Biokraftstoffe Unverdünnter Biodiesel für moderne Dieselmotoren

Forschern aus Kaiserslautern, Bochum und Rostock soll es gelungen sein, einen Biodiesel zu entwickeln, der unverdünnt zum Antrieb konventioneller Dieselmotoren genutzt werden kann. Dazu nutzen sie ein Verfahren, mit dem sie die chemischen Eigenschaften von Biodiesel gezielt verändern und ihn neu aufbereiten.

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Bisher kann Biodiesel nicht unverdünnt als Treibstoff in modernen Dieselmotoren zum Einsatz kommen. Da er bei höheren Temperaturen siedet, kann er zu Problemen bei elektronischen Einspritzanlagen und Rußpartikelfiltern führen. Forscher aus Kaiserslautern, Bochum und Rostock wollen das ändern: Sie haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie in der Lage sein sollen, aus konventionellem Biodiesel einen Petrodiesel-ähnlichen Kraftstoff herzustellen, der unverdünnt zum Antrieb von Dieselmotoren verwendet werden kann. Die Forscher stellen ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Science Advances vor.

Biodiesel besitzt andere Eigenschaften als Petrodiesel

Laut einer EU-Richtlinie wird herkömmlichem PKW-Diesel 7 % Biodiesel beigemischt. Bis 2020 soll dieser Anteil auf 10 % steigen. Biodiesel wird in Europa zum Großteil aus Rapsöl gewonnen. Chemisch gesehen besteht er aus langkettigen Kohlenwasserstoff-Verbindungen, sogenannten 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“, erklärt Prof. Dr. Lukas Gooßen, der heute als Evonik-Stiftungsprofessor für Organische Chemie an der Ruhr-Universität Bochum tätig ist, bis letztes Jahr aber noch an der TU Kaiserslautern forschte. Gemeinsam mit seinen beiden damaligen Doktoranden, den Chemikern Kai Pfister und Sabrina Baader vom Sonderforschungsbereich 3-MET der TU Kaiserslautern, soll Gooßen eine Technik entwickelt haben, mit der sie Biodiesel neuartig aufbereiten. „Wir überführen ein Gemisch aus Pflanzenfettestern und Bioethylen, eine weitere chemische Verbindung, fast ohne Energiezufuhr in einen Kraftstoff“, sagt Gooßen. Und der Wissenschaftler weiter: „Dieser kann unverdünnt in modernen Dieselmotoren verbrannt werden.“

Chemische Eigenschaften gezielt verändern

Das Besondere an der neuen Technik: Die Forscher geben an, die chemischen Eigenschaften des Gemisches gezielt verändern zu 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 Gooßen den Prozess. Dadurch änderten sich etwa die Zünd- und Verbrennungseigenschaften des Biodiesels und der Verbrennungsprozess setze bei geringeren Temperaturen ein. „Wir können unseren Biodiesel so an die geltenden Normen für Petrodiesel anpassen“, fährt Gooßen fort. Darüber hinaus sei der Prozess recht umweltschonend: Es würden weder Lösungsmittel benötigt, noch entstünden 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. In ersten Versuchen hat Kai Pfister bereits gezeigt, dass dieser neue Dieselkraftstoff ein Modellauto tatsächlich bewegen kann.

Förderung für Sonderforschungsbereich 3-MET

Die Arbeiten fanden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 3-MET (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.

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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