Erzeugung und Einsatz von Biodiesel aus tierischen Fetten (FME): Unter besonderer Berücksichtigung der ökologischen Wirkungen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Hamburg
Kovač
2007
|
| Schriftenreihe: | Agrarwissenschaftliche Forschungsergebnisse
29 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Ausführliche Beschreibung Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIII, 167, 16 S. graph. Darst. 210 mm x 150 mm, 268 gr. |
| ISBN: | 9783830028055 3830028059 |
Internformat
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Datensatz im Suchindex
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|---|---|
| adam_text | Inhalt
Verzeichnis der Abbildungen..............................................................IV
Verzeichnis der Tabellen.....................................................................XI
Verzeichnis der Abkürzungen...........................................................XIII
1. Einleitung............................................................................1
2. Ziel- und Aufgabenstellung................................................3
2.1 Zielstellung............................................................................3
2.2 Aufgabenstellung..................................................................5
2.2.1 Rohstoffcharakteristik und Produktion...................................5
2.2.2 Verbesserung der Kältefestigkeit..........................................5
2.2.3 Motortechnische Anwendung................................................6
2.2.4 ökobilanz..............................................................................8
3. Stand der Erkenntnisse......................................................9
3.1 Rohstoffpotenziale................................................................9
3.2 Kältefestigkeit des Biodiesels..............................................12
3.3 Anwendung als Motorkraftstoff............................................15
3.3.1 Heizwert und Kraftstoffverbrauch........................................15
3.3.2 Cetanzahl............................................................................16
3.3.3 Emissionen.........................................................................17
3.3.4 Schmierverhalten................................................................21
3.4 Ökobilanz............................................................................23
4. Material und Methoden.....................................................25
4.1 Rohstoffcharakteristik.........................................................25
4.2 Verbesserung der Kältefestigkeit........................................26
4.2.1 Variation der Rohstoffe und Additiveinsatz.........................26
4.2.2 Fraktionierung durch Destillation.........................................27
4.2.3 Fraktionierung durch Kristallisation.....................................28
4.2.3.1 Apparatur............................................................................28
4.2.3.2 Versuchsdurchführung........................................................30
4.3 Anwendung als Motorkraftstoff............................................34
4.3.1. Schmierölanalysen durch Flottenbegleituntersuchungen.... 34
4.3.1 Motordiagnose....................................................................37
l
4.3.3 Motorprüfstandsuntersuchungen........................................38
4.4 ökobilanz............................................................................40
4.4.1 Schrittfolge der Bearbeitung einer Ökobilanz......................40
4.4.2 Sachbilanz..........................................................................42
4.4.2.1 Präzisierung der Schnittstelle am Lebensweganfang der
FME-Linie...........................................................................43
4.4.2.2 Stoffstromnetz FME............................................................45
4.4.2.3 Behandlung der Kuppelprodukte K2SO4 und Glycerin.........45
4.4.2.4 Definition der funktionellen Einheit......................................48
4.4.3 Umweltwirkungsabschätzung..............................................48
5. Ergebnisse und Interpretation.........................................51
5.1 Rohstoffcharakteristik und Produktion.................................51
5.1.1 Fettqualitäten im Jahresgang..............................................51
5.1.2 Produktion...........................................................................55
5.1.3 Bewertung...........................................................................59
5.2 Verbesserung der Kältefestigkeit........................................62
5.2.1 Variation der Rohstoffe.......................................................62
5.2.2 Additiveinsatz......................................................................68
5.2.2.1 Empirische Ermittlung des Kälteverhaltens.........................68
5.2.2.2 Rechnerische Ermittlung des Kälteverhaltens.....................72
