 - 406, 1912.

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Stoffkreislauf bei der Verwendung von Raps als Energieträger

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Verkrustung an der Einspritzdüse nach 50-stündigem Motorbetrieb

mit Pflanzenöl

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Dieselkraftstoff BiodieselLaufzeit: 300 h

Rapsöl, rohLaufzeit: 5 h

Vergleich der Kolbenoberfläche nach Motorbetrieb mit

unterschiedlichen Kraftstoffen

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Motorschaden: Ölwanne OM Serie 500

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Motorschaden: Ölwanne OM Serie 500

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Mutagenität der Partikelmasse aus der Verbrennung von Rapsöl

Mercedes Benz OM 906 LA, Euro III, ESC-Test

Rapsöl

TA98+S9

Mut

atio

nen

[x10

/m A

bgas

]3

3

050

100150200250300350

400

DK

TA98-S9

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Ansaugen Verdichten und Einspritzen Arbeiten Ausstoßen

Arbeitsspiel des Dieselmotors

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Arbeitsspiel des Dieselmotors

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Moderne Möglichkeiten zur Nutzung von Rapsöl als Kraftstoff

Anpassung der Motoren an das Rapsöl

Anpassung des Rapsöls an Motoren

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Umesterung von Pflanzenöl zu Fettsäuremethylester (FAME)

OC

R1

HCKatalysator

H3C

H3C

H3C

+

O

H2CO

HC

H2C

H2C

H

OC

R2 + 3 CH3OH

O

OC

R3

O

H2C

OH

OH

OC

R1

O

OC

O

OC

R3

O

R2

Triglyzerid + 3 Methanol 1 Glyzerin + 3 Fettsäuremethylester

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Kennwerte von Dieselkraftstoff, Rapsöl und Biodiesel

5451>51CZZündwilligkeit(Centanzahl)

6,3 – 8,1981,2 – 10mm2/skin. Viskosität bei 20°C

32,734,435,2MJ/lvol. Heizwert

0,880,910,81 – 0,85kg/lDichte bei 20°C

37,237,640,6 – 44,4MJ/kgHeizwert

BiodieselRapsölraffiniert

Diesel-kraftstoff

Kennwert

1,2 – 10 6,3 – 8,1

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Maßgabe an die Technik

„Die ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekte

dürfen weder voneinander abgetrennt noch

gegeneinander ausgespielt werden.“Sachverständigenrat für Umweltfragen, 1994

Nachhaltigkeit

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Energiebilanz von Rapsölmethylester (RME)

L adw

i rts

haft

c

Tei l

ff. a

Um

et

r g.

e

energie (P.)

Sonnen-

156 GJ/ha

Energiefür technische

17,7 GJ/ha

Prozess-

4,6 GJ/ha

Rapsstroh

Rapssaat

Fabrik (P: 0,3 GJ/ha)

Rapsöl, roh49,6 GJ/ha

nicht mehr

gebundene

energie

Rapsschrot

nutzbare Energie

Mittel

28,2 GJ/ha

78,2GJ/ha

77,8GJ/ha

23,1 GJ/ha

Rapsöl,

48,1 GJ/ha

Fettbegleitstoffe undÖlverluste 1,5 GJ/ha

Entschleimung undEntsäuerung (P: 0,5 GJ/ha)

n

r

gesamte

steilraffiniert

Methanol2,7 GJ/ha

Umesterung(P: 0,4 GJ/ha)

Glycerin2,2 GJ/ha

RME47,8 GJ/ha

lmhü

e

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Potenziale und derzeitige Nutzung als Kraftstoff für verschiedene

Biomasse-Ausgangsstoffe

Lignozellulose-haltigeBiomasse

Ausgangsstoff Brennstoffpotenzial [PJ/a]

Kraftstoffpotenzial [PJ/a]

Nutzung [PJ/a]

