Maßgeschneiderter Biokraftstoff

Unverdünnt für Dieselmotor einsetzbar

Forscher aus Kaiserslautern, Bochum und Rostock haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie aus konventionellem Biodiesel bei niedrigeren Temperaturen einen Petrodiesel-ähnlichen Kraftstoff herstellen. Dieser kann unverdünnt in modernen Dieselmotoren zum Einsatz kommen.

Das neue Verfahren wurde im Sonderforschungsbereich (SFB) "3MET" an der TU Kaiserslautern entwickelt. (Im Bild: Agostino Antonio Biafora und Annika Bernhardt vom SFB 3MET.). Foto: TUK, Thomas Koziel.

Laut einer EU-Richtlinie wird herkömmlichem Pkw-Diesel 7 % Biodiesel beigemischt. Bis 2020 soll dieser Anteil auf 10 % steigen. Aus technischer Sicht ist dies jedoch schwierig. Biodiesel siedet bei höheren Temperaturen als konventioneller Diesel-Kraftstoff, was zu Problemen bei elektronischen Einspritzanlangen und Rußpartikelfiltern führen kann.

Biodiesel wird in Europa zum Großteil aus Rapsöl gewonnen. Chemisch gesehen besteht er aus Fettsäuremethylestern. Er besitzt andere Eigenschaften als Diesel, der aus Mineralöl gewonnen wird. Der Siedepunkt ist zum Beispiel deutlich höher. Dadurch verdampft Biodiesel nur unvollständig und lagert sich auf Motorteilen ab. Dies macht ihn als alleinigen Kraftstoff ungeeignet. Einspritzpumpen, Dichtungen und Schläuche müssten anders konstruiert sein. „Autos, die mit reinem Biodiesel betankt werden, benötigen eigens dafür konzipierte Motoren“, sagt Professor Dr. Lukas Gooßen.

Gemeinsam mit den Chemikern Kai Pfister und Sabrina Baader vom Sonderforschungsbereich „3MET“ der TU Kaiserslautern hat Gooßen eine Technik entwickelt, in der sie Biodiesel neuartig aufbereiten. „Wir überführen ein Gemisch aus Pflanzenfettestern und Bioethylen, eine weitere chemische Verbindung, fast ohne Energiezufuhr in einen Kraftstoff“, sagt der Professor. „Dieser kann unverdünnt in modernen Dieselmotoren verbrannt werden.“

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Biodiesel nach Maß

Das Besondere an der neuen Technik ist, dass die Forscher die chemischen Eigenschaften des Gemisches gezielt verändern können. „Wir kombinieren hierbei zwei katalytische Verfahren, mit denen wir die langkettigen Fettsäureester des Biodiesels in eine Mischung aus Verbindungen mit kürzeren Ketten umwandeln“, erläutert er den Prozess. Dadurch ändern sich etwa die Zünd- und Verbrennungseigenschaften des Biodiesels. So setzt der Verbrennungsprozess bei geringeren Temperaturen ein. „Wir können unseren Biodiesel so an die geltenden Normen für Petrodiesel anpassen“, fährt Gooßen fort. Darüber hinaus ist der Prozess recht umweltschonend: Es werden weder Lösungsmittel benötigt, noch entstehen Abfallprodukte.

Die beiden Verfahren wurden in mathematischen Simulationen von Mathias Baader von der TU Kaiserslautern aufeinander abgestimmt. Silvia Berndt von der Universität Rostock hat zudem den Nachweis erbracht, dass das Gemisch die strikte Norm (EN 590) für moderne Dieselmotoren erfüllt.

Die Arbeiten fanden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „3MET“ (SFB/TRR 88 „Kooperative Effekte in homo- und heterometallischen Komplexen“) an der TU Kaiserslautern und des Excellenzclusters „Resolv“ („Ruhr Explores Solvation“) an der Ruhr-Universität Bochum statt. Gefördert wurden sie zudem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt und der Carl-Zeiss-Stiftung.

Gooßen ist Evonik-Stiftungsprofessor für Organische Chemie an der Ruhr-Universität Bochum. Bis letztes Jahr forschte er an der TU Kaiserslautern, wo die neue Technologie entwickelt wurde. Seine Doktoranden Kai Pfister und Sabrina Baader haben ihre Promotion in der Zwischenzeit beendet und arbeiten nun in der Industrie.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht: „Biofuel by isomerizing metathesis of rapeseed oil esters with (bio)ethylene for use in contemporary diesel engines“. DOI: 10.1126/sciadv.1602624

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