ETF-Webinar wirbt für den Nutzen von erneuerbarem Diesel, Biodiesel und Additiven zur Dekarbonisierung

Bei einem kürzlich abgehaltenen Webinar des Engine Technology Forum (ETF), in dem es um verschiedene Innovationen bei Verbrennungsmotoren ging, standen alle Bereiche von der Kraftstoffquelle über die Effizienz bis hin zu den Emissionen im Mittelpunkt.

„Heute treibt der Verbrennungsmotor wichtige Sektoren unserer Weltwirtschaft an“, sagte Allen Schaeffer, Geschäftsführer der ETF, „von der Landwirtschaft über industrielle Anwendungen bis hin zum öffentlichen Nahverkehr, der Bahn und dem Lkw-Verkehr.“

Er fügte hinzu, Verbrennungsmotoren seien ein Schlüssel zur US-Wirtschaft und zur Energiezukunft des Landes. „Und das aus mehreren Gründen, die wir heute erläutern werden: der höheren Effizienz der Technologie, ihrer Fähigkeit, noch geringere Emissionen zu erzielen, und der Rolle, die nachhaltige und erneuerbare Kraftstoffe in diesem zukünftigen Bestreben spielen.“

Der erste Teil des Webinars konzentrierte sich auf erneuerbare Kraftstoffe. Steve Howell, Gründungspartner von Marc-IV (M4) Consulting und Vorsitzender der Biodiesel-Arbeitsgruppe der American Society of Testing and Materials (ASTM), eröffnete das Gespräch. Er sprach über die Bedeutung der kurzfristigen und zukünftigen CO2-Reduktion durch den Einsatz von Dieselkraftstoffen auf Biomassebasis, insbesondere erneuerbarem Diesel und Biodiesel.

Flüssige Solarenergie

Laut Howell wurde die Biomasse-Dieselindustrie zunächst durch die Notwendigkeit vorangetrieben, überschüssiges Sojaöl zu nutzen. Später konzentrierte man sich auf die Energieunabhängigkeit. Heute sieht die Lage jedoch anders aus.

„Die treibende Kraft ist derzeit Kohlenstoff“, sagte Howell. Er erklärte, dass der Anbau von Biomasse-Diesel der Luft Kohlendioxid (CO2) entzieht. Bei der Verbrennung des Kraftstoffs wird CO2 wieder in die Luft freigesetzt.

„Der Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre reduziert sich über den gesamten Lebenszyklus um etwa 70 Prozent“, sagte Howell. „Wir gehen davon aus, dass die gesamte Energie für den Anbau und die Produktion des Kraftstoffs aus fossilen Quellen stammt. Mit der Dekarbonisierung der Energie wird sich diese CO2-Reduktion über den gesamten Lebenszyklus dem Netto-Null ...

Er fügte hinzu, dass die Industrie dazu neige, Biomasse-Diesel als „flüssige Solarenergie“ zu betrachten, weil „die Energie der Sonne den Kraftstoff wachsen lässt und wir ihn in einem Kraftstoff und nicht in einer Batterie speichern.“

CO2-Zeitwert

Wenn es um die Reduzierung der CO2-Emissionen gehe, sei es der Zeitwert des Kohlenstoffs, der diese Bemühungen so dringlich mache, erklärte Howell.

„Kohlenstoff reichert sich in der Atmosphäre an“, sagte er. „Der Kohlenstoff, den wir heute freisetzen, ist auch im nächsten Jahr noch da. Der Kohlenstoff, den wir in den letzten beiden Jahren freigesetzt haben, ist auch noch da. Der Kohlenstoff in der Atmosphäre reichert sich also an. Und für jede fünfjährige Verzögerung müssen wir die Kohlenstoffemissionen 13-mal stärker reduzieren, um die gleiche Klimawirkung zu erzielen.“

Laut Howell ist es sinnvoller, die CO2-Emissionen heute zu senken, als auf zukünftige Technologien zu warten. Das ist auch der Grund, warum die Verwendung von Dieselkraftstoff auf Biomassebasis in den letzten Jahren so stark zugenommen hat.

