Begleitforschung zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff für pflanzenöltaugliche Dieselmotoren in Fahrzeugen und BHKW

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1 Technische Universität München Bayerische Landesanstalt für Landtechnik Vorstand: Prof. Dr. Dr. h.c. (AE) Hans Schön Begleitforschung zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff für pflanzenöltaugliche Dieselmotoren in Fahrzeugen und BHKW Abschlussbericht für das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten und C.A.R.M.E.N. e.v. August 2000

2 Impressum Bayerisches Staatsministerium für Ernährung Landwirtschaft und Forsten Postfach München RB-Nr. 08/00/81 Gelbes Heft Nr. 69 November 2000 Redaktion: Referat Landmaschinen und Energiewirtschaft Die Beiträge in dieser Schriftenreihe geben die Auffassung und Erkenntnisse der abfassenden Personen wieder. Remmele Edgar; Thuneke, K.; Widmann, B.; Wilharm T.; und Schön, H.: Begleitforschung zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff für pflanzenöltaugliche Dieselmotoren in Fahrzeugen und BHKW Gelbes Heft Nr. 69. Hrsg. und Druck: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, München. 2000

3 Technische Universität München Bayerische Landesanstalt für Landtechnik Vorstand: Prof. Dr. Dr. h.c. (AE) Hans Schön Abschlussbericht zum Untersuchungsvorhaben Begleitforschung zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff für pflanzenöltaugliche Dieselmotoren in Fahrzeugen und BHKW Finanzierung durch das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Z 3/a Durchführung: Bayerische Landesanstalt für Landtechnik Landtechnischer Verein in Bayern e.v. (LTV) Vöttinger Straße 36, Freising Projektleiter: Bearbeiter und Autor: Bearbeiter: Dr. Bernhard Widmann Dipl.-Ing. agr. Edgar Remmele (LTV) Dipl.-Ing. agr. Klaus Thuneke Unterauftrag: ASG Analytik-Service Gesellschaft mbh Feldstrasse 16 20, Augsburg Bearbeiter: Dr. Thomas Wilharm

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5 Danksagung Besonderer Dank gilt Herrn Dr. Thomas Wilharm von der Firma ASG Analytik- Service Gesellschaft, Augsburg für die hervorragende Zusammenarbeit bei der Projektdurchführung. Der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau, Freising, speziell Herrn Aigner und Herrn Salzeder, ist für die Bereitstellung der Rapssaaten aus den Anbauversuchen zu danken. Für die freundliche Aufnahme des Arbeitskreises Dezentrale Pflanzenölgewinnung im Rathaussaal der Stadt Straubing sei Herrn Oberbürgermeister Perlak und seiner Mitarbeiterin Frau Wilhelm gedankt. Nicht zuletzt gilt besonderer Dank dem Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten für die Förderung des Untersuchungsvorhabens.

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7 Inhaltsverzeichnis 7 Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS...7 ABBILDUNGSVERZEICHNIS...10 TABELLENVERZEICHNIS...14 KURZFASSUNG...17 ABSTRACT EINLEITUNG PROBLEMSTELLUNG ZIELSETZUNG STAND DES WISSENS Qualitätsanforderungen an Rapsöl als Kraftstoff Normierung von Dieselkraftstoff Normierung von Fettsäuremethylester Qualitätsanforderungen an Rapsöl als Speiseöl Kennwerte von Pflanzenöl, Fettsäuremethylester und Dieselkraftstoff METHODISCHES VORGEHEN Begutachtung des vorläufigen RK-Standards vom und Zusammenstellung des Handlungsbedarfs Überprüfung von Grenzwerten Eigenschaften der verarbeiteten Rapssaaten Verarbeitung der Rapssaaten Rapsölproben mit Verunreinigungen in definierten Beimischungen Überprüfung von Prüfverfahren Anpassung oder Entwicklung von Prüfverfahren Festlegung von Grenzwerten Entwicklung von Schnelltests Verabschiedung des Qualitätsstandards für Rapsöl als Kraftstoff...70

8 8 Inhaltsverzeichnis 6 ERGEBNISSE Handlungsbedarf als Ergebnis der 5. Sitzung des LTV- Arbeitskreises Dezentrale Pflanzenölgewinnung Kennwerte und Grenzwerte für Rapsölkraftstoff Dichte (15 C) Flammpunkt nach Pensky-Martens Heizwert Kinematische Viskosität (40 C) Kälteverhalten Zündwilligkeit (Cetanzahl) Koksrückstand Iodzahl Schwefelgehalt Gesamtverschmutzung Neutralisationszahl Oxidationsstabilität (110 C) Phosphorgehalt Aschegehalt Wassergehalt Eignung und Auswahl von Kennwerten und Prüfverfahren Oxidationsstabilität Aschegehalt Stickstoffgehalt Elementgehalte Korrelation zwischen Kennwerten Korrelation zwischen Neutralisationszahl und Oxidationsstabilität Korrelation zwischen Iodzahl und Oxidationsstabilität Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung und Neutralisationszahl Korrelation zwischen Wassergehalt und Neutralisationszahl Korrelation zwischen Wassergehalt und Heizwert Korrelation zwischen Wassergehalt und Flammpunkt Korrelation zwischen Neutralisationszahl und Flammpunkt Korrelation zwischen kinematischer Viskosität und Flammpunkt Korrelation zwischen Wassergehalt und kinematischer Viskosität Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung und Koksrückstand Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung und Phosphorgehalt Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung und Schwefelgehalt

9 Inhaltsverzeichnis Prüfverfahren für Kälteverhalten und Zündwilligkeit Prüfverfahren für Kälteverhalten Prüfverfahren für Zündwilligkeit Schnelltests Schnelltest für Wassergehