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11.02.2011

Alternative Kraftstoffe für Dieselmotoren, PÖL und RME

Prinzipiell ist ein Dieselmotorrad a la Sommer ja aktiv gelebter Umweltschutz J
Die CO2 Emission ist lächerlich niedrig, da komme ich mir selbst mit dem SMART wie ein Umwelt Rambo vor.

Schadstoffemission:

CO
0,58 g/km
HC+NOx
0,48 g/km
NOx
0,42 g/km
CO2
46 g/km

Die Langlebigkeit spart extrem Ressourcen ,  Produktion erfordert Energie, Rohstoffe etc., Entsorgung von Altfahrzeugen ist immer Umwelt Belastend.
Das 2011 er Modell wird bis auf wenige Teile komplett in Deutschland produziert und bearbeitet, nicht einfach aus auf dem Weltmarkt erhältlichen Teilen zusammengeschustert. Energieverbrauch für Transportwege entfallen hier weitestgehend. Der Industriemotor von Hatz wird auch in Zukunft noch produziert, mein letztes Motorrad vor der Sommer, eine 650er BMW wurde kurze Zeit später nicht mehr hergestellt, auch renommierte Marken haben nicht immer eine konstante Modellpolitik.
Trotzdem gibt es Fahrer, die aus Gründen der Umwelt oder Kosten, auf alternative Kraftstoffe umsteigen. Hier soll nun nicht die ökologische Seite betrachtet oder bewertet werden, es geht ausschließlich um die Technik.
Zu unterscheiden sind Pflanzenöle (PÖL) und Biodiesel (RME).
Quellen sind Hatz und diverse Publikationen unterschiedlicher Kfz-Hersteller, Dr. Hans Oechsner von Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie, Universität Hohenheim, der mir nach einem Telefonat freundlicherweise die Resultate diverser Untersuchungen und Prüfstandsläufe zur Verfügung stellte. Motoren für Dieselmotorräder sind im Neuzustand nicht billig, daher interessierte mich natürlich der technische Aspekt besonders stark. Wirklich Aussagekräftig sind daher nur Untersuchungen über längere Zeiträume, an der Uni Hohenheim wurde intensiv die Nutzung von Rapsöl untersucht, einmal Prüfstandsläufe über 300 Stunden mit unterschiedlichen Diesel /Rapsöl Mischungen, zum anderen über eine Versuchsreihe im Alltag mit 100 Traktoren verschiedener Hersteller.
Pflanzenöl ist wesentlich dickflüssiger als Diesel und hat ein anderen Zündverzug, d.h. es verbrennt langsamer. Daher wird im LKW oder Schlepperbereich für den Einsatz mit PÖL die Einspritzpumpe entsprechend angepasst

Um Pflanzenöl problemlos als Kraftstoff einsetzen zu können, müssen einige Veränderungen am Fahrzeug vorgenommen werden, denn Pflanzenöl unterscheidet sich wesentlich von Diesel bzw. Biodiesel. So ist Pflanzenöl im Gegensatz zu Biodiesel und Diesel sehr zähflüssig, was gerade bei kalten Temperaturen zu Problemen führen kann.


Zudem besitzt Pflanzenöl ein anderes Zünd- und Verbrennungsverhalten. Diese besonderen Eigenschaften erfordern die Anpassung des Motors an den Kraftstoff (z.B. die Kraftstoffvorwärmung).
Auch dem Motorenöl muss wesentlich mehr Beachtung geschenkt werden, da in den bisher gefahrenen Tests, immer eine Schmieröleindickung eintrat (Eintrag von Pflanzenöl in das Motorenschmieröl). Die Wechselintervalle sind daher, wie beim Biodiesel, zu halbieren.
Bei PKW`s oder LKW`s mit Umrüstsätzen für PÖL erfolgt der Start oft mit Diesel, erst bei Betriebswarmem Motor wird dann auf PÖL umgeschaltet. Bei der Hatz ist auf jeden Fall eine Kraftstoff Vorwärmung einzubauen, in Hamm sah ich eine interessante Konstruktion.



Das grundlegende Problem bei der Nutzung von Rapsöl als Kraftstoff liegt in der thermischen Zersetzung von Ölbestandteilen vor dem Erreichen der Siedetemperatur mit der Folge der Bildung von Ölkohlen. Im Gegensatz zu Dieselkraftstoff ist Rapsöl kein Destillationsprodukt aus einem Raffinerieprozess. Beim Diesel verbleibt die Ölkohle, die sich durch das Zersetzen von Rohölbestandteilen vor dem Verdampfen in den Destillationskolonnen bildet, im Rückstand. Dadurch verdampft
der Diesel beim Einspritzen in den heißen Motorbrennraum beinahe rückstandsfrei. Beim Rapsöl jedoch kommt es, noch bevor es seine Siedetemperatur erreicht, zu thermischen Zersetzungsreaktionen und Zersetzungsprodukten, der Ölkohle bzw. den Verkokungen.
Diese Verkokungen finden sich hauptsächlich an den Einspritzdüsen, in den Kolbennuten der Kolbenringe sowie an den Ventilen.




