Ganzheitliche Betrachtung von biogenen Kraftstoffen

Bei Pflanzenöl erfolgt die Anpassung des Motors an die besonderen Kraftstoffeigenschaften. Der umgekehrte Fall liegt bei PME vor. Hier wird der Kraftstoff an den Motor angepasst. Praktisch alle Dieselmotoren sind für den Betrieb mit PME geeignet. Das einzig auftretende Problem kann bei der Materialverträglichkeit von Kunststoffen (Dichtungen, Leitungen, usw.) mit PME bestehen. Durch geeignete Materialauswahl ist dieses Problem relativ leicht zu beseitigen. Daher kann PME kurzfristig in Fahrzeugen eingesetzt werden. PME kann in konventionellen Dieselmotoren zum einen als Reinkraftstoff oder zum anderen als Diesel-PME-Mischkraftstoff genutzt werden. Der Einsatz von PME bringt energetisch keine relevanten Vor- oder Nachteile. Allerdings tritt eine Reduzierung der Motorleistung von ca. 7% auf. [...]

Pflanzenöl kann sowohl als Rein- als auch als Mischkraftstoff mit Dieselkraftstoff in Dieselmotoren eingesetzt werden. Üblicherweise erfolgt die Verwendung von reinem Pflanzenöl in modifizierten Dieselmotoren, da zum einen keine Mineralölsteuer auf Pflanzenöle erhoben wird und zum anderen das geringe Gefährdungspotenzial (z.B. Gewässerschutz) von Interesse ist. Beim Einsatz von Reinkraftstoff ist zu berücksichtigen, dass Pflanzenöl sich vom Dieselkraftstoff neben der chemischen Zusammensetzung in den physikalischen Eigenschaften, vor allem in der Viskosität, Dichte, Zündwilligkeit, Filtrierbarkeit, im Siedeverlauf und im Flammpunkt unterscheidet. Beim Einsatz in den häufig verwendeten Dieselmotoren mit MehrlochDirekteinspritzung führt dies bei unmodifizierten Motoren zu Problemen, die einen Dauerbetrieb ausschließen. Es bilden sich Rückstände beim Verbrennungsprozess, insbesondere an Einspritzdüsen, Zylinderböden, Ventilen, Kolbenwänden und Kolbenringen. Diese Ablagerungen können durch ein angepasstes Verbrennungsverfahren verhindert werden. Dabei muss die Verbrennung an den veränderten Zündverzug und die Einspritzstrahl-Auflösung des Pflanzenöls angepasst sein. Aufgrund der stark temperaturabhängigen Viskosität müssen Maßnahmen für den sicheren Kaltstart und Kaltlauf getroffen werden. Die wichtigste Maßnahme ist die Verminderung der Bildung von Polykondensaten, Rückständen und Ablagerungen im Verbrennungsraum. Hierzu werden derzeit zwei Verbrennungsverfahren eingesetzt: Vorkammer- oder Wirbelkammerverfahren Duotermverfahren [...]

Als wichtiges regeneratives Verfahren der Wasserstoffherstellung wird derzeit die Vergasung und Pyrolyse von Biomasse mit anschließender Shift-Reaktion (Konvertierung von Kohlenmonoxid und Wasserdampf in Kohlendioxid und Wasserstoff) angesehen. Konkret sieht der Prozess folgendermaßen aus: in der ersten Stufe wird der Energieträger zusammen mit Wasser auf 800-900 °C erhitzt. Durch diese thermische Zersetzung der Biomasse fallen in einer ersten Phase Koks, Methanol und andere Gase an. In der zweiten Phase entsteht dann durch die Reaktion mit Sauerstoff, Luft oder Wasserdampf ein Gasgemisch mit etwa 20%H2, 20%CO, 10%CO2, 5%CH4 und 45%N2. Bei der nun folgenden Shift-Reaktion folgt die Umwandlung des Mischgases in ein wasserstoffreiches Gas. Dies entsteht über eine endotherme Reaktion mit Wasserdampf. In einem letzten Schritt wird das erhaltene wasserstoffreiche Gas gereinigt, so dass reiner Wasserstoff anfällt. [...]