Kraftstoffe
Die Firma Schevel ist seit 1976 Experte für Motoren in Nutzfahrzeugen. Das Unternehmen hat sich u.a. auf das Umrüsten von Motoren spezialisiert. So konzentrierte sich die Firma Schevel bei den ersten Veränderungen auch auf MAN-Trucks. Ziel war es, Rapsöl so wie es aus der Ölmühle kommt, für die Dieselmotoren verbrennbar zu machen. Auf der Grundlage dieser Erfahrungen rüstet die Firma Schevel heute Kraftstoffanlagen aller Hersteller um, so dass die Motoren das Pflanzenöl problemlos als Ersatz für Dieseltreibstoff verwenden können.
Für die Umrüstung eines LKW‘s fallen Kosten in Höhe von ca. 4000,- € an. Die Firma Schevel setzt seit Jahren die bewährten Umrüstsätze der 3E GmbH, Nortorf ein. Mehr als 2.000 Umrüstungen wurden bisher mit der 3E-Technologie bewerkstelligt.
Der Umbau selbst ist innerhalb eines Tages erledigt. Auf Wunsch wird er auch vor Ort durchgeführt. Das anschließende Einsparpotenzial für den Kunden ist enorm. Im Schnitt ist Pflanzenöl, das nach EU-Vorgaben bis 2009 nicht mit ca. 45 Cent Mineralölsteuer belastet werden darf, ca. 25-30 Cent/l günstiger als Diesel. Fernverkehrs-Lastzüge haben einen Kraftstoffverbrauch von bis zu 40.000 Liter/Jahr. Unter optimalen Voraussetzungen lassen sich für einen LKW also zwischen 10.000,- und 15.000,-€ pro Jahr einsparen.
Selbst unter weniger guten Voraussetzungen und geringerer Fahrleistung lassen sich meist über 5.000 € sparen. Da lohnen auch für Auto-Vielfahrer Überlegungen zu einer Umrüstung von PKWs. Pflanzenöltankstellen gibt es zwar mittlerweile in Deutschland nahezu flächendeckend, allerdings kaum in Städten und auch nicht an Ausfallstraßen. Daher ist es ratsam, sich nach einer Anfahrtsroute, den Öffnungszeiten und der tatsächlichen Verfügbarkeit zu erkundigen.
Bei der Umstellung heißt es gleich dreimal aufgepasst!
An den Tankstellen der Mineralölkonzerne sind heute für den Betrieb von Dieselmotoren gleich mehrere Kraftstoffsorten zu finden. Biodiesel oder gar Pflanzenöl sind allerdings nicht dabei.
Genormt ist Diesel gemäß EN 590. Diesel, der durch Raffination von Erdöl gewonnen wird, enthält Schwefel, üblicherweise weniger als 500 ppm (0.05 %), bei schwefelarmen Kraftstoff weniger als 10 ppm. Seit ca. 2 Jahren kann diesem Diesel bis zu 5 % Biodiesel (FAME) zugemischt werden, ohne dass dies deklariert werden muss. Ab Januar 2006 ist eine 5,75 % Beimischung gesetzlich gefordert.
Neben dem „typischen“ und dem „schwefelarmen“ Diesel bieten einige Tankstellen noch einen LKW-Diesel und einen „Super“-Diesel an, der meist auch schwefelfrei ist. Diese modernen Kraftstoffsorten sollen entweder einen besseren Wirkungsgrad haben oder sich für besondere Fahrbedingungen besser eignen. Heute notwendige Systeme zur Reduzierung der Rußpartikel-Emissionen, wie z.B. Partikelfilter, sind allerdings nur auf die Verbrennung von herkömmlichen fossilen Kraftstoffen abgestimmt.
Neben den verschiedenen Kraftstoffsorten, die an den bekannten Tankstellen zu haben sind, wird vereinzelt „Biodiesel“ nach DIN EN 14214 angeboten.
Dieser Biodiesel ist aber kein reines Naturprodukt. Lediglich die Ausgangsprodukte für die chemische Veresterung sind in Deutschland pflanzliche Öle für RME (Raps-Methyl-Ester). Für FAME (Fettsäuremethylester) werden sowohl tierische Fette als auch pflanzliche Öle eingesetzt. In einem Prozess, in dem ca. 30 % der eingesetzten Energie „verbrannt“ wird und in dem Beiprodukte wie Glyzerin entstehen, wird aus dem relativ zähflüssigen Pflanzenöl und den nahezu festen tierischen Fetten FAME-Kraftstoff, im Volksmund als Biodiesel bezeichnet, produziert.