5.2.3 Fraktionierung durch Destillation.........................................73
5.2.4 Fraktionierung durch Kristallisation.....................................77
5.2.5 FAME-Zudosierung zu DK gemäß DIN EN 590..................86
5.2.6 Bewertung...........................................................................89
5.3 Anwendung als Motorkraftstoff............................................91
5.3.1 Schmierölanalysen im Rahmen der
Flottenbegleituntersuchungen.............................................91
5.3.1.1 Fuhrpark Entsorgungswirtschaft.........................................91
5.3.1.2 Fuhrpark Tierkörperbeseitigung..........................................94
5.3.1.3 Qualitätsparameter der Schmieröle....................................98
5.3.1.4 Schmierfähigkeit...............................................................102
5.3.2 Motordiagnose..................................................................103
5.3.3 Motorprüfstandsuntersuchungen, Voruntersuchungen.....104
5.3.3.1 Kraftstoffverbrauch und Verbrennungsprozess.................104
5.3.3.2 Emissionen.......................................................................108
5.3.4 Motorprüfstandsuntersuchungen, Hauptuntersuchungen... 110
5.3.4.1 Kraftstoffverbrauch und Verbrennungsprozess.................110
il
5.3.4.2 Emissionen.......................................................................119
5.3.5 Cetanzahl..........................................................................130
5.3.6 Bewertung.........................................................................132
5.4 Ökobilanz..........................................................................134
5.4.1 Einfluss der einzelnen Wirkungsparameter auf das
Indikatorergebnis der untersuchten Wirkungskategorien ..134
5.4.2 Gesamtergebnis der Umweltwirkungen............................143
5.4.3 Bezug der Ergebnisse auf den Einsatz von 11 FME..........148
5.4.4 Bewertung.........................................................................149
6. Schlussfolgerungen.......................................................151
7. Zusammenfassung.........................................................155
8. Literaturverzeichnis........................................................159
Anhang ..........................................................................................167
lit
Verzeichnis der Abbildungen
Abb. 3.1 -1 : Verwendung tierischer Fette im Jahr 2004 (nach
[NIEMANN, 2005])..........................................................11
Abb. 3.3-1 : Verbrennungswänme von Fettsäuremethylestern (nach
[KNOTHE, 2002])...........................................................15
Abb. 3.3-2: Cetanzahlen von Fettsäuremethylestern (nach
[MITTELBACH, 2004])....................................................16
Abb. 3.3-3: Vergleich der CO-Emissionen von FAME und
FAME/DK-Mischungen gegenüber DK (nach [EPA,
2002]).............................................................................18
Abb. 3.3-4: Vergleich der NOx-Emissionen von FAME und
FAME/DK-Mischungen gegenüber DK (nach [EPA,
2002]).............................................................................19
Abb. 3.3-5: Vergleich der PM-Emissionen von FAME und
FAME/DK-Mischungen gegenüber DK (nach [EPA,
2002]).............................................................................20
Abb. 4.3-1 : Lastpunkte des ECE-R49 13-Stufen-Testes (Quelle:
[NOCKE et al., 2003])....................................................39
Abb. 4.4-1 : Schrittfolge bei der Erarbeitung einer Ökobilanz
(Quelle: [TACK et al., 2003])..........................................40
Abb. 4.4-2: Fließbild für ein Produktionssystem (Quelle: [TACK et
al., 2003]).......................................................................41
Abb. 4.4-3: Bestandteile der Wirkungsabschätzung (Quelle:
[TACK et al., 2003])........................................................42
Abb. 4.4-4: Vergleich der Produktsysteme alt und neu für eine
exakte Bestimmung der Schnittstelle am
Lebensweganfang von FME (Quelle: [TACK et al.,
2003]).............................................................................44
Abb. 4.4-5: Stoffstromnetz der Produktlinie FME (Quelle: [TACK et
al., 2003]).......................................................................46
Abb. 5.1-1: Freie Fettsäuren in den untersuchten Fetten...................52
IV
Abb. 5.1-2: Gehalt an Unverseifbarem (UV) in den untersuchten
Fetten.............................................................................53
Abb. 5.1-3: Gehalt an Schmutz (PUV) in den untersuchten Fetten.... 53
Abb. 5.1-4: Gehalt an Schwefel in den untersuchten Fetten..............54
Abb. 5.1-5: Gehalt an Wasser in den untersuchten Fetten.................54
Abb. 5.1-6: Verfahrensfließbild Biodieselanlage Malchin...................55
Abb. 5.2-1 : Fettsäuremuster der Rohstoffe........................................63
Abb. 5.2-2: Fettsäuren der Rohstoffe, Summenparameter.................63