130178

79 – 130156584

147

StrohWaldrestholzSchwachholzZuwachsIndustrierestholzLandschaftspflegeAltholz

Summe Holz/Stroh: 188 - 281FT-Kraftstoffe

752 - 803

*Anbau auf 2 Mio ha

Energiepflanzen* 83 - 148< 333 - 422

≈0

Winter-Weizen* EtOHFT-Kraftstoffe

< 285 12036 - 51

Reststoffe 9665 – 1136 – 126 – 12

1222

15 - 21

ExkrementeErnterückständeGew.-/Ind.-AbfälleLandschaftspflanzenorg. SiedlungsabfälleKlärgasDeponiegas

Summe org. Reststoffe: 110 - 202Biogas

222 - 288

Energiepflanzen* 118 - 165< 236

≈0

nach Kaltschmitt et al., 2002 sowie eig. BerechnungenStand: Sept. 2006

Im günstigsten Fall ergibt sich daraus ein Kraftstoffpotenzial von 678 PJ/a (entsprechend 25 % des deutschen Endenergieverbrauchs im Verkehrssektor)

Zuckerrüben* 195EtOH< 195EtOH 7

ETBE?

Winter-Raps* RME FT-Kraftstoffe

RMERapsöl

< 308 10226 - 36

687,6

Öl-, Zucker-,stärkehaltige Biomasse

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Biodiesel in DeutschlandAuswirkungen der EU-Förderrichtlinie

für Biokraftstoffe

0,5 / 0,44

0,7

30,1

2 %

2005

1,5 / 1,3[106 ha]Flächen-bedarf3

2,1[Mt]Biodiesel-bedarf2

31,3[Mt]DK-Verbrauch1

5,75 %Mengenziel

2010

1 Mineralölwirtschaftsverband (MWV)2 Heizwerte: DK 43 MJ/kg; RME 37 MJ/kg3 Erträge 1,4 t/ha / 1,6 t/ha

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Einleitung Analytik und motorseitige Optimierungsstrategien

Kraftstoffseitige OptimierungsstrategienZusammenfassung

BiodieselEin Meilenstein auf dem Weg Ein Meilenstein auf dem Weg

zur nachhaltigen Mobilitzur nachhaltigen Mobilitäätt

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Argumente für den Anbau nachwachsender Rohstoffe

Schonung fossiler Ressourcen

?

Aufweitung der Fruchtfolge

Schaffung von Arbeitsplätzen

Schonung der Umwelt

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Schema des analytischen Labors an der FAL

Wirbelstrombremse

Motor

Limitierte AbgaskomponentenFID: HCCLD: NOxNIR: CO

Verdünnungstunnel

Partikelmasse

HPLC

HPLC

MSGC

GC

Polyzyklische aromatischeKohlenwasserstoffe (PAK)

Aufarbeitung

UV/DAD

FLD

FID

FTIR

TCT

Aldehyde

SMPS

Stickoxide/Methan/Ammoniak

Partikelgrößen-/Partikelanzahlverteilung

Benzol

Ozonvorläufer

Aufarbeitung

Waschflaschen

Gasbeutel

BernerImpaktor

ELPI

Filter

Kühler

Kondensat

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Emissionsprüfstand

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Schema des analytischen Labors an der FH Coburg

Stand 1997

Wirbelstrombremse

limitierte Abgaskomponenten

MotorFID: HCCLD: NOxNIR: CO

FTIRRußoberflächen

Aldehyde und Ketone

UV/DADAufarbeitung

Waschflaschen

Gasbeutel

HPLC

MSGC

FID

BenzolGC

Filter

Kühler

Kondensat

FLD

Polyzyklische aromatischeKohlenwasserstoffe (PAK)

AufarbeitungHPLC

AAS

LIF

Stand 2006

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Emissionen limitierter Komponenten bei DI-Motoren

