Kältestabilität grüner paraffinischer Kraftstoffe

Für die Energiewende im Verkehrssektor ist ein deutlich steigender Anteil alternativer und innovativer Antriebe und Kraftstoffe erforderlich. Das Energiekonzept der Bundesregierung baut einerseits auf eine zügige Markteinführung und Verbreitung von Elektrofahrzeugen (Batteriefahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge) sowie andererseits auch auf alternative, fortschrittliche erneuerbare Kraftstoffe. Im Zuge der Umsetzung der Renewable Energy Directive sind die EU-Mitgliedsstaaten dazu verpflichtet, den Anteil an erneuerbaren Energien in der Mobilität kontinuierlich in den nächsten Jahren zu erhöhen. Dies hat zur Folge, dass der Anteil an regenerativen Komponenten vor allem im Dieselkraftstoff zunimmt. Im Fokus stehen dabei paraffinische Kraftstoffkomponenten aus verschiedenen Quellen und hergestellt mit unterschiedlichen Verfahren. Beispielhaft seien hier hydrierte Pflanzenöle (HVO) und Produkte der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS-Produkte) genannt.

Im Falle von HVO und FTS-Produkten handelt es sich chemisch um paraffinische Komponenten, die sich u. a. durch herausragende anwendungstechnische Eigenschaften, z. B. hohe Zündwilligkeit, hohe Energiedichte, etc., speziell für den Mitteldestillatbereich auszeichnen. Allerdings führt die Zunahme vor allem an n-/iso-paraffinische Komponenten in Dieselkraftstoff in Zukunft zu einer merklichen Abnahme des Aromatengehalts und damit des Löslichkeitsvermögens der Kraftstoffe. Diese zentrale Kraftstoffeigenschaft hat u. a. Auswirkungen auf die Aufnahme von Wasser und Verschiebung des Trübungspunktes sowie die Kristallisation von paraffinischen Kraftstoffkomponenten bei tiefen Temperaturen.

Ziele des Projektes sind eine strukturierte Untersuchung und die Schaffung von Basiswissen zum Einfluss höherer Anteile an n-paraffinischen und iso-paraffinischen Komponenten (bzw. niedrigerer Aromatenanteile) in Dieselkraftstoffen auf zentrale Kraftstoffeigenschaften. Die Schwerpunkte des Vorhabens liegen dabei auf Untersuchungen von a) Wasseraufnahme und Trübungsverhalten sowie b) Kristallisation von paraffinischen Komponenten.

In einem ersten Schritt werden die Basiskraftstoffe charakterisiert, um das Verhalten sowohl der Basiskraftstoffe selbst als auch der Kraftstoffmischungen einordnen zu können. Die Bestimmung des Paraffingehalts der Kraftstoffe erfolgt mit Hilfe eines GCxGCxFID-Screenings. Das Trübungsverhalten der Versuchskraftstoffe wird zunächst mittels ADTM D4176 (Fuel Clarity Rating, FCR) und anschließend mittels Spektralphotometer (NTU) ermittelt. Es folgt eine Prüfung geeigneter Korrelationsmethoden, um das qualitative FCR in die quantitativ messbare NTU-Skala zu überführen. Weiterhin werden umfangreiche Untersuchungen zur Klärung der Effekte unterschiedlicher Paraffingehalte und -verteilungen auf das Kristallisationsverhalten beim Abkühlen durchgeführt. Es wird ermittelt, welche Arten von Kristallen entstehen (Nadeln, Platten) und in welcher Abhängigkeit dies zu der jeweiligen Kraftstoffzusammensetzung steht. In diesem Zusammenhang wird in ausgewählten Versuchen auch das Ansprechverhalten von MDFI-Additiven geprüft. Die Kristallbildung (Form und Größe der Kristalle) wird anhand von Kristallisationsbildern mittels Mikroskopie (Polarisations- oder Phasenkontrastmikroskopie) nachvollzogen und bewertet.

• OWI Science for Fuels gGmbH

Das Forschungsprojekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung unter dem Förderkennzeichen Nr. 21666 N gefördert. Innerhalb der industriellen Gemeinschaftsforschung war das Projekt bei der Forschungsvereinigung DGMK (Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für nachhaltige Energieträger, Mobilität und Kohlenstoffkreisläufe e.V.) angesiedelt. Die Laufzeit war von März 2021 bis August 2023 (30 Monate).