Abb. 5.2-3: Anteil Fettsäure in Tierfettmethylester.............................64
Abb. 5.2-3.1 Anteil der gesättigten Fettsäuren in Methylestern...........65
Abb. 5.2-4: Zusammenhang zwischen
Fettsäurezusammensetzung und CFPP-Wert in
logarithmischer Darstellung............................................66
Abb. 5.2-4.1: Zusammenhang zwischen
Fettsäurezusammensetzung und CFPP-Wert in
linearer Darstellung........................................................66
Abb. 5.2-5: Fettsäurezusammensetzung in FME/RME- und
AME/RME-Mischungen..................................................67
Abb. 5.2-6: Zusammenhang zwischen FAME-Anteil in RME bzw.
DK und CFPP-Wert........................................................68
Abb. 5.2-7: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-RME
und CFPP-Wert bei Einsatz verschiedener Additive.......69
Abb. 5.2-8: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Übergangs-
DK und CFPP-Wert bei Einsatz verschiedener
Additive...........................................................................70
Abb. 5.2-9: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-DK
und CFPP-Wert bei Einsatz verschiedener Additive.......71
Abb. 5.2-10: Destillation Tierfettmethytester 2002...............................73
Abb. 5.2-11 : Destillation Geflugelfettnethylester (GFME) 2002..........74
Abb. 5.2-12: Destillation Attspeiseölmethylester (AME) 2002.............75
Abb. 5.2-13: Anteil der Fettsäuren in Sumpf- und Einsatzprodukt im
Verhältnis zu dem CFPP-Wert........................................76
Abb. 5.2-14: Anteil der Stearinmethylester in FME/RME-
Mischungen und Einsatz- und Sumpfprodukt der
Destillation im Verhältnis zu dem CFPP-Wert.................76
Abb. 5.2-15: Fettsäureverteilung nach Kristallisation und
Pressfiltration in Testreihe 1, Schritt 5.............................77
Abb. 5.2-16: Fettsäureverteilung in Inputmaterial und Oleinphasen
bei Pressung in verschiedenen Druckstufen...................78
Abb. 5.2-17: Einfluss der Filtrationstemperatur auf
Fettsäurezusammensetzung der fraktionierten
Phasen...........................................................................79
Abb. 5.2-18: Anteile der Fettsäuremethylester in der Olein- und
Stearinphase in% des Gehaltes in dem
Ausgangsprodukt FME...................................................80
Abb. 5.2-19: Zusammenhang zwischen Filtrationstemperatur und
CFPP-Wert der Oleinphase............................................80
Abb. 5.2-21 : Zusammenhang zwischen CFPP-Wert und Anteil der
Oleinphase an FME........................................................82
Abb. 5.2-22: 2-stufige Fraktionierung von FME...................................84
Abb. 5.2-23: Zusammenhang zwischen Anteil Olein in Winter-DK
sowie additiviertem RME und CFPP-Wert......................85
Abb. 5.2-24: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Sommer-
DK und CFPP-Wert........................................................87
Abb. 5.2-25: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-DK
und CFPP-Wert bei Einsatz des Additives Infineum R
488.................................................................................87
Abb. 5.2-26: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-DK
und CFPP-Wert bei Einsatz des Additives Chimec
6536...............................................................................88
Abb. 5.2-27: Zusammenhang zwischen Dosîerrate des Additives in
5%FME in DK und CFPP-Wert.......................................88
VI
Abb. 5.3-1 : Viskositätsverlauf 1 .Ölwechselintervall Fuhrpark 1
Entsorgungswirtschaft....................................................92
Abb. 5.3-2: Kraftstoffeintrag 1 .Ölwechselintervall Fuhrpark 1
Entsorgungswirtschaft....................................................92
Abb. 5.3-3: Viskositätsverlauf 1. Ölwechselintervall Fuhrpark 2
Entsorgungswirtschaft....................................................93
Abb. 5.3-4: Kraftstoffeintrag 1 .Ölwechselintervall Fuhrpark 2
Entsorgungswirtschaft....................................................93
Abb. 5.3-5: Viskositätsverlauf Ölwechselintervall Fuhrpark
Langstrecke TBA............................................................94
Abb. 5.3-6: Kraftstoffeintrag Ölwechselintervall Fuhrpark
Langstrecke TBA............................................................95
Abb. 5.3-7: Viskositätsverlauf Ölwechselintervall Fuhrpark
Kurzstrecke TBA.............................................................96
Abb. 5.3-8: Kraftstoffeintrag Ölwechselintervall Fuhrpark
Kurzstrecke TBA.............................................................96
Abb. 5.3-9: Viskositätsverlauf über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA......................................................97
Abb. 5.3-10: Kraftstoffeintrag über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA......................................................97