Das Produkt ist in Bezug auf Viskosität und Verbrennung einem traditionellen Diesel sehr ähnlich. Handicaps sind aber u.a. der höhere Wasseranteil, der die Lebensdauer der Einspritzpumpe reduzieren kann. Die höhere Viskosität kann sich negativ auf die Energieausbeute und den Wirkungsgrad auswirken. Durch den chemischen Prozess entstehen Esterverbindungen, die zu einem Quellen von Kunststoffleitungen und einen Angriff auf Dichtungen führen können. Ein Umrüsten der Bauteile, die mit diesem veresterten „Biodiesel“ in Berührung kommen, ist dringend angeraten. Für den Einsatz in Fahrzeugen mit modernen Abgas-Reinigungssystemen ist Biodiesel völlig ungeeignet.
Pflanzenöl ist naturbelassen und basiert zum größten Teil auf Rapsöl. Bei der Verbrennung verhält sich Pflanzenöl CO2-neutral. Es setzt nur soviel CO2 frei, wie die Pflanzen vorher aufgenommen haben.
Außerdem entstehen keine Schwefelemissionen, die zu saurem Regen beitragen. Mit Ausnahme eines „Weihenstephaner“ Vorschlags, der vor kurzem in einen E DIN 51605 Entwurf übernommen wurde, existieren für Pflanzenöle als Kraftstoffe noch keine verbindliche DIN- oder EN-Norm. Es gibt deutliche Qualitätsunterschiede.
Vor allem bei Verunreinigungen und Beimengungen unterscheiden sich die Sorten. Motoren- oder Fahrzeughersteller haben bisher auch noch keine offiziellen Freigaben für den Betrieb mit Pflanzenölen erteilt. Wichtig ist vor allem, dass auf die Reinheit (Wassergehalt, Metalle wie Phosphor, Magnesium, Kalzium) und den Säuregehalt geachtet wird. Die Reinheit und der Wassergehalt des Pflanzenöls haben erheblichen Einfluss auf die Standzeit des Kraftstofffilters und auf den Verschleiß im Kraftstoffsystem.
Es sollten ausschließlich Vollraffinate mit der Mindestanforderung DIN 51605 verwendet werden. Im Zweifelsfall können die wichtigen Parameter für die Eignung eines Pflanzenöls als Dieselersatz schnell und kostengünstig von OELCHECK überprüft werden.
Pflanzenöl liefert annähernd so viel Energie wie herkömmlicher Diesel (ca. 10% mehr wie Biodiesel). Aber sein Flammpunkt liegt bei ca. 220 °C, der von Diesel bei ca. 60 °C. Außerdem ist Pflanzenöl mit einer Viskosität von 30 - 40 mm2/s um den Faktor 10 „dickflüssiger“ als Diesel, der bei 40 °C nur ca. 2.5 bis 3 mm2/s „dünn“ ist. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt „stockt“ das Öl, d.h. es wird so dick, dass eine Förderung kaum möglich ist. Die Umrüsttechnik macht diese gravierenden Unterschiede wett.
Eine Möglichkeit ist der Umbau des Motors zu einem „Vielstoffmotor“, so wie es schon vor Jahrzehnten beim „Elsbett-Motor“ (siehe <link file:707 _blank Ölchecker sommer>ÖlChecker Sommer 2001) erfolgte. Ein solcher Umbau ist relativ komplex und zeitaufwändig. Für moderne Motoren mit Direkteinspritzung, z. B. Pumpe-Düse oder Common-Rail, wird heute meist das Zwei-Tank-System angewandt. Das Fahrzeug wird mit zwei voneinander unabhängigen Kraftstoffkreisläufen und Tanks ausgestattet. Diese können über Magnetventile gesteuert, wahlweise betrieben werden.
Da das Pflanzenöl so dick wie z.B. Hydrauliköl 46 oder Motorenöl SAE 20W-20 ist und bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt kaum förderbar ist, müssen der Tank und die Kraftstoffleitungen erwärmt und isoliert werden. Größer dimensionierte Kraftstoffleitungen werden angebracht. Alle Leitungen werden wärmeisoliert. Über Wärmetauscher wird die Abwärme aus dem Motorenöl oder dem Kühlwasser statt in den Kühler in den Pflanzenöltank weitergegeben. Ein zweiter Wärmetauscher sitzt im Motorraum. Mit ihm wird das Rapsöl bei Temperaturen von bis zu 100 °C soweit „verdünnt“, dass es annähernd die Viskosität von Diesel hat. So kann für eine optimale Vernebelung und eine vollständige Verbrennung des Pflanzenöls erzielt werden.
