Emissionsverhalten von Biodiesel und anderen Dieselkraftstoffen

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Hans Böhmer
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1 Emissionsverhalten von Biodiesel und anderen Dieselkraftstoffen Axel Munack, Jürgen Krahl, Emine Capan, Olaf Schröder, Hendrik Stein Institut für Technologie und Biosystemtechnik

2 Vorstellung aktueller Forschungsarbeiten Motor Versuchsstand in der FAL und exemplarische Abgas Analysenergebnisse Untersuchung von Biodiesel und seinen Gemischen mit fossilem Dieselkraftstoff auf limitierte Emissionen

3 Vorstellung aktueller Forschungsarbeiten Motor Versuchsstand in der FAL und exemplarische Abgas Analysenergebnisse Untersuchung von Biodiesel und seinen Gemischen mit fossilem Dieselkraftstoff auf limitierte Emissionen

4 Motorversuchsstand

5 Schema des analytischen Labors an der FAL Motor limitierte Abgaskomponenten FID: HC CLD: NO x x NIR: CO polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) FLD HPLC Aufarbeitung Filter Kühler Verdünnungstunnel Wirbelstrombremse Stickoxide/Methan Kondensat Partikelmasse Benzol GC FTIR Partikelgrößen / Partikelanzahlverteilung Berner Impaktor SMPS FID ELPI Alkene und Aromaten Aldehyde TCT Gasbeutel UV/DAD HPLC Aufarbeitung MS GC Waschflaschen

6 FAL Versuchsfahrzeug

7 FAL Versuchsfahrzeug

8 Motor und Testbedingungen Mercedes Benz OM 94 LA 13 Stufen Test Zylinderhub 13 mm 1 25% 6 8 1% Zylinderbohrung Anzahl Zylinder Hubvolumen Nenndrehzahl Nennleistung Maximales Drehmoment Verdichtung 12 mm cm 3 23 min kw 635 Nm bei 138 min 1 17,4 Teillastverhältnis [%] ,7, % % 8% 8% 8% % 2% 2% 2% 2% 1 Drehzahl/Nenndrehzahl

9 Kraftstoffe im Test Schwedischer schwefelarmer Dieselkraftstoff MK1 gemäß SS Deutscher Biodiesel RME gemäß E DIN 5166 Dieselkraftstoff DK gemäß DIN EN 59, 41 ppm Schwefel Modifizierter Dieselkraftstoff DK5 mit flacherer Siedelinie, < 1 ppm Schwefel und 28 % Aromaten und Polyaromaten

10 Siedeverläufe der getesteten Kraftstoffe 38 Temperatur [ C] MK1 RME DK DK aufgefangenes Probevolumen [%]

11 Spezifische CO Emissionsmassenströme im 13 Stufen Test Emissionsmassenstrom [g/kwh],7,6,5,4,3,2,1 MK1 RME DK DK5

12 Spezifische HC Emissionsmassenströme im 13 Stufen Test Emissionsmassenstrom [g/kwh],1,8,6,4,2 MK1 RME DK DK5

13 Spezifische NO x Emissionsmassenströme im 13 Stufen Test Emissionsmassenstrom [g/kwh] MK1 RME DK DK5

14 Spezifische PM Emissionsmassenströme im 13 Stufen Test Emissionsmassenstrom [g/kwh],7,6,5,4,3,2,1 MK1 RME DK DK5

15 Partikelanzahlstrom im 13 Stufen Test 1 15 Emissionsstrom [1/kWh] MK1 RME DK DK elektr. Mobilitätsdurchmesser [nm]

16 Spezifische Aromaten Emissionsmassenströme im 13 Stufen Test Emissionsmassenstrom [mg/kwh] 1,4 1,2 1,8,6,4,2 MK1 RME DK DK5 o Xylol m Xylol Ethylbenzol Toluol Benzol

17 Spezifische Alken / Ethin Emissionsmassenströme im 13 Stufen Test Emissionsmassenstrom [mg/kwh] Propen Ethin Ethen MK1 RME DK DK5

18 Spezifische Aldehyd und Keton Emissionsmassenströme im 13 Stufen Test Emissionsmassenstrom [mg/kwh] MK1 RME DK DK 5 Hexaldehyd Tolualdehyd Valeraldehyd Benzaldehyd Butyraldehyd Methacrolein 2 Butanon Crotonaldehyd Propionaldehyd Acrolein Aceton Acetaldehyd Formaldehyd