Abb. 5.3-11 : Eisengehalt über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA und Entsorgungswirtschaft...........99
Abb. 5.3-12: Oxidation des Schmieröls über alle
Ölwechselintervalle Gesamtfuhrpark TBA und
Entsorgungswirtschaft..................................................100
Abb. 5.3-13: Nitration des Schmieröls über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA und Entsorgungswirtschaft.........101
Abb. 5.3-14: Suffation des Schmieröls über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA und Entsorgungswirtschaft.........101
Abb. 5.3-15: Zusammenhang zwischen Gehalt an FME und
Schmierfähigkeit in FME-/DK-Miscriungen...................102
vii
Abb. 5.3-16: Darstellung des Brennstoffvolumen- und -
massenstroms über dem Motordrehmoment (Quelle
[MOECK.1999])............................................................104
Abb. 5.3-17: Darstellung der Brennstofftemperatur im Drucksystem
über dem Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]). 104
Abb. 5.3-18: Darstellung der Abgastemperaturen über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]).................105
Abb. 5.3-19: Darstellung des Zylinderdruck- u.
Einspritzdruckverlaufs über Grad Kurbelwinkel bei
DK-Einsatz (Quelle [MOECK.1999]).............................106
Abb. 5.3-20: Darstellung des Zylinderdruck- u.
Einspritzdruckverlaufs über Grad Kurbelwinkel bei
FME-Einsatz (Quelle [MOECK.1999])..........................106
Abb. 5.3-21 : Darstellung des Zylinderdruckverlaufs über Grad
Kurbelwinkel im Vergleich DK- und FME-Einsatz (Md =
1,5 kNm)(Quelle [MOECK.1999]).................................107
Abb. 5.3-22: Darstellung des Einspritzdruckverlaufs über Grad
Kurbelwinkel im Vergleich DK- und FME-Einsatz (Md =
1,5 kNm) (Quelle [MOECK.1999])................................107
Abb. 5.3-23: Darstellung der O2-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]).................108
Abb. 5.3-24: Darstellung der CO2-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]).................108
Abb. 5.3-25: Darstellung der CO-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999])................109
Abb. 5.3-26: Darstellung der NO-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999])................109
Abb. 5.3-27: Darstellung der NO2-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999])................109
Abb. 5.3-28: Darstellung der NOx-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999])................110
Abb. 5.3-29: Darstellung der Rußzahl nach Bacharach über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999])................110
VIII
Abb. 5.3-30: Spezifischer Kraftstoffverbrauch (volumetrisch)
(Quelle [NOCKEetal., 2003])......................................113
Abb. 5.3-31 : Zündverzüge bei Volllast in Sekunden (Quelle
[NOOKE et al., 2003])..................................................115
Abb. 5.3-32: Zündverzüge in °KW dargestellt (Quelle [NOOKE et
al., 2003]).....................................................................116
Abb. 5.3-33: Maximaldrücke (Quelle [NOOKE et al., 2003]).............117
Abb. 5.3-34: Lage der Maximaldrücke (Quelle [NOOKE et al.,
2003])...........................................................................118
Abb. 5.3-35: Lambda (Quelle [NOOKE et al., 2003])........................124
Abb. 5.3-36: Stickoxide (Quelle [NOOKE et al., 2003])....................125
Abb. 5.3-37: Partikelbeladung (Partikel laut EPA-Definition (Quelle
[NOOKE et al., 2003])..................................................126
Abb. 5.3-38: Kohlenwasserstoffe (Quelle [NOOKE et al., 2003])......127
Abb. 5.3-39: Kohlenmonoxid (Quelle [NOOKE et al., 2003]).............128
Abb. 5.3-40: Schwärzungszahl (Quelle [NOOKE et al., 2003]).........129
Abb. 5.3-41 : Wirkung von FME sowie Olein- und Stearinfraktion auf
die Cetanzahl in Mischungen mit DK............................131
Abb. 5.4-1 : Wirkungskategorie - Ressourcenverbrauch
erschöpflicher Energieträger (Quelle [TACK et al.,
2003])...........................................................................135
Abb. 5.4-2: Wirkungskategorie - Verbrauch mineralischer
Ressourcen (Quelle [TACK et al., 2003]).....................136
Abb. 5.4-3 : Wirkungskategorie - Treibhausgase (Quelle [TACK
et ah, 2003]).................................................................137
Abb. 5.4-4 : Wirkungskategorie - Versauerungspotential (Quelle
[TACK et al., 2003])......................................................138
Abb. 5.4-5 : Wirkungskategorie - Eutrophierungspotenzial (Quelle
[TACK et al., 2003])......................................................139
Abb. 5.4-6 : Wirkungskategorie - Photooxidantienbiidung (Quelle
[TACK et al., 2003])......................................................140
IX
Abb. 5.4-7: Wirkungskategorie - Krebsrisiko (Quelle [TACK et al.,
2003])...........................................................................141
Abb. 5.4-8: Wirkungskategorie - PM 10 (Quelle [TACK et al.,
2003])...........................................................................142