Außerdem werden elektromagnetische Ventile, Temperaturregler, eine zusätzliche Kraftstoffpumpe, Steuermodule und verschiedene Kleinteile eingebaut. Im Cockpit gibt es bei der 3E Anlage einen Dreifach-Schalter, welcher den Fahrer über den Betriebszustand informiert und über den der Fahrer die Kraftstoffsorte wählen kann.
Aufpassen sollte man bei Umrüstern, die unter anderem zusätzliche Kraftstoffpumpen anbieten, da die Gefahr sehr groß ist, dass der Kraftstoff (Pflanzenöl) nicht genug aufgeheizt wird und daher eine zusätzliche Kraftstoffpumpe erforderlich ist. Ein zu kalter Kraftstoff kann nicht optimal vernebeln und verbrennen.
Beim Betrieb mit Pflanzenöl ist aber unbedingt zu beachten, dass das Motorenöl in kürzeren Intervallen als üblich gewechselt werden muss. Meist sind im Vergleich zum Dieselbetrieb nur halbierte, meist gar nur ein Drittel der Ölwechselintervalle zu realisieren.
Anstelle der für moderne Öle und LKW-Motoren zulässigen Ölwechselintervalle von mehr als 100.000 km lassen sich beim Rapsölbetrieb oft nur 30.000 bis 40.000 km erreichen. Grundsätzlich sollte jede Kilometerlaufleistung des Motors mit Ölanalysen eingestellt werden.
Kraftstoff kondensiert im Motor, der noch keine Betriebstemperatur erreicht hat oder der im Teillastbetrieb läuft. Zwischen Kolben und Zylinderwand gelangt dieser unverbrannte Kraftstoff in das Kurbelwellengehäuse und damit ins Motoröl. Das dicke Pflanzenöl reichert sich immer mehr an und verändert so die Eigenschaften des Motoröls. Die Oxidation des Rapsöls kann zu einer Bildung von Säuren führen, die nicht von dem auf herkömmlichen Diesel eingestellten Additiven abgepuffert werden. Das Öl kann unkontrolliert eindicken und damit besonders beim Kaltstart zur Mangelschmierung führen.
Ist die Schmierstoffversorgung nicht mehr gegeben, drohen unmittelbar katastrophale Schäden und ein Totalausfall des Motors. Da sich die Betriebsbedingungen für das jeweilige Fahrzeug meist stark ändern, gibt es keine Standardempfehlung für ein verkürztes Ölwechselintervall. Schevel, 3E, Elsbett und nahezu alle anderen Umrüster von Motoren empfehlen ihren Kunden daher, neben der ausschließlichen Verwendung der vom Hersteller freigegebenen Motoröle, OELCHECK-Schmierstoffanalysen in relativ kurzfristigen Intervallen durchführen zu lassen. In einem neu gestalteten Probenbegleitschein fragt OELCHECK ab, ob der Motor auch im Pflanzenölbetrieb läuft. Bei der Analyse wird dann der pflanzliche Kraftstoffanteil sorgfältig kontrolliert und detailliert in Bezug auf notwendige Ölwechselintervalle kommentiert.
Auch wenn das Pflanzenöl vor der Verbrennung im Dieselmotor vorgewärmt oder durch Diesel verdünnt wird, verbrennt es schlechter und kondensiert leichter als Diesel. Aber da Pflanzenöl ähnlich lange Molekülketten wie das Motoröl selbst enthält und die Viskosität von Rapsöl einem SAE 20W-20 Öl entspricht, kann die Konzentration im Motoröl nicht so einfach nachgewiesen werden. Es kann nicht mit der herkömmlichen GC-Technik, sondern nur mit dem Gelpermeationsverfahren entdeckt werden. Eine Analyse dauert mit dieser Technologie allerdings nahezu zwei Stunden und ist deshalb für die Routineanalytik nicht geeignet.
OELCHECK hat deshalb ein hausinternes Verfahren entwickelt. Zur Ermittlung des Pflanzenölanteils in gebrauchten Motorölen wird das Infrarot-Spektrum im Hinblick auf Veränderungen durch das Pflanzenöl detailliert ausgewertet. Der Pflanzenölanteil kann jetzt aus der Veränderung des IR-Spektrums an zwei bestimmten Bandenbereichen errechnet werden.
Da Motoren im Pflanzenölbetrieb, besonders beim Kaltstart und Kurzstreckenbetrieb, auch mit Diesel fahren, erbringt OELCHECK bei der Untersuchung der Motoröle gleich die zweifache Leistung. Mit der Infrarot-Spektroskopie wird das Motoröl auf Pflanzenöl untersucht, mit der <link wiki _blank>GC-Technik auf seinen Gehalt am Diesel.