„Der Verbrauch in der Branche ist insbesondere in den letzten 15 Jahren deutlich gestiegen“, sagte Howell und verwies auf das Wachstum aller biomassebasierten Kraftstoffe, darunter nachhaltiger Flugkraftstoff und erneuerbares Heizöl. „2010 produzierten wir etwa 750 Millionen Liter Kraftstoff. Im vergangenen Jahr waren es über 18 Milliarden Liter, und erneuerbarer Diesel setzt sich zunehmend auf dem Markt durch. In Nordamerika liegt das Verhältnis von erneuerbarem Diesel und Biodiesel heute bei etwa 50 %.“

Laut Howell besteht die langfristige Vision der Branche darin, bis 2030 mehr als 6 Milliarden Gallonen Biomassekraftstoff zu produzieren und bis 2050 die Marke von 15 Milliarden Gallonen zu erreichen.

„Wir verfügen derzeit über genügend zusätzliche Rohstoffkapazitäten, um weitere 1,8 Milliarden Gallonen zu verarbeiten“, sagte er. „Wir planen, in Zukunft die Erträge aus Pflanzenölen zu steigern, die heimische Ölsaatenverarbeitung zu erweitern, die Produktion von Altspeiseölen und anderen Produkten zu erhöhen – neue Anwendungsmöglichkeiten.“

Weitere Vorteile von Biomasse

Neben der Dekarbonisierung bieten Biodiesel und erneuerbarer Diesel noch weitere Vorteile für Motoren. Dazu gehört die Reduzierung von Feinstaub (PM).

„Der Auspuffausstoß ist aufgrund des Abgasnachbehandlungssystems sehr niedrig“, sagte Howell. „Aber auch außerhalb des Motors sehen wir eine Reduzierung der Partikelemissionen. B20 weist eine deutliche Reduzierung der Ausstoßmenge auf. Das könnte die Regenerationshäufigkeit des Dieselpartikelfilters (DPF) tatsächlich reduzieren, was sich langfristig positiv auf zukünftige Systeme auswirken könnte.“

Er fügte hinzu, dass erneuerbarer Diesel wahrscheinlich zu einer solchen Partikelreduzierung führen werde, da er dem B20-Biodiesel in etwa ähnele.

Ein weiterer Vorteil, auf den Howell hinwies, betraf die Schmierfähigkeit.

„Als wir den Schwefel aus dem Dieselkraftstoff entfernten, benötigten sowohl erneuerbarer Diesel als auch konventionelle Erdölkraftstoffe eine Art Schmierstoffzusatz“, sagte Howell. „Biodiesel kann dieser Schmierstoffzusatz sein. Mehr Schmierfähigkeit würde zudem weniger Verschleiß an Motorteilen und Kraftstoffpumpen bedeuten. Daher erfreuen sich Kraftstoffkombinationen zunehmender Beliebtheit und erobern den Markt.“

Mary Dery, technische Direktorin für Hochleistungsadditive beim Spezialchemieunternehmen Innospec, folgte Howell in der Präsentation und wiederholte diese zusätzlichen Vorteile.

„Die Schmiereigenschaften haben sich verändert“, sagte sie. „Auch die Oxidationseigenschaften haben sich verändert. Zu den Vorteilen gehören eine geringere Verschmutzung der Einspritzdüsen und allgemein weniger Partikelemissionen.“

Additive Unterstützung

Nach Derys Erfahrung können bestehende Dieselmotoren, die mit herkömmlichem Dieselkraftstoff mit extrem niedrigem Schwefelgehalt (ULSD) betrieben werden, durch die Verwendung geeigneter Kraftstoffzusätze dekarbonisiert werden.

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Dery sagte beispielsweise, dass unbehandeltes ULSD im Feld zu einer Verschmutzung der Einspritzdüsen führen könne, was wiederum zu einer geringeren Kraftstoffeffizienz führe und eine häufigere Regeneration des DPF erforderlich mache, manchmal sogar im Leerlauf.