Abb. 5.4-9: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die DK-
Produktlinie (Quelle [TACK et al., 2003])......................143
Abb. 5.4-10: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die RME-
ProdukUinie (Quelle [TACK et al., 2003])......................143
Abb. 5.4-11 : Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die
Produktlinie FME mit TBA (Quelle [TACK et al.,
2003])...........................................................................144
Abb. 5.4-12: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die
Produktlinie FME ohne TBA (Quelle [TACK et al.,
2003])...........................................................................144
Abb. 5.4-13: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen der
Produktlinie FME ohne TBA im Vergleich zur DK-
Produktlinie (Quelle [TACK et al., 2003])......................145
Abb. 5.4-14: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen der
Produktlinie FME ohne TBA im Vergleich zur RME-
Produktlinie (Quelle [TACK et al., 2003])......................145
Abb. 5.4-15: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen der
Produktlinie FME ohne TBA im Vergleich zur
Produktlinie FME mit TBA (Quelle [TACK et al.,
2003])...........................................................................146
Verzeichnis der Tabellen
Tab. 3.1 -1 : Anbau- und Erntemengen Raps 2003 (nach UFOP
[2005])..............................................................................9
Tab. 3.1-2: Tierische Nebenprodukte und daraus gewonnene
Fette im Jahr 2004 (nach [NIEMANN, 2005]...................11
Tab. 3.2-1 : Schmelzpunkte der Methylester einzelner Fettsäuren
(nach [MITTELBACH, 2004])..........................................13
Tab. 3.2-2: CFPP-Werte von Mischungen aus FME mit DK (nach
[KINAST, 1999]).............................................................13
Tab. 4.1-1: Untersuchte Fette............................................................25
Tab. 4.1-2: Untersuchungsmethoden.................................................26
Tab. 4.2-1: Eingesetzte Additive........................................................26
Tab. 4.2-2: Vorversuche Kristallisation..............................................28
Tab. 4.2-3: Erhöhung des Pressdruckes je Zeiteinheit......................31
Tab. 4.2-4: Kühlkurve Testreihe 1......................................................32
Tab. 4.2-5: Kühlkurve Testreihe 2......................................................33
Tab. 4.2-6: Kühlkurve Testreihe 3, zweistufige Kristallisation............34
Tab. 4.3-1 : Fahrzeuge eines Fuhrparks der Entsorgungswirtschaft... 36
Tab. 4.3-2: Fahrzeuge eines Fuhrparkes zur Erfassung von
Schlachtabfällen, Tierkörpern und Speiseresten............36
Tab. 4.3-3: ölintervalle Fuhrpark Entsorgungswirtschaft...................37
Tab. 4.3-4: ölintervalle Fuhrpark TBA-Betrieb...................................37
Tab. 4.4-1 : Übersicht der Literaturquellen zur RME-Bilanzierung
(Quelle: [TACK et al., 2003])..........................................43
Tab. 4.4-2: Allokation der Vorketten für die vier untersuchten
Systeme in% (Quelle: [TACK et al., 2003])....................47
Tab. 4.4-3: Befrachtete Wirkungskategorien (Quelle: [ TACK et
al., 2003]).......................................................................49
Tab. 5.2-0: Produktdatenblatt FME....................................................60
Tab. 5.2-1 : Mittelwerte der Fettsäuregehalte der Rohstoffe...............64
XI
Tab. 5.3-1 : Zusammenfassung der Ergebnisse der
Motordiagnose(nach[ BÖHN, 2004])............................103
Tab. 5.3-2: Emissionskennwerte nach ECE-R 49 im 13-Stufen-
Test (Quelle [NOCKE et al., 2003])..............................120
Tab. 5.3-3: Vergleich der Emissionsmesswerte mit Literaturwerten
(nach [NOCKE et al., 2003]).........................................122
Tab. 5.3-4: Kalkulatorische Ermittlung der Cetanzahl (in
Anlehnung an [MITTELBACH,2004]))...........................130
Tab. 5.4-1 : Ergebnisse der ökologischen Bewertung von RME im
Vergleich mit DK [UBA, 1999] (Quelle [TACK et al.,
2003])...........................................................................147
Tab. 5.4-2: Vergleich der Bewertung von RME gegenüber DK
nach [UBA, 1999 und den eigenen Untersuchungen
(Quelle [TACK et al., 2003]).........................................148
Tab. 5.4-3: Beitrag der Herstellung und Nutzung von 11 FME zur
Umweltentlastung (nach [TACK et al., 2003])...............149
XII
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| adam_txt |
Inhalt
Verzeichnis der Abbildungen.IV
Verzeichnis der Tabellen.XI
Verzeichnis der Abkürzungen.XIII
1. Einleitung.1
2. Ziel- und Aufgabenstellung.3
2.1 Zielstellung.3
2.2 Aufgabenstellung.5
2.2.1 Rohstoffcharakteristik und Produktion.5
2.2.2 Verbesserung der Kältefestigkeit.5
2.2.3 Motortechnische Anwendung.6
2.2.4 ökobilanz.8
3. Stand der Erkenntnisse.9
3.1 Rohstoffpotenziale.9