19 Mutagenität der Partikelextrakte im Teststamm TA98 (13 Stufen Test) Mutationen / 1 [1/h] TA98 S9 TA98+S9 MK1 RME DK DK5

20 Zwischen Fazit und weitere Fragestellungen Biodiesel weist also (mit Ausnahme der NO x Emissionen) Emissionsvorteile gegenüber fossilem Dieselkraftstoff auf. Was passiert bei Kraftstoffmischungen Wechselbetankung Beimischung? Existieren überproportionale Effekte für Gemische aus Biodiesel und konventionellem Diesel?

21 Teil Schema des Prüfstands CO Motor NDIR HC FID Verdünnungstunnel Wirbelstrombremse NO x CLD PM

22 Exemplarischer Verlauf der Kohlenmonoxidkonzentration im Abgas des 13 Stufen Tests 25 CO Konzentration [ppm] Betriebspunkt

23 Kohlenmonoxid (CO ) Emissionen im Betriebspunkt CO Emission [g/h] Anteil RME [%]

24 Kohlenmonoxid (CO ) Emissionen im 13 Stufen Test 1 spez. CO Emission [g/kwh],8,6,4,2 EURO II Grenzwert: 4 g/kwh Anteil RME [%]

25 Kohlenwasserstoff (HC ) Emissionen im 13 Stufen Test,5 spez. HC Emission [g/kwh],4,3,2,1 EURO II Grenzwert: 1,1 g/kwh Anteil RME [%]

26 Stickoxid (NO x ) Emission im 13 Stufen Test spez. NO x Emission [g/kwh] EURO II Grenzwert Anteil RME [%]

27 Partikelmasse (PM ) Emission im 13 Stufen Test spez. PM Emission [g/kwh],7,6,5,4,3,2,1 EURO II Grenzwert:,15 g/kwh Anteil RME [%]

28 Zusammenfassung Alle Mischungen und Reinkraftstoffe unterschritten bei allen Abgaskomponenten die gesetzlichen Grenzwerte der EURO II Norm. Die Emissionen der Mischungen änderten sich weitestgehend linear mit dem Anteil von RME und DK. Dies bedeutet: auch bei einer Beimischung können die mit Ausnahme der NO x Emissionen Umweltvorteile von RME anteilsgerecht erwartet werden.

29 Vorstellung aktueller Forschungsarbeiten Motor Versuchsstand in der FAL und exemplarische Abgas Analysenergebnisse Untersuchung von Biodiesel und seinen Gemischen mit fossilem Dieselkraftstoff auf limitierte Emissionen...und was kann ich von der Nutzung der neuen Kraftstoffe erwarten?

30 Motor und Testbedingungen Mercedes Benz OM 96 LA 13 Phasen Test Zylinderhub Zylinderbohrung Anzahl Zylinder Hubvolumen Nenndrehzahl Nennleistung Maximales Drehmoment Abgasnorm 13 mm 12 mm cm 3 23 min 1 25 kw 11 Nm bei 13 min 1 EURO III Teillastverhältnis 1 % zusätzlich frei wählbare Prüfpunkte 15% % 5% 5% 5% % 1 1% 12 1% 13 1% 11 8% 5% 5% 5% % 1 Drehzahl/Nenndrehzahl

31 Relative Emissionen im 13 Phasen Test (ESC mit OM 96 LA) 14 rel. Emission [%] ,38 g/kwh,47 g/kwh,18 g/kwh Dieselkraftstoff V Power Diesel Ultimate Diesel Biodiesel 2 NOx x CO HC Grenzwerte(Euro III): 5, g/kwh 2,1 g/kwh,66 g/kwh

32 Kraftstoffverbrauch im 13 Phasen Test (ESC mit OM 96 LA) 3 (27,35 L/h) (28,67 L/h) Verbrauch [kg/h] ,82 22,77 22,76 25,32 5 Dieselkraftstoff V Power Diesel Ultimate Diesel Biodiesel

33 weitere Informationen und Details... zum Vergleich RME, DK, MK1: Sonderheft 252 der Landbauforschung Völkenrode zu den Emissionen von Gemischen: Abschlussbericht als Sonderdruck bei der FAL und der AGQM erhältlich

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