Ölpresse NF 500 - Pflanzenöl Fachmagazin

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10 Technische Nutzung Langzeitstabilisierung von Pflanzenölkraftstoffen mit Antioxidantien Lagerstudie und Praxiseinsatz Der Einsatz von Antioxidantien ist beim Gebrauch von Rapsölkraftstoff ratsam, weil diese Kraftstoffe strukturbedingt besonders leicht einer oxidativen Alterung unterliegen. Dies führt zu einer Erhöhung der Viskosität, der Säurezahl und der Neigung zur Ablagerungsbildung/Verharzung an Motorbauteilen. Bei einem Motorschaden muss der Betreiber nachweisen, dass sich zum Zeitpunkt des Schadens im Fahrzeugtank normgerechter Kraftstoff befand. Die Einhaltung des Grenzwertes für die Oxidationsstabilität ist deshalb nicht nur bei Auslieferung des Kraftstoffes, sondern über den gesamten Einsatzzeitraum beim Anwender zu gewährleisten. Erfahrungsgemäß ist dies zurzeit oft nicht der Fall. Die hier präsentierten Ergebnisse waren Teil des Projektes „Langzeitstudie über den Einsatz von Antioxidantien an Rapsölkraftstoff in der Praxis“. Diese Studie wurde gefördert durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FKZ 22023206), die Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e.V. (Projekt-Nr. 540/072) sowie das Centre for Sustainable Energy Research e.V.. Oxidationsstabilität von Rapsölkraftstoffen Es ist bekannt, dass die Qualität von Rapsölkraftstoff durch mehrere Faktoren (Lagerbehälter, Leichteinwirkung, Temperatur) beeinflusst wird [1]. Frühere Studien belegen, dass zur Gewährleistung einer normgerechten Rapsölkraftstoffqualität bzw. der geforderten Lagerstabilität eine frühzeitige Additivierung mit einem Antioxidationsmittel erforderlich sein kann [2], [3]. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen war daher die realitätsnahe Langzeitverfolgung der Lagerstabilität von Rapsölkraftstoff, wobei ein direkter Vergleich von unverändertem Rapsöl und Rapsöl, welches mit einem wirksamen Antioxidans (0,1 %) stabilisiert wurde, erfolgte. Das Antioxidans „Baynox® Plus“ wurde von der Fa. Lanxess Deutschland GmbH, D-51369 Leverkusen, zur Verfügung gestellt. Unter gleichzeitiger Variation des Behältermaterials (Stahl, Polyethylen) wurden zwei verschiedene Rapsölqualitäten (Rapsölraffinat, kaltgepresstes Rapsöl) über die Dauer von 930 Tagen im Tagesgang gelagert. In Abbildung 1 ist der Aufbau des Rapsöllagers dargestellt. Im Rahmen der Lagerstudie wurden un- Pflanzenöl 1 / 2011 Abb. 1: Aufbau des Rapsöllagers ter anderem die Oxidationsstabilität bei 110 °C (gemäß DIN EN 14112), die Säurezahl (DIN EN 14104) sowie der Wassergehalt (DIN EN ISO 12937) analysiert und überprüft. In Abbildung 2 ist die Oxidationsstabilität von kaltgepresstem Rapsöl in Abhängigkeit von der Lagerdauer und dem Behältermaterial dargestellt. Wie aus Abbildung 2 erkennbar ist, sinken die Oxidationsstabilitäten der beiden unadditivierten Rapsölproben („PE_p“, „Stahl_p“) nach einer Lagerdauer von etwa 350 Tagen unter den Grenzwert (6 Stunden). Es können hierbei keine signifikanten Unterschiede in Abhängigkeit vom Tankmaterial festgestellt werden. Dem- gegenüber liegen die Oxidationsstabilitäten der stabilisierten Proben („PE_a“, „Stahl_a“) über dem Versuchszeitraum deutlich oberhalb von 20 Stunden. Die Analyse weiterer kraftstoffrelevanter Parameter (Wassergehalt, Säurezahl) ergab keine wesentlichen Beeinträchtigungen des Rapsölkraftstoffes in Abhängigkeit von der Lagerdauer, dem Behältermaterial sowie dem Antioxidationsmittelgehalt. Die entsprechenden Kennwerte des Rapsölraffinats lagen jeweils in der gleichen Größenordnung. Hierbei konnten ebenfalls keine signifikanten Unterschiede bezüglich Antioxidansgehalt und Behältermaterial festgestellt werden. Abb. 2: Oxidationsstabilität des kaltgepressten Rapsöls bei 110 °C mit und ohne Antioxidanszusatz in Abhängigkeit vom Tankmaterial, a - additiviert, p - pur.
