Biodiesel Chemie

Vielleicht hilft dir das weiter. Habe ich mal kurz zusammengestellt



1. Biodiesel


Die Um-Esterung
Vom Rapsöl zum Biodiesel

Der Rohstoff: Rapsöl
Öl- und Fettmoleküle haben stets den gleichen Aufbau. Es sind Fettsäure-Ester, die Verbindung des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit Fettsäuren. Beim Rapsöl ist das Glycerin mit jeweils drei langen Fettsäure-Ketten verbunden (zu fast 95% C-18-Ketten).

Das Verfahren
Rapsöl und Methanol (früher "Holzgeist") werden in Gegenwart eines Katalysators (etwa 0,5 % Natronlauge, wasserfrei) erwärmt. Dabei tauschen Glycerin und Methanol den Platz, und es entstehen drei einzelne Fettsäure-Methylester-Ketten und ein freies Glycerin-Molekül.

Das Ergebnis: Biodiesel und Glycerin
Biodiesel besteht aus mit Methanol veresterten Fettsäuren, genauer: Fettsäure-Methylester.
Daher ist für Biodiesel auch die Bezeichnung RME (= Raps-Methylester oder Rapsölfettsäure-Methylester) gebräuchlich.
In der neuen E DIN 51606 wird nun die Bezeichnung FAME (= Fatty Acid Methyl Ester) verwendet.
Darüber hinaus entsteht Glycerin (früher: "Ölsüß"). Schon die alten Griechen kannten diese süßschmeckende Substanz und nannten sie "glykys". Glycerin wird vielseitig verwendet, z.B. in der Pharma-Industrie, in der Kunststoff- und Lackindustrie und zur Feuchthaltung von Tabak.

Die Schmierfähigkeit von Biodiesel
Mineralischer Dieselkraftstoff verliert im Zuge der Entschwefelung in der Raffinerie einen Teil seiner Eigenschmierfähigkeit, die z.B. für die einwandfreie Funktion von Einspritzpumpen wichtig ist. Je stärker das Produkt entschwefelt werden muß, desto schlechter werden seine Schmiereigenschaften; aus diesem Grunde werden die heute an der Tankstelle üblichen Dieselkraftstoffe mit synthetischen Zusatzstoffen (Additiven) verbessert.

Im Gegensatz zu mineralischem Diesel enthält Biodiesel (RME) praktisch keinen Schwefel, besitzt aber aufgrund seines chemischen Aufbaus und seines Sauerstoffgehalts eine besonders hohe Eigenschmierfähigkeit und vermindert dadurch den Verschleiß in Einspritzpumpe und Motor. Außerdem verbessert bereits ein geringer Anteil von Biodiesel die Schmiereigenschaften des mineralischen Dieselkraftstoffes.

Ein Maß für die Schmierfähigkeit eines Kraftstoffes ist der sogenannte HFRR-Test. Je höher der HFRR-Wert ist, desto größer ist der Verschleiß. Die Grafik zeigt deutlich, daß Biodiesel eine signifikante Verbesserung bringt: ausgehend von einem fast schwefelfreien Dieselkraftstoff, z.B. dem City-Diesel MK1 aus Schweden, wird die Schmierwirkung bereits mit einer Zugabe von 1,0 Prozent Biodiesel so verbessert, daß der von den Automobilherstellern gewünschte Grenzwert von 460 µm (Mikrometer) weit unterschritten wird.

Emissionen
Jeder Verbrennungsmotor, ob er mit Benzin, Diesel, Erdgas oder Biodiesel betrieben wird, produziert Abgase. Diese Abgase entstehen aus den Kohlenwasserstoffen der Kraftstoffe und der zur Verbrennung benötigten Luft.
Die wesentlichen Schadstoffe, die dabei entstehen und nach deren Menge ein Motor oder ein Kraftstoff heute beurteilt wird, sind Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und feste Partikel (PM).

