Kompatibilität von Polymeren und synthetischen Brennstoffen

Kompatibilität von synthetischen paraffinischen flüssigen Brennstoffen mit Kunststoffen in bestehenden Anlagen für die Hauswärmebereitstellung

Kurzbeschreibung

Zur Erreichung der Klimaziele der Bundesregierung empfehlen verschiedene Studien den Einsatz eines breiten Technologiemixes, zu dem auch regenerative biogene und synthetische Brenn- und Kraftstoffe gehören. Die schon heute vorhandene Technologie für die Herstellung von hochwertigen flüssigen paraffinischen Kohlenwasserstoffverbindungen aus CO/H₂-Gemischen ist die Fischer-Tropsch (FT)-Synthese. Als CO-Quellen kommen einerseits biogene Ausgangsstoffe wie Lignozellulose oder undefinierte Biomassen in Betracht und andererseits die CO₂-Abscheidung aus der Luft oder aus Abgasen in industriellen Prozessen. Synthetische Brennstoffe (PTL) sind treibhausgas (THG)-reduziert oder unter Umständen sogar THG-neutral, wenn die für den Herstellungsprozess benötigte Energie ausschließlich über Strom aus erneuerbaren Quellen bezogen wird. Alternativ zur FT-Synthese ist die Herstellung von paraffinischen Brennstoffen durch die Hydrierung von unterschiedlichen Pflanzenölen (Hydrogenated Vegetable Oil, HVO) oder gebrauchten Fetten und Ölen möglich. Paraffinische Brennstoffe haben sehr gute Verbrennungseigenschaften sowie eine hohe Stabilität gegen thermooxidative Degradation und damit eine hohe Langzeitlagerstabilität. Sie sind drop-in-fähig, das heißt sie eignen sich zur Beimischung zu Heizöl und Dieselkraftstoffen.

Elementar für die Einführung der paraffinischen alternativen Brennstoffe im Hauswärmebereich ist deren Verträglichkeit mit den Tanks und den Brennstoff führenden Armaturen der Ölheizungsanlagen. Die Kunststoffe Polyethylen PE und PVC (Werkstoffe für Öltanks), sowie NBR-Dichtungswerkstoffe quellen in Dieselkraftstoff und Heizöl EL. Ursache sind die in diesen Mitteldestillaten enthaltenen aromatischen Kohlenwasserstoffe. HVO und PtL-Brennstoffe bestehen dagegen nahezu ausschließlich aus paraffinischen Kohlenwasserstoffen. Nicht bekannt ist derzeit, wie diese paraffinischen Brennstoffe mit den Kunststoffen wechselwirken, die in Anlagen eingesetzt sind und dort über einen langen Zeitraum mit reinem Heizöl oder Heizöl-FAME-Blends im Kontakt standen und beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffe aufgenommen haben. Die Folgen eines alternierenden Brennstoffgebrauchs (Wechselbelastung) auf die verschiedenen Eigenschaften der verwendeten Kunststoffe muss erst noch untersucht werden.

Ziele des Projekts

Ziel des Forschungsprojektes ist

• bezüglich der Stabilität der Kunststoffe die Risiken festzustellen, die in bestehenden Ölheizungsanlagen bei einem Wechsel von Heizöl EL, schwefelarm zu synthetischen Brennstoffen oder einer Brennstoffmischung mit niedrigem Aromatengehalt zu erwarten sind,
• für Heizöl mit Zumischung von synthetischen Brennstoffen die Zusammensetzung zu ermitteln, für die ein störungsfreier und sicherer Betrieb der Versorgunganlage ohne Anpassung sichergestellt werden kann,
• Prüfmethoden zu finden, welche die Eigenschaftsänderungen der Kunststoffbauteile nach der Brennstoffbelastung abbilden und sich zur Beurteilung der Qualität der verschiedenen Bauteile/Produkte-Eigenschaften eignen, um eine Beständigkeit der Bauteile vorhersagen zu können,
• die Beständigkeit alternativer Kunststoffe gegenüber synthetischen Brennstoffen festzustellen, die zukünftig in den Anlagen zum Einsatz kommen können.

Die Forschungsergebnisse erweitern das Basiswissen, welches die Voraussetzung ist für die Ableitung von Maßnahmen, die eine störungsfreie Nutzung von Heizöl EL, schwefelarm mit Anteilen paraffinischer Brennstoffe oder von reinen synthetischen überwiegend paraffinischen Brennstoffen in Ölheizungsanlagen sicherstellen. Dazu gehören beispielsweise die Anpassung von Normen und die Vergabe von Zulassungsbedingungen für neue Tanks.

Arbeitsaufgaben OWI

• Anmischen von Brennstoffblends und Analyse der Brennstoffe
• Auslagerung der Prüfkörper in den Brennstoffen
• Belastung von Anlagenkomponenten in Kreislaufprüfständen

Durchführende Forschungsstellen

• OWI Science for Fuels gGmbH
• Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 21649 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. – DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Projektlaufzeit

03/2021 bis 08/ 2023

Kontakt

Dipl.-Ing. Metalia Irawan-Pieperhoff
Tel.: 02407/ 9518-137
E-Mail: M.Irawan-Pieperhoff@owi-aachen.de