Durch die Ablagerungen auf den Einspritzdüsen verschlechtert sich die Gemischaufbereitung, was wiederum den Effekt der Verkokung verstärkt. Unverbranntes Rapsöl kann sich an den Zylinderwandungen niederschlagen und ins Motoröl gelangen. Dort vermindert es die Schmierfähigkeit des Motoröls und reagiert unter Umständen mit diesem zu gummiartigen Polymerisaten.



Die Folgen sind Verstopfungen in der Ölpumpe und den Ölkanälen, die letztendlich zu Motorschäden, wie z.B. Kolbenfressern führen. Auch führt die höhere Viskosität des Rapsöls zu einer stärkeren Belastung der Einspritzpumpen. Die Ablagerungen auf den Ventilen bewirken dass sich die Ventilschäfte in den Ventilführungen verklemmen und die Ventilsitze beschädigt werden. Verkokungen in den Kolbennuten vermindern das Stoßspiel der Kolbenringe und erhöhen dadurch den Verschleiß. Dabei ist das Ausmaß der Verkokungen abhängig vom Ort der Gemischbildung, den Brennraumabmessungen, vom Grad einer möglichen Motoranpassung und von den Inhaltsstoffen des Rapsöl sowie den Mischungsverhältnissen und Bestandteilen bei auf Rapsöl basierenden Kraftstoffen, wie beispielsweise Diesel-Rapsöl-Gemisch, Tessol oder Rapsöl-Wasser-Emulsionen






 Die Untersuchungen zeigen, dass es da doch einiges zu beachten gilt. Am besten geeignet sind wohl Vorkammermotoren wie beim alten Golf Diesel.
Direkteinspritzer sind differenziert zu betrachten, siehe Traktoren.
Generell ist ein Betrieb mit langen Standzeiten zwischen den Fahrten ungünstig. Das Öl wird auf jeden Fall erheblich belastet und muss nach der halben Zeit / Kilometer gewechselt werden. Insgesamt liegt bei vielen Motoren ein deutlich höherer Verschleiß vor.


RME (Rapsmethylester)

Wenn man ein nicht RME-festes Fahrzeug mit Biodiesel betankt, zersetzt dieser in kurzer Zeit die Treibstoff führenden Schläuche und Gummidichtungen. Der Grund ist, dass Biodiesel chemisch die Eigenschaften eines Weichmachers hat, und Weichmacher ist auch in den Gummischläuchen enthalten, damit sie nicht spröde werden. Die Schläuche und Dichtungen werden daher durch den zusätzlichen Weichmacher Biodiesel regelrecht "durchweicht".
Ein weiteres Problem stellt der Kraftstoffeintrag ins Motoröl bei direkteinspritzenden Dieselmotoren z.B. Hatz 1B40, dar. Dieses Problem besteht meist dann, wenn der Motor während seiner Betriebsdauer mit langen Leerlauf- und Teillastphasen betrieben wird. Mit sinkender Spritzmenge sinkt auch die Zerstäubungsqualität der Einspritzdüse, wodurch tendenziell mehr unverbrannte Kraftstofftröpfchen an die Zylinderwand und damit in den Schmierkreislauf gelangen. Da RME einen hohen Flammpunkt hat, dünstet es im heißen Motoröl praktisch nicht mehr aus, was zu einer schleichenden Erhöhung der Kraftstoffkonzentration im Motoröl führt. Nun kommt die mangelhafte chemische Stabilität des RME zum tragen: Durch hohe örtliche Temperaturen im Schmierkreislauf zersetzt sich RME allmählich, was zu festen oder schleimartigen Rückständen führt. Dies und die allgemeinen Verschlechterungen der Schmiereigenschaften des Motoröls bei hoher Kraftstoffkonzentration kann zu erhöhtem Motorverschleiss führen. Aufgrund dessen wird bei RME-Betrieb ein halbierter Ölwechselintervall vorgeschrieben.

Für mich überwiegen die technischen Nachteile doch deutlich, zumal das Motorrad ja nur gut 2 Liter braucht :=)

Kleine Ergänzung (September 2012), die oben gezeigte Hatz läuft seit etwa 100.000 km mit Pflanzenöl.



Scheint inzwischen in Deutschland allerdings kaum noch erhältlich. Aber immerhin, der Motor hat es überlebt, die Optik weniger, wird allerdings das ganze Jahr über fast täglich genutzt.

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