Forschung
Biokraftstoffe
Biokraftstoff aus Reststoffen – Interdisziplinärer Ansatz zur Entwicklung eines Bio-Gerätebenzin aus pflanzlichen Reststoffen.
Projektpartner
Die MOT Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Motorentechnik, Optik und Thermodynamik mbH und seine Projektpartner haben sich zum Ziel gesetzt, ein speziell für den Einsatz in Kleinmotoren abgestimmtes Bio-Gerätebenzin zu entwickeln. Hierfür befasst sich das Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit der Herstellung des Kraftstoffes. Weitere Projektpartner sind das Institut für Kälte-, Klima-, und Umwelttechnik (IKKU) und das Institut für Energieeffiziente Mobilität (IEEM) der Hochschule Karlsruhe (HsKA). Neben dem Bau einer Prüfeinrichtung, in der verschiedene Umwelteinflüsse simuliert werden können, befassen sie sich mit der motorischen Untersuchung der zu entwickelnden Kraftstoffe. Unterstützung erfährt das Vorhaben auch vonseiten der Industrie.
Carbon Footprint
Aktuell verfügbare Gerätebenzine basieren ausschließlich auf fossilen Rohstoffen. Da ein Großteil der Anwender traditionell aus der Forst- und Landwirtschaft stammt, ist mit einer positiven Reaktion auf alternative Kraftstoffe zu rechnen, die aus pflanzlichen Reststoffen, wie Stroh und Restholz hergestellt werden. Neben dem Mangel geeigneter Bio-Gerätebenzine am Markt spielt auch der Emissionsschutz eine sehr wichtige Rolle. Durch den neu entwickelten und auf Kleinmotoren abgestimmten Kraftstoff wird mit einer Reduktion der Schadstoffemissionen gerechnet. Insbesondere die Verwendung von pflanzlichen Reststoffen, die kurzen Transportwege solcher Rohstoffe und die umweltschonende Herstellung der Kraftstoffe sollen den Carbon Footprint (CO2-Bilanz) deutlich senken.
Projektziel
Ziel dieses durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft geförderten Projekts ist die Entwicklung von speziell für den Einsatz in Kleinmotoren maßgeschneiderten Bio-Gerätebenzinen. Dabei sollen diese bis zu 100% auf der Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt werden. Das Projekt ermöglicht somit eine weitere Verwendungsmöglichkeit von pflanzlichen Reststoffen. Ein weiteres Ziel ist die Markteinführung eines solchen Biokraftstoffs für Kleinmotoren.
Ethanol als Biokraftstoff
Alternative Kraftstoffe versprechen enorme Vorteile gegenüber erdölbasierten Kraftstoffen bezüglich einer langfristigen Verfügbarkeit und einer effektiven Reduktion von Treibhausgasemissionen (Gesamtbilanz). Eine technologische Optimierung der Verbrennung biobasierter Kraftstoffe birgt ein zusätzliches Potenzial zur Emissionsreduktion. Als biobasierte Komponente in Ottokraftstoffen kommt aktuell weltweit hauptsächlich Ethanol aus Mais oder Zuckerrohr zum Einsatz. Allerdings bringt Ethanol technische Nachteile mit sich, wie eine schlechtere Materialverträglichkeit und einen geringeren Energiegehalt verglichen mit konventionellen Kraftstoffen.
Biokraftstoffe der zweiten Generation
Neue Biokraftstoffe, wie Butanol oder benzinähnlicher BTL-Kraftstoff (Biomass To Liquid), weisen diese Nachteile nicht bzw. im geringeren Umfang auf. Solche Kraftstoffe sind zudem ohne Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion herstellbar und werden als Biokraftstoffe der zweiten Generation klassifiziert. Motorische Untersuchungen zum Einsatz dieser Biokraftstoffe der Zukunft in Kleinmotoren wurden jedoch bislang nicht in ausreichendem Umfang durchgeführt.
Derivate von Biokraftstoffen
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden die Biokraftstoffe der zweiten Generation aus (Ligno-) Cellulose, die vorzugsweise aus Reststoffen der Land- und Forstwirtschaft oder von Energiepflanzen stammt, gewonnen. [1,2] Im Vergleich zu den Biokraftstoffen der ersten Generation wird aufgrund der erweiterten Rohstoffbasis nicht nur eine effizientere Produktion sondern auch eine deutlich günstigere CO2-Bilanz erreicht. Darüber hinaus gilt diese Art der Gewinnung der erneuerbaren Rohstoffe als besonders nachhaltig und zudem wird eine direkte Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden. Zu den wichtigsten Biokraftstoffen der zweiten Generation zählen Wasserstoff, synthetisches Erdgas (Synthetic Natural Gas, SNG), aus Cellulose gewonnenes Ethanol, Butanol und HTU-Diesel (HTU = HydroThermal Upgrading) sowie die BTL-Kraftstoffe (BTL = Biomass To Liquid), die aus Synthesegas hergestellt werden, welches über Biomassevergasung gewonnen wird. Letztere umfassen Methanol, Ethanol, Dimethylether (DME), BTL-Benzin und BTL-Diesel.
Abbildung 1
Emissionen aromatischer Kohlenwasserstoffe bei Verwendung von Kraftstoffen mit biogenen Anteilen. [3]
Referenzen:
[1] www.biofuelstp.eu
[2] www.refuel.eu/biofuels
[3] Bertsch, M.; Beck, K.W.; Spicher, U.; Kölmel, A.; Dawin, U.; Lochmann, H.; Schweiger, S. (2012): „Influence of the Type of Alcohol and its Concentration in Alcohol-Fuel Mixtures on the Combustion and Emission Behaviour of Small Two-Stroke SI Engines“, 18th Small Engine Technology Conference, Madison, Wisconsin, USA, SAE 2012-32-0038
[4] Dageförde, H., Koch, T., Beck, K., and Spicher, U., „Influence of Fuel Composition on Exhaust Emissions of a DISI Engine during Catalyst Heating Operation,“ SAE Int. J. Fuels Lubr. 6(3):2013, doi:10.4271/2013-01-2571.
[5] Hampe, C.; Bertsch, M.; Beck, K.W.; Spicher, U., et al.: “Influence of High Frequency Ignition on the Combustion and Emission Behaviour of Small Two-Stroke Spark Ignition Engines”, 19th Small Engine Technology Conference, Taipei, Taiwan, SAE 2012-32-9144
[6] Beck, K.W., Bertsch, M.; Spicher, U., et al:” Is a High Pressure Direct Injection System a Solution to Reduce Exhaust Gas Emissions in a Small Two-Stroke Engine?”, 19th Small Engine Technology Conference, Taipei, Taiwan, SAE 2012-32-9143