Es gibt eine Anzahl von Möglichkeiten, die Emissionen des Straßenverkehrs zu reduzieren, und zwar die Optimierung der Motoren, der Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen und die Auswahl des Kraftstoffes.
Moderne Motoren müssen heute die europäische Abgasnorm EURO-II erfüllen; in wenigen Jahren werden die strengeren Anforderungen der EURO-III in Kraft treten, die den Schadstoffausstoß nochmals deutlich verringern.

Das bekannteste Abgasnachbehandlungssystem ist der Katalysator (Oxicat). Er wandelt die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid in Wasser und Kohlendioxid um. Katalysatoren reagieren allerdings empfindlich auf Schwefel. Dieser Stoff `vergiftet` zum einen auf längere Sicht den Katalysator und führt zudem zu einem höheren Partikelausstoß. Optimale Wirkung erzielen diese Geräte daher mit stark entschwefelten Kraftstoffen bzw. mit dem von Natur aus fast schwefelfreien Biodiesel.
Moderne Kombinationen von Katalysator und Partikelfilter sind sogar in der Lage, mit solchen Kraftstoffen den Ausstoß von CO, HC und Partikeln bis fast an die Nachweisgrenze zu verringern und damit, zumindest was diese drei Komponenten anbelangt, aus einem EURO-I-Motor einen EURO-III-Motor zu machen. Die nachfolgende Grafik (Grafik 1) zeigt einen Vergleich von normalem Diesel mit 0,04 % Schwefelgehalt gegen City-Diesel mit 0,001% Schwefel in Verbindung mit einem solchen Abgas-Reinigungssystem (z.B. CRT von HJS).

Der Kraftstoff allein hat ebenfalls einen großen Einfluß auf die Abgasqulität. Biodiesel weist im Vergleich mit herkömmlichen Dieselkraftstoff deutliche Vorteile bezüglich HC, CO und Partikeln auf.
Wie die nachfolgende Abbildung zeigt erfüllt ein EURO-II-Motor mit Biodiesel praktisch schon die Partikel-Grenzwerte für EURO-III. Setzt man zusätzlich einen Oxidationskatalysator ein, wird der positive Effekt von Biodiesel noch deutlicher.
Untersuchungen belegen, daß Dieselabgase im Vergleich zu Biodiesel deutlich ungünstiger liegen. Besonders in Ballungsgebieten oder beim Einsatz in Hallen (Gabelstapler) macht sich diese Tatsache positiv bemerkbar.

Biodiesel - ein Kraftstoff, der Motorenspezialisten begeistert
Motorenspezialisten schwärmen vom Biodiesel. Denn Biodiesel hat von Natur aus Eigenschaften, die von den mineralischen Kraftstoffen durch die Zugabe zahlreicher Additive oder durch sehr energieaufwendige Produktionsschritte bei gleichzeitiger Steigerung der CO2-Emission nur annähernd erreicht werden. Nachfolgend einige Beispiele:

Schwefelgehalt und Schmierfähigkeit
Während beim mineralischen Dieselkraftstoff der Schwefelanteil mit hohem Energieaufwand unter zusätzlicher CO2-Emission und Verlust der Eigenschmierfähigkeit gesenkt wird, ist Biodiesel von Natur aus fast völlig schwefelfrei (max. 0,001%) und hat trotzdem hervorragende Schmiereigenschaften.
Diese nahezu vollständige Schwefelfreiheit des Biodiesels erlaubt auch den problemlosen und optimalen Einsatz eines Oxidationskatalysators.

Cetanzahl
Biodiesel hat von Natur aus eine Cetanzahl von etwa 58, während der mineralische Dieselkraftstoff eine Cetanzahl von 49 unadditiviert, 53 dann additiviert hat.
Eine höhere Cetanzahl führt automatisch zu weniger Zündverzug und geringerem Druckanstieg im Zylinder und damit zu einem geringeren Motorenverschleiß und zu einer größeren Laufruhe.

Saubere Verbrennung
Das Biodiesel-Molekül enthält etwa 11% Sauerstoff. Dieser Sauerstoffanteil führt zu einem besseren Verbrennungsablauf und damit deutlich weniger Ruß. Die kraftstoffbedingten Rückstände im Motorinneren werden deutlich reduziert (CCD-Reduktion).