3.2 Kältefestigkeit des Biodiesels.12
3.3 Anwendung als Motorkraftstoff.15
3.3.1 Heizwert und Kraftstoffverbrauch.15
3.3.2 Cetanzahl.16
3.3.3 Emissionen.17
3.3.4 Schmierverhalten.21
3.4 Ökobilanz.23
4. Material und Methoden.25
4.1 Rohstoffcharakteristik.25
4.2 Verbesserung der Kältefestigkeit.26
4.2.1 Variation der Rohstoffe und Additiveinsatz.26
4.2.2 Fraktionierung durch Destillation.27
4.2.3 Fraktionierung durch Kristallisation.28
4.2.3.1 Apparatur.28
4.2.3.2 Versuchsdurchführung.30
4.3 Anwendung als Motorkraftstoff.34
4.3.1. Schmierölanalysen durch Flottenbegleituntersuchungen. 34
4.3.1 Motordiagnose.37
l
4.3.3 Motorprüfstandsuntersuchungen.38
4.4 ökobilanz.40
4.4.1 Schrittfolge der Bearbeitung einer Ökobilanz.40
4.4.2 Sachbilanz.42
4.4.2.1 Präzisierung der Schnittstelle am Lebensweganfang der
FME-Linie.43
4.4.2.2 Stoffstromnetz FME.45
4.4.2.3 Behandlung der Kuppelprodukte K2SO4 und Glycerin.45
4.4.2.4 Definition der funktionellen Einheit.48
4.4.3 Umweltwirkungsabschätzung.48
5. Ergebnisse und Interpretation.51
5.1 Rohstoffcharakteristik und Produktion.51
5.1.1 Fettqualitäten im Jahresgang.51
5.1.2 Produktion.55
5.1.3 Bewertung.59
5.2 Verbesserung der Kältefestigkeit.62
5.2.1 Variation der Rohstoffe.62
5.2.2 Additiveinsatz.68
5.2.2.1 Empirische Ermittlung des Kälteverhaltens.68
5.2.2.2 Rechnerische Ermittlung des Kälteverhaltens.72
5.2.3 Fraktionierung durch Destillation.73
5.2.4 Fraktionierung durch Kristallisation.77
5.2.5 FAME-Zudosierung zu DK gemäß DIN EN 590.86
5.2.6 Bewertung.89
5.3 Anwendung als Motorkraftstoff.91
5.3.1 Schmierölanalysen im Rahmen der
Flottenbegleituntersuchungen.91
5.3.1.1 Fuhrpark Entsorgungswirtschaft.91
5.3.1.2 Fuhrpark Tierkörperbeseitigung.94
5.3.1.3 Qualitätsparameter der Schmieröle.98
5.3.1.4 Schmierfähigkeit.102
5.3.2 Motordiagnose.103
5.3.3 Motorprüfstandsuntersuchungen, Voruntersuchungen.104
5.3.3.1 Kraftstoffverbrauch und Verbrennungsprozess.104
5.3.3.2 Emissionen.108
5.3.4 Motorprüfstandsuntersuchungen, Hauptuntersuchungen. 110
5.3.4.1 Kraftstoffverbrauch und Verbrennungsprozess.110
il
5.3.4.2 Emissionen.119
5.3.5 Cetanzahl.130
5.3.6 Bewertung.132
5.4 Ökobilanz.134
5.4.1 Einfluss der einzelnen Wirkungsparameter auf das
Indikatorergebnis der untersuchten Wirkungskategorien .134
5.4.2 Gesamtergebnis der Umweltwirkungen.143
5.4.3 Bezug der Ergebnisse auf den Einsatz von 11 FME.148
5.4.4 Bewertung.149
6. Schlussfolgerungen.151
7. Zusammenfassung.155
8. Literaturverzeichnis.159
Anhang .167
lit
Verzeichnis der Abbildungen
Abb. 3.1 -1 : Verwendung tierischer Fette im Jahr 2004 (nach
[NIEMANN, 2005]).11
Abb. 3.3-1 : Verbrennungswänme von Fettsäuremethylestern (nach
[KNOTHE, 2002]).15
Abb. 3.3-2: Cetanzahlen von Fettsäuremethylestern (nach
[MITTELBACH, 2004]).16
Abb. 3.3-3: Vergleich der CO-Emissionen von FAME und
FAME/DK-Mischungen gegenüber DK (nach [EPA,
2002]).18
Abb. 3.3-4: Vergleich der NOx-Emissionen von FAME und
FAME/DK-Mischungen gegenüber DK (nach [EPA,
2002]).19
Abb. 3.3-5: Vergleich der PM-Emissionen von FAME und
FAME/DK-Mischungen gegenüber DK (nach [EPA,
2002]).20
Abb. 4.3-1 : Lastpunkte des ECE-R49 13-Stufen-Testes (Quelle:
[NOCKE et al., 2003]).39
Abb. 4.4-1 : Schrittfolge bei der Erarbeitung einer Ökobilanz
(Quelle: [TACK et al., 2003]).40
Abb. 4.4-2: Fließbild für ein Produktionssystem (Quelle: [TACK et
al., 2003]).41
Abb. 4.4-3: Bestandteile der Wirkungsabschätzung (Quelle:
[TACK et al., 2003]).42
Abb. 4.4-4: Vergleich der Produktsysteme alt und neu für eine
exakte Bestimmung der Schnittstelle am
Lebensweganfang von FME (Quelle: [TACK et al.,
2003]).44
Abb. 4.4-5: Stoffstromnetz der Produktlinie FME (Quelle: [TACK et
al., 2003]).46
Abb. 5.1-1: Freie Fettsäuren in den untersuchten Fetten.52
IV
Abb. 5.1-2: Gehalt an Unverseifbarem (UV) in den untersuchten
Fetten.53
Abb. 5.1-3: Gehalt an Schmutz (PUV) in den untersuchten Fetten. 53
Abb. 5.1-4: Gehalt an Schwefel in den untersuchten Fetten.54
Abb. 5.1-5: Gehalt an Wasser in den untersuchten Fetten.54
Abb. 5.1-6: Verfahrensfließbild Biodieselanlage Malchin.55
Abb. 5.2-1 : Fettsäuremuster der Rohstoffe.63
Abb. 5.2-2: Fettsäuren der Rohstoffe, Summenparameter.63
Abb. 5.2-3: Anteil Fettsäure in Tierfettmethylester.64
Abb. 5.2-3.1 Anteil der gesättigten Fettsäuren in Methylestern.65
Abb. 5.2-4: Zusammenhang zwischen
Fettsäurezusammensetzung und CFPP-Wert in
logarithmischer Darstellung.66
Abb. 5.2-4.1: Zusammenhang zwischen
Fettsäurezusammensetzung und CFPP-Wert in
linearer Darstellung.66
Abb. 5.2-5: Fettsäurezusammensetzung in FME/RME- und
AME/RME-Mischungen.67
Abb. 5.2-6: Zusammenhang zwischen FAME-Anteil in RME bzw.
DK und CFPP-Wert.68
Abb. 5.2-7: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-RME
und CFPP-Wert bei Einsatz verschiedener Additive.69
Abb. 5.2-8: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Übergangs-
DK und CFPP-Wert bei Einsatz verschiedener
Additive.70
Abb. 5.2-9: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-DK
