Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung zur Vermeidung von höhermolekularen Alterungsprodukten in Mitteldestillaten mit alternativen Komponenten unter anwendungstechnischen Randbedingungen

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Einflüsse der Mitteldestillatzusammensetzung und der Wechselwirkungen mit alternativen Komponenten wie FAME und HVO auf die Sedimentbildungsneigung von Blends zu erfassen. So kann eine Bauteilverlegung gezielt untersucht und Vermeidungsstrategien entwickelt werden, die dazu beitragen, dass die Betriebssicherheit von Mitteldestillatanwendungen wie Heizölbrennersystemen oder Motoren beim Einsatz von Mitteldestillaten mit alternativen Komponenten erhöht wird. Ebenso werden die chemischen Mechanismen, die zur Bildung von Sedimenten führen, im Detail aufgeschlüsselt. Dazu werden eine Langzeitlagerung und eine Gesamtsystembetrachtung durchgeführt und ein Laborprüfverfahren zum Test einzelner Bauteile entwickelt. So sollen sowohl verschiedene Mitteldestillate, als auch die Bauteile die im Kontakt mit diesen stehen, getestet werden. Die Sedimentbildungsmechanismen von Mitteldestillaten sollen mit Analysenverfahren nach Norm und auch mit Detailanalysen aufgeschlüsselt werden. Stoffgruppen, die an der Sedimentbildung beteiligt sind, oder selber Sedimente bilden können identifiziert werden. Weiterhin werden Sedimente typisiert und dem Ausfall von brennstoffführenden Bauteilen zugeordnet. Nur durch die Zusammenarbeit des OWI, welches die anwendungsnahen Untersuchungen durchführt, und des ITMC, welches die Sedimentstruktur analysiert, können die komplexen Randbedingungen der Ablagerungsbildung aufgeschlüsselt werden. Durch Aufschlüsselung der Sedimentbildungsmechanismen können neue Analysenmethoden, Additive und Bauteile entwickelt werden. So kann die Wettbewerbsfähigkeit entsprechender Unternehmen gesteigert werden. Weiterhin können KMUs Produkte gezielt weiter- und neuentwickeln. Auch kann die Betriebssicherheit in der Anwendungstechnik maßgeblich erhöht werden, sodass Anlagenausfälle und mögliche Regressverfahren vermieden werden können.

Der konkrete Nutzen ist darin zu sehen, dass bei den untersuchten Komponenten potentielle Schwachpunkte aufgezeigt werden, sowie bei den Mitteldestillaten die Veränderungen bei der Alterung näher untersucht werden und so Ansatzpunkte für eine entsprechende Entwicklung wirksamer Additive identifiziert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt sollte die Bildung von Ablagerung genauer untersucht werden, und daraus Maßnahmen zur Vermeidung von Ablagerungen abgeleitet werden. Es wurden zwei verschiedene Ablagerungstypen gefunden und ihre Zusammensetzung entschlüsselt. Im Falle der Ablagerungen aus der Lagerung handelt es sich um Monoglyceride aus der FAME-Produktion. Aufgetreten sind die Ablagerungen bei kleinen Temperaturen (<10 °C) in reinem FAME sowie in B20. Die Zugabe von Additiven hat die Bildung der Ablagerungen verhindert. Vermutlich führt die Alterung des Öls dazu, dass diese Bestandteile ausfallen. Maßnahmen zur Vermeidung solcher Ablagerungen sind die vollständigere Umsetzung oder bessere Aufreinigung der FAME vor der Verwendung. Im Prüfstand wurden Ablagerungen gefunden, die aus oxygenierten FAME, langkettigen Alkanen, und aus Polyaromaten bestehen. Diese Ablagerungen sind nur in FAME-haltigen Brennstoffen in größeren Mengen aufgetreten. In FAME-freien Versuchen fanden sich kleine Ablagerungsmengen im Inneren der Bauteile. Hier wurden auch Additive eingesetzt, diese konnten jedoch nur den Ausfall des Prüfstands leicht verzögern. Ablagerungen traten auch mit den Additiven auf. Die gefundenen Ablagerungen unterschieden sich nicht von denen, welche ohne Additive entstanden sind.

Da in den betriebenen Einzelkomponentenprüfständen weder Ausfälle noch große Ablagerungsmengen aufgetreten sind, können Rückschlüsse auf die notwendigen Bedingungen zur Ablagerungsbildung gezogen werden. Im ATES-Prüfstand treten Temperaturen bis zu 110 °C auf, während die Höchsttemperatur in den Einzelkomponentenprüfständen 45 °C beträgt. Es ist bekannt, dass erhöhte Temperaturen Reaktionen beschleunigen, und bei der Heizölalterung neue Reaktionswege eröffnen. Es ist also ratsam, hohe Temperaturen für Brennstoffe während der Lagerung zu vermeiden.

Die Brennstoffe mit FAME-Anteil haben sich als anfällig für die Ablagerungsbildung erwiesen. Mit passender Additivierung kann das Langzeitverhalten verbessert werden.