In umfassenden Laboruntersuchungen wurde die Wirksamkeit des Antioxidans‘ weitergehend analysiert. So konnte durch die Zugabe von Baynox Plus ein vorgealtertes Rapsöl mit einer unzureichendenAusgangsoxidationsstabilität von 3 Stunden erfolgreich auf 10 (+0,1 % Baynox® Plus) bzw. 44 Stunden (+0,5 % Baynox® Plus) stabilisiert werden (vgl. Tab. 1). Bemerkenswert ist, dass die nachadditivierten Rapsölproben den Grenzwert gemäß DIN 51605 (sechs Stunden) sicher über eine Lagerdauer von 80 Tagen bei Raumtemperatur einhalten, wohingegen die Oxidationsstabilität des unbehandelten Rapsöls innerhalb des gleichen Zeitraums auf etwa 1 Stunde sinkt. Praxiseinsatz von Antioxidantien Der zweite Projektschwerpunkt war die wissenschaftliche Begleitung eines Feldtestes. Hierbei wurde der Praxiseinsatz des Antioxidationsmittels an einem Schlepper im Rapsölbetrieb erprobt. Ziel des Feldtests war die Überprüfung möglicher Auswirkungen des Additivs auf den Motorbetrieb. Die Feldversuche wurden durch das Institut für ökologischen Landbau (Johann Heinrich von Thünen-Institut) in Trenthorst vom 01.03.2009 bis 31.12.2009 durchgeführt. Es wurden zwei baugleiche Ein-Tank- Schlepper (John Deere 7920, Umrüster: Vereinigte Werkstätten für Planzenöltechnologie) mit Common Rail-Technologie im Pflanzenölbetrieb betreut (Abb. 3). Die technischen Daten des Pflanzenölschlep- Abb. 3: Schmierölkennwerte des Versuchsschleppers OD-19 in Abhängigkeit von den gefahrenen Betriebsstunden pers sind in Tabelle 2 aufgelistet. Der Referenzschlepper (Kfz-Kennzeichen OD-8) wurde mit reinem Rapsölraffinat aus der Hoftankstelle betrieben, während der Versuchsschlepper (Kfz-Kennzeichen OD-19) mit stabilisiertem Rapsölraffinat (Zugabe von 0,1 % Baynox® Plus) betrieben wurde. Im Abstand von 50 Betriebsstunden (Bh) wurden Motorenölproben entnommen und nachfolgend die kinematische Viskosität bei 40 °C (ASTM D 7042), der Rußgehalt (DIN 51452) sowie der Pflanzenölgehalt (IR-Methode) analysiert (vgl. Abb. 4). Technische Nutzung Tab. 1: Oxidationsstabilität von vorgealtertem Rapsölraffinat bei 110 °C in Abhängigkeit von der Baynox® Plus-Konzentration und der Lagerdauer Zusatz Baynox® Plus [%] Oxidationsstabilität bei 110 °C [h], t = 0 d Oxidationsstabilität bei 110 °C [h], t = 80 d 0,0 3,1 1,1 0,1 10,4 9,1 0,5 44,1 41,6 Tab. 2: Technische Daten des Pflanzenölschleppers John Deere 7920 Kenngröße Einheit Wert Zylinderhub mm 129 Zylinderbohrung mm 116 Anzahl Zylinder - 6 Hubvolumen cm³ 8.100 Nenndrehzahl min-1 2.100 Nennleistung kW 147 Maximales Drehmoment Nm 969 bei 1.400 min-1 Einspritzsystem - Hochdruck Common Rail Ventile - 2 Ventiltechnik Abgasnorm - EURO II Abgasturbolader - Turbolader mit Luft-zu-Luft Ladeluftkühlung Der Versuchsschlepper OD-19 wurde im Rahmen dieses Projekts 700 Bh ohne Schmierölwechsel betrieben. Die Kriterien für einen Ölwechsel liegen bei einem Viskositätsunterschied zwischen Frischöl und Gebrauchtöl von mehr als 25 %, einem Rapsölgehalt über 10 % und einem Rußgehalt von mehr als 3 %. Sobald einer dieser Parameter überschritten wird, wird ein Schmierölwechsel empfohlen, um Schäden am Fahrzeug zu verhindern. Anhand der ermittelten Kennwerte bestand jedoch keine Veranlassung bei 700 Bh einen Schmierölwechsel durchführen. Der Referenzschlepper OD-8 wurde im Rah- Abb. 4: Alle 50 Betriebsstunden wurde eine Motorprobe entnommen und die kinematische Viskosität bei 40 °C (ASTM D 7042) kontrolliert, sowie Ruß- und Pflanzenölgehalt (DIN 51452 und IR-Methode) analysiert. Pflanzenöl 1 / 2011 11
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