und CFPP-Wert bei Einsatz verschiedener Additive.71
Abb. 5.2-10: Destillation Tierfettmethytester 2002.73
Abb. 5.2-11 : Destillation Geflugelfettnethylester (GFME) 2002.74
Abb. 5.2-12: Destillation Attspeiseölmethylester (AME) 2002.75
Abb. 5.2-13: Anteil der Fettsäuren in Sumpf- und Einsatzprodukt im
Verhältnis zu dem CFPP-Wert.76
Abb. 5.2-14: Anteil der Stearinmethylester in FME/RME-
Mischungen und Einsatz- und Sumpfprodukt der
Destillation im Verhältnis zu dem CFPP-Wert.76
Abb. 5.2-15: Fettsäureverteilung nach Kristallisation und
Pressfiltration in Testreihe 1, Schritt 5.77
Abb. 5.2-16: Fettsäureverteilung in Inputmaterial und Oleinphasen
bei Pressung in verschiedenen Druckstufen.78
Abb. 5.2-17: Einfluss der Filtrationstemperatur auf
Fettsäurezusammensetzung der fraktionierten
Phasen.79
Abb. 5.2-18: Anteile der Fettsäuremethylester in der Olein- und
Stearinphase in% des Gehaltes in dem
Ausgangsprodukt FME.80
Abb. 5.2-19: Zusammenhang zwischen Filtrationstemperatur und
CFPP-Wert der Oleinphase.80
Abb. 5.2-21 : Zusammenhang zwischen CFPP-Wert und Anteil der
Oleinphase an FME.82
Abb. 5.2-22: 2-stufige Fraktionierung von FME.84
Abb. 5.2-23: Zusammenhang zwischen Anteil Olein in Winter-DK
sowie additiviertem RME und CFPP-Wert.85
Abb. 5.2-24: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Sommer-
DK und CFPP-Wert.87
Abb. 5.2-25: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-DK
und CFPP-Wert bei Einsatz des Additives Infineum R
488.87
Abb. 5.2-26: Zusammenhang zwischen Anteil FAME in Winter-DK
und CFPP-Wert bei Einsatz des Additives Chimec
6536.88
Abb. 5.2-27: Zusammenhang zwischen Dosîerrate des Additives in
5%FME in DK und CFPP-Wert.88
VI
Abb. 5.3-1 : Viskositätsverlauf 1 .Ölwechselintervall Fuhrpark 1
Entsorgungswirtschaft.92
Abb. 5.3-2: Kraftstoffeintrag 1 .Ölwechselintervall Fuhrpark 1
Entsorgungswirtschaft.92
Abb. 5.3-3: Viskositätsverlauf 1. Ölwechselintervall Fuhrpark 2
Entsorgungswirtschaft.93
Abb. 5.3-4: Kraftstoffeintrag 1 .Ölwechselintervall Fuhrpark 2
Entsorgungswirtschaft.93
Abb. 5.3-5: Viskositätsverlauf Ölwechselintervall Fuhrpark
Langstrecke TBA.94
Abb. 5.3-6: Kraftstoffeintrag Ölwechselintervall Fuhrpark
Langstrecke TBA.95
Abb. 5.3-7: Viskositätsverlauf Ölwechselintervall Fuhrpark
Kurzstrecke TBA.96
Abb. 5.3-8: Kraftstoffeintrag Ölwechselintervall Fuhrpark
Kurzstrecke TBA.96
Abb. 5.3-9: Viskositätsverlauf über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA.97
Abb. 5.3-10: Kraftstoffeintrag über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA.97
Abb. 5.3-11 : Eisengehalt über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA und Entsorgungswirtschaft.99
Abb. 5.3-12: Oxidation des Schmieröls über alle
Ölwechselintervalle Gesamtfuhrpark TBA und
Entsorgungswirtschaft.100
Abb. 5.3-13: Nitration des Schmieröls über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA und Entsorgungswirtschaft.101
Abb. 5.3-14: Suffation des Schmieröls über alle Ölwechselintervalle
Gesamtfuhrpark TBA und Entsorgungswirtschaft.101
Abb. 5.3-15: Zusammenhang zwischen Gehalt an FME und
Schmierfähigkeit in FME-/DK-Miscriungen.102
vii
Abb. 5.3-16: Darstellung des Brennstoffvolumen- und -
massenstroms über dem Motordrehmoment (Quelle
[MOECK.1999]).104
Abb. 5.3-17: Darstellung der Brennstofftemperatur im Drucksystem
über dem Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]). 104
Abb. 5.3-18: Darstellung der Abgastemperaturen über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]).105
Abb. 5.3-19: Darstellung des Zylinderdruck- u.
Einspritzdruckverlaufs über Grad Kurbelwinkel bei
DK-Einsatz (Quelle [MOECK.1999]).106
Abb. 5.3-20: Darstellung des Zylinderdruck- u.
Einspritzdruckverlaufs über Grad Kurbelwinkel bei
FME-Einsatz (Quelle [MOECK.1999]).106
Abb. 5.3-21 : Darstellung des Zylinderdruckverlaufs über Grad
Kurbelwinkel im Vergleich DK- und FME-Einsatz (Md =
1,5 kNm)(Quelle [MOECK.1999]).107
Abb. 5.3-22: Darstellung des Einspritzdruckverlaufs über Grad
Kurbelwinkel im Vergleich DK- und FME-Einsatz (Md =
1,5 kNm) (Quelle [MOECK.1999]).107
Abb. 5.3-23: Darstellung der O2-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]).108
Abb. 5.3-24: Darstellung der CO2-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK.1999]).108
Abb. 5.3-25: Darstellung der CO-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999]).109
Abb. 5.3-26: Darstellung der NO-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999]).109
Abb. 5.3-27: Darstellung der NO2-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999]).109
Abb. 5.3-28: Darstellung der NOx-Emission über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999]).110
Abb. 5.3-29: Darstellung der Rußzahl nach Bacharach über dem
Motordrehmoment (Quelle [MOECK, 1999]).110
VIII
Abb. 5.3-30: Spezifischer Kraftstoffverbrauch (volumetrisch)
(Quelle [NOCKEetal., 2003]).113
Abb. 5.3-31 : Zündverzüge bei Volllast in Sekunden (Quelle
[NOOKE et al., 2003]).115
Abb. 5.3-32: Zündverzüge in °KW dargestellt (Quelle [NOOKE et
al., 2003]).116