„Letztendlich wird mehr Kraftstoff verbraucht, was bedeutet, dass mehr Kohlendioxid entsteht“, sagte sie. „Es entstehen viel mehr Kohlenwasserstoffe und Feinstaub.“

Eine Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von aufbereitetem Kraftstoff, der verschiedene Additive enthält:

• Schmierfähigkeitsverbesserer
• Kaltfließverbesserer (CFI)
• Korrosionsinhibitoren (CI)
• Detergenzien, auch Deposit Control Additives (DCA) genannt

Solche Additive können Einspritzdüsen reinigen – und sauber halten.

„Das bedeutet, dass die Löcher offen bleiben – komplett offen“, sagte Dery und fügte hinzu: „Die Verbrennung wird besser und der Kraftstoffverbrauch sinkt. Es gibt weniger DPF-Ablagerungen. Ein DPF bleibt länger sauber. Sie verbrauchen weniger Kraftstoff und haben insgesamt weniger Emissionen.“

Als Beispiel erläuterte Dery einen Versuch, der mit einem Ackerschlepper durchgeführt wurde, der mehr als 1.800 Betriebsstunden auf dem Buckel hatte und aufgrund der Verwendung von unbehandeltem Dieselkraftstoff schwere Ablagerungen an den Einspritzdüsen aufwies.

„Nach nur 100 Betriebsstunden mit einem Detergenszusatz im Kraftstoff sind die Ablagerungen rund um die Löcher verschwunden“, sagte sie. „Dadurch haben wir die NOx-Emissionen um 30 Prozent reduziert.“ Dery fügte hinzu, dass auch die PM2,5-Emissionen um 34 Prozent gesunken seien.

Ein weiterer Test betraf ein Straßenfahrzeug – einen Mercedes Sprinter 2019 – an dem Innospec eine DPF-Belastungsstudie durchführte.

„Wir haben unbehandelten Kraftstoff in einem Sprinter-Transporter verwendet und gemessen, wie lange es dauert, bis der DPF gesättigt ist, was eine Regeneration im Stand erfordert“, sagte Dery. Das Ergebnis: Etwa drei Stunden vor der Regeneration.

„Durch die Zugabe von behandeltem Kraftstoff mit Detergenskontrolladditiven konnten wir die Regenerationszeit bei der ersten Behandlung um fast eine halbe Stunde verlängern“, sagte sie. Nach drei weiteren Behandlungen erhöhte sich das DPF-Regenerationsintervall auf über fünf Stunden – eine Steigerung um 77 Prozent.

Im Untertagebau berichtete Dery über einen Versuch mit 24 Fahrzeugen, die vier Monate lang mit unbehandeltem ULSD betrieben wurden. Anschließend nutzten sie vier Monate lang behandeltes ULSD, was zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs um 4,6 Prozent und einer Reduzierung der Kohlenmonoxid-Emissionen (CO) um 14 Prozent führte.

Additive + Biomasse-Diesel

Dery fasste diese Entwicklungen mit der Aussage zusammen, dass Flottenbesitzer und Geräte-/Fahrzeugbesitzer die Emissionen ihrer vorhandenen, mit ULSD betriebenen Fahrzeuge durch die Verwendung von Dieseladditiven reduzieren können.

„Es ist keine aufwendige Technologie erforderlich“, sagte sie. „Sie können Biodiesel in Kombination mit einem Diesel-Reinigungsmittel verwenden, um den CO2- und Feinstaubausstoß deutlich zu reduzieren.“

Sie fügte hinzu, dass die Kombination von Additiven mit einer Umstellung auf Diesel auf Biomassebasis sogar noch dramatischere Auswirkungen haben könne.

„Wenn Sie Biodiesel oder erneuerbaren Diesel mit Dieselwaschmittel kombinieren, reduzieren Sie den CO2-Ausstoß beim Biodiesel um 50 bis 70 Prozent und beim Dieselwaschmittel um weitere 3 bis 6 Prozent“, sagte Dery. „Und jetzt sprechen wir von einer Reduzierung der CO2-Emissionen um 80 Prozent.“