HC CO NOX

%

PM Soot NumberMVEG-A

FTP-75

Diesel fuel

160

140

120

100

80

60

40

20

0

13-mode

162242 210

5-modeNOx Rußzahl

NEFZ 13 Stufen 5 Stufen

Dieselkraftstoff

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020406080

100120140160180200220240260

HC CO NOx PM

FTP-7513-Stufen Test13-Stufen Test (ESC)1000 h Test8-Stufen TestUDDSUDDSH

%

Dieselkraftstoff

Emissionen limitierter Komponenten im Vergleich zu DK

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40

50

60

70

80

90

100

110

120

2 3,5

%

HC CO NOx PM

Dieselkraftstoff

Emissionen limitierter Komponenten im Vergleich zu DK

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Emissionen nicht limitierter Komponenten im Vergleich zu DK

%

PAK

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50Aldehyde Aromaten

Dieselkraftstoff

Benzol

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Das Diesel-Dilemma

Hohe Temperaturen führen zur Sauerstoffdissoziation:

O2 2 O

N2 + 2 O 2 NO

Tiefe Temperaturen führen zur unvollständigen Verbrennung:

CnHm + O2 CO2 + H2O + PM

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Entwicklung der NOx- und PM-Grenzwertefür LKW

PM [g/kWh]1.2

NO

x[g

/kW

h]15

10

5

00.8

PM [g/kWh]1,2

NO

x[g

/kW

h]15

10

5

00,0 0,4 0,8

EURO 0(1990)

EURO (1992)

I

EURO (1995)

II

EURO (2000)

III

EURO (2005)

IV

EURO (2008)

V

EURO (2014)

VI

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Entwicklung der NOx- und PM-Grenzwertefür LKW

PM [g/kWh]

NO

x[g/

kWh]

15

10

5

0

NO

x[g/

kWh]

15

10

5

00,00 0,05

EURO (2000)

IIIEURO

(2005)IV

EURO (2008)

VEURO (2014)

VI

0,1

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PM [g/kWh]1.2

NO

x[g

/ kW

h]15

10

5

00.8

PM [g/kWh]1,2

NO

x[g

/ kW

h]15

10

5

00,0 0,4 0,8

EURO 0(1990)

EURO (1992)

I

EURO (1995)

II

EURO (2000)

III

EURO (2005)

IV

EURO (2008)

V

EURO (2014)

VI

Entwicklung der NOx- und PM-Grenzwertefür LKW

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Bundesforschungsanstaltfür Landwirtschaft

fachhochschulecoburguniversity of applied sciences

PM [g/kWh]1.2

NO

x[g

/ kW

h]15

10

5

00.8

PM [g/kWh]1,2

NO

x[g

/ kW

h]15

10

5

00,0 0,4 0,8

EURO 0(1990)

EURO (1992)

I

EURO (1995)

II

EURO (2000)

III

EURO(2005)

IV

EURO (2008)

V

EURO (2014)

VI

Entwicklung der NOx- und PM-Grenzwertefür LKW

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fachhochschulecoburguniversity of applied sciences

PM [g/kWh]1.2

NO

x[g

/ kW

h]15

10

5

00.8

PM [g/kWh]1,2

NO

x[g

/ kW

h]15

10

5

00,0 0,4 0,8

EURO 0(1990)

EURO (1992)

I

EURO (1995)

II

EURO (2000)

III

EURO (2005)

IV

EURO (2008)

V

EURO (2014)

VI

Entwicklung der NOx- und PM-Grenzwertefür LKW

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MotoroptimierungBiodiesel führt zu NOx-Anstieg und PM-Minderung

Partikelmasse

Stic

koxi

de

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100 mm 50 mm

Zwei FAL-Sensor-Prototypen

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Messprinzip eines Dielektrizitätssensors

(im Frequenzbereich)

Stromquelle

Elektroden

DielektrikumKraftstoff

r'

Vektorvoltmeterzur Bestimmungvon Amplitude undPhasenverschiebung

r''

( )

( )

( )''j' rro ε−ε⋅εro =ε⋅ε=ε

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Versuchsfahrzeug

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Versuchsfahrzeug

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BERU - Biodieselsensor mitintegrierter Temperaturmessung

(A-Muster)

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BERU - Biodieselsensor mitintegrierter Temperaturmessung