Abb. 5.3-33: Maximaldrücke (Quelle [NOOKE et al., 2003]).117
Abb. 5.3-34: Lage der Maximaldrücke (Quelle [NOOKE et al.,
2003]).118
Abb. 5.3-35: Lambda (Quelle [NOOKE et al., 2003]).124
Abb. 5.3-36: Stickoxide (Quelle [NOOKE et al., 2003]).125
Abb. 5.3-37: Partikelbeladung (Partikel laut EPA-Definition (Quelle
[NOOKE et al., 2003]).126
Abb. 5.3-38: Kohlenwasserstoffe (Quelle [NOOKE et al., 2003]).127
Abb. 5.3-39: Kohlenmonoxid (Quelle [NOOKE et al., 2003]).128
Abb. 5.3-40: Schwärzungszahl (Quelle [NOOKE et al., 2003]).129
Abb. 5.3-41 : Wirkung von FME sowie Olein- und Stearinfraktion auf
die Cetanzahl in Mischungen mit DK.131
Abb. 5.4-1 : Wirkungskategorie - Ressourcenverbrauch
erschöpflicher Energieträger (Quelle [TACK et al.,
2003]).135
Abb. 5.4-2: Wirkungskategorie - Verbrauch mineralischer
Ressourcen (Quelle [TACK et al., 2003]).136
Abb. 5.4-3 : Wirkungskategorie - Treibhausgase (Quelle [TACK
et ah, 2003]).137
Abb. 5.4-4 : Wirkungskategorie - Versauerungspotential (Quelle
[TACK et al., 2003]).138
Abb. 5.4-5 : Wirkungskategorie - Eutrophierungspotenzial (Quelle
[TACK et al., 2003]).139
Abb. 5.4-6 : Wirkungskategorie - Photooxidantienbiidung (Quelle
[TACK et al., 2003]).140
IX
Abb. 5.4-7: Wirkungskategorie - Krebsrisiko (Quelle [TACK et al.,
2003]).141
Abb. 5.4-8: Wirkungskategorie - PM 10 (Quelle [TACK et al.,
2003]).142
Abb. 5.4-9: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die DK-
Produktlinie (Quelle [TACK et al., 2003]).143
Abb. 5.4-10: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die RME-
ProdukUinie (Quelle [TACK et al., 2003]).143
Abb. 5.4-11 : Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die
Produktlinie FME mit TBA (Quelle [TACK et al.,
2003]).144
Abb. 5.4-12: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen für die
Produktlinie FME ohne TBA (Quelle [TACK et al.,
2003]).144
Abb. 5.4-13: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen der
Produktlinie FME ohne TBA im Vergleich zur DK-
Produktlinie (Quelle [TACK et al., 2003]).145
Abb. 5.4-14: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen der
Produktlinie FME ohne TBA im Vergleich zur RME-
Produktlinie (Quelle [TACK et al., 2003]).145
Abb. 5.4-15: Gesamtergebnis der Umweltwirkungen der
Produktlinie FME ohne TBA im Vergleich zur
Produktlinie FME mit TBA (Quelle [TACK et al.,
2003]).146
Verzeichnis der Tabellen
Tab. 3.1 -1 : Anbau- und Erntemengen Raps 2003 (nach UFOP
[2005]).9
Tab. 3.1-2: Tierische Nebenprodukte und daraus gewonnene
Fette im Jahr 2004 (nach [NIEMANN, 2005].11
Tab. 3.2-1 : Schmelzpunkte der Methylester einzelner Fettsäuren
(nach [MITTELBACH, 2004]).13
Tab. 3.2-2: CFPP-Werte von Mischungen aus FME mit DK (nach
[KINAST, 1999]).13
Tab. 4.1-1: Untersuchte Fette.25
Tab. 4.1-2: Untersuchungsmethoden.26
Tab. 4.2-1: Eingesetzte Additive.26
Tab. 4.2-2: Vorversuche Kristallisation.28
Tab. 4.2-3: Erhöhung des Pressdruckes je Zeiteinheit.31
Tab. 4.2-4: Kühlkurve Testreihe 1.32
Tab. 4.2-5: Kühlkurve Testreihe 2.33
Tab. 4.2-6: Kühlkurve Testreihe 3, zweistufige Kristallisation.34
Tab. 4.3-1 : Fahrzeuge eines Fuhrparks der Entsorgungswirtschaft. 36
Tab. 4.3-2: Fahrzeuge eines Fuhrparkes zur Erfassung von
Schlachtabfällen, Tierkörpern und Speiseresten.36
Tab. 4.3-3: ölintervalle Fuhrpark Entsorgungswirtschaft.37
Tab. 4.3-4: ölintervalle Fuhrpark TBA-Betrieb.37
Tab. 4.4-1 : Übersicht der Literaturquellen zur RME-Bilanzierung
(Quelle: [TACK et al., 2003]).43
Tab. 4.4-2: Allokation der Vorketten für die vier untersuchten
Systeme in% (Quelle: [TACK et al., 2003]).47
Tab. 4.4-3: Befrachtete Wirkungskategorien (Quelle: [ TACK et
al., 2003]).49
Tab. 5.2-0: Produktdatenblatt FME.60
Tab. 5.2-1 : Mittelwerte der Fettsäuregehalte der Rohstoffe.64
XI
Tab. 5.3-1 : Zusammenfassung der Ergebnisse der
Motordiagnose(nach[ BÖHN, 2004]).103
Tab. 5.3-2: Emissionskennwerte nach ECE-R 49 im 13-Stufen-
Test (Quelle [NOCKE et al., 2003]).120
Tab. 5.3-3: Vergleich der Emissionsmesswerte mit Literaturwerten
(nach [NOCKE et al., 2003]).122
Tab. 5.3-4: Kalkulatorische Ermittlung der Cetanzahl (in
Anlehnung an [MITTELBACH,2004])).130
Tab. 5.4-1 : Ergebnisse der ökologischen Bewertung von RME im
Vergleich mit DK [UBA, 1999] (Quelle [TACK et al.,
2003]).147
Tab. 5.4-2: Vergleich der Bewertung von RME gegenüber DK
nach [UBA, 1999 und den eigenen Untersuchungen
(Quelle [TACK et al., 2003]).148
Tab. 5.4-3: Beitrag der Herstellung und Nutzung von 11 FME zur
Umweltentlastung (nach [TACK et al., 2003]).149
XII |
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| spellingShingle | Linder, Heinrich Erzeugung und Einsatz von Biodiesel aus tierischen Fetten (FME) Unter besonderer Berücksichtigung der ökologischen Wirkungen Agrarwissenschaftliche Forschungsergebnisse Kraftstoffherstellung (DE-588)4165454-7 gnd Schlachtabfallprodukt (DE-588)4204147-8 gnd Biodiesel (DE-588)4661178-2 gnd Tierisches Fett (DE-588)4185477-9 gnd Umweltbilanz (DE-588)4299127-4 gnd |
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