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Einleitung Analytik und motorseitige Optimierungsstrategien

Kraftstoffseitige OptimierungsstrategienZusammenfassung

BiodieselEin Meilenstein auf dem Weg Ein Meilenstein auf dem Weg

zur nachhaltigen Mobilitzur nachhaltigen Mobilitäätt

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Motor- und Testbedingungen

Zylinderhub

Zylinderbohrung

Anzahl Zylinder

Hubvolumen

Nenndrehzahl

Nennleistung

Maximales Drehmoment

Abgasnorm

130 mm

102 mm

6

6370 cm3

2300 min-1

205 kW

1100 Nm bei 1300 min-1

EURO III

Mercedes Benz OM 906 LA 13-Phasen Test

1002

1

6

5

7

8

4

3

9

10

12

13

11

80

60

40

40

Drehzahl/Nenndrehzahl [%]

Teilla

stve

rhäl

tnis

[%]

60 80 100

20

015%

8%

5%

5%

5%

8%

5%

5%

5%

9%

10%

10%

10%

zusätzlich freiwählbare Prüfpunkte

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Kraftstoffe

Referenz Dieselkraftstoff gemäß DIN EN590

RME mit Palmölmethylester

RME gemäß DIN EN 14214

RME mit Sojaölmethylester

RME mit Palmöl- und Sojaölmethylester

Gas-to-liquid Kraftstoff (GTL)

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Kohlenmonoxidemissionen

ESC-Test, OM 906 LA

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL

Em

issi

on [g

/kW

h]

Grenzwert (EURO III) 2,1 g/kWh

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Kohlenwasserstoffemissionen

ESC-Test, OM 906 LA

0

0,004

0,008

0,012

0,016

0,02

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL

Em

issi

on [g

/kW

h]

Grenzwert (EURO III) 0,66 g/kWh

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Stickoxidemissionen

ESC-Test, OM 906 LA

0

1

2

3

4

5

6

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL

Em

issi

on [g

/kW

h]

Grenzwert (EURO III) 5,0 g/kWh

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Partikelemissionen

ESC-Test, OM 906 LA

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

DK FAME 1 FAME 2 FAME 3 FAME 4 GTL

Em

issi

on [g

/kW

h]

Grenzwert (EURO III) 0,1 g/kWh

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Sperrung der Innenstädte wegen Feinstpartikeln

DurchfahrtStuttgart

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SMPS-Messwerte für verschiedene Kraftstoffe

ESC-Test, OM 906 LA

104

105

106

107

10 100 1000Elektrischer Mobilitätsdurchmesser [nm]

Par

tikel

anza

hl [1

/cm

³]

FAME 1

FAME 2

FAME 3

FAME 4

GTL

DKDK

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Partikelmasse PM10 - Hausstaub

0

100

200

300

400

500

600

13:25:00 13:48:00 14:11:00 14:34:00 14:56:59Zeit

Par

tikel

mas

se P

M10

in µ

g/m

³

Messung im Raum ohne spezielle Ereignisse

Betten aufschütteln

Staubsaugen

Staubsaugerausgang(direkt)

Kissen aufschütteln

Lüften(Terrassentür auf)

Lüften beendet

Absolutfilter

50 µg/m³

Eigenschaften des Messraumes:

Fenster und Türen geschlossenNichtraucher-WohnzimmerBodenbelag: ParkettRaumgröße: ca. 30 m²Raumhöhe: 2,5 mRaumtemperatur: 21 °CLuftfeuchte (innen): 58 %Höhe der Probenahmestelle: 1 m

Außentemperatur: 13 °CLuftfeuchte (außen): 64 %

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Untersuchte moderne Kraftstoffe

Referenz-Dieselkraftstoff gemäß DIN EN 590

Biodiesel gemäß DIN EN 14214

Shell V-Power Diesel®

Gas-to-liquid Kraftstoff (GTL)

Aral Ultimate Diesel®

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0

20

40

60

80

100

120

NOx CO HC

rel.

Em

issi

on [%

]

DKV-Power DieselUltimate DieselGTLBiodiesel

NOx

Emissionen relativ zum EURO III Grenzwert ESC-Test, OM 906 LA

Grenzwerte (EURO III): 5,0 g/kWh 2,1 g/kWh 0,66 g/kWh

x 20

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Emissionen relativ zum EURO III Grenzwert ESC-Test, OM 906 LA

0

20

40

60

80

100

120

NOx CO HC

rel.

Em

issi

on [%

]

DKV-Power DieselUltimate DieselGTLBiodiesel

NOx

Grenzwerte (EURO III): 5,0 g/kWh 2,1 g/kWh 0,66 g/kWh

x 20

0

1

2

3

4

5

6

rel.

Em

issi

on [%

]

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0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

Par

tikel

mas

se [g

/kW

h]

Partikelmasseemissionen

DK V-PowerDiesel®

UltimateDiesel®

GTL Biodiesel

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Mutagenität der Partikelextrakte, Teststamm TA98, ESC-Test, OM 906 LA

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

DK V-Power Diesel® Ultimate Diesel® Biodiesel

Mut

atio

nen

pro

m3

Abg

as

TA98 -S9TA98 +S9

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Kraftstoffverbräuche

ESC-Test, OM 906 LA

0

5

10

15

20

25

30

DK V-PowerDiesel®

Ultimate Diesel® GTL Biodiesel

Ver

brau

ch [k

g/h]

22,94 22,91 22,93

25,48(27,49 L/h) (28,85 L/h)

22,01

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Einleitung Analytik und motorseitige Optimierungsstrategien

Kraftstoffseitige OptimierungsstrategienZusammenfassung

BiodieselEin Meilenstein auf dem Weg Ein Meilenstein auf dem Weg

zur nachhaltigen Mobilitzur nachhaltigen Mobilitäätt

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Zusammenfassung (1)

Reines Rapsöl ist für konventionelle Motoren ungeeignet.

Ruß und krebserzeugende Stoffe sind im Biodieselabgas deutlich abgesenkt.

Ein Biodieselsensor ermöglicht die NOx-Absenkung.

Biodiesel ist heute mit Abstand der einzige nennenswert am Markt eingeführte Biokraftstoff.

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Zusammenfassung (2)

Das Beispiel der NOx-Absenkung durch Biodiesel-Design deutet das Potenzial der systematischen Kraftstoffforschung an.

Moderne Dieselkraftstoffe können dazu beitragen, Mutagenitätswerte in der Größenordnung von Biodiesel zu erreichen.

Biodiesel ist ein bedeutender Meilenstein auf dem Weg zur nachhaltigen Mobilität – aber gleichermaßen auch nur eine Etappe.

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Möglichkeiten für die breite Einführungneuer Technologien für Biokraftstoffe

Quelle: diverse Veröffentlichungen

Ver

bren

nung

smot

oren

Ele

ktro

mot

oren

2000 2005 2010 2015 2020 2025 Jahr

BenzinBeimischung:

EtOHETBE FT-Kraftstoff

für homogeneMotoren

Diesel

Biodiesel Beimischung:FT-Kraftstoffe

BZ mit H2

(Flotte)BZ mit MeOH H2-Technologie

BZ mit H2

Beimischung:fossiler DK

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Potenzielle biogene Zukunftskraftstoffe

EtOH,ETBE

Gemischevon PME

?

REE?

O2-(Bio)diesel

?

FTK:BTL?

B5

B10 / B20?

Rapsöl?

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Auriga (Fuhrmann)

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Ausblick

Da zukünftige Motoren neue fossile und neue biogene Kraftstoffe

benötigen, ist zur wechselseitigen Optimierung von Motor und Kraftstoff

eine systematische Verbundforschung notwendig.

Dazu wird die Gründung eines

Instituts für Nachhaltige Chemie

empfohlen.

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Herzlichen Dank

für Ihre

Aufmerksamkeit!

[email protected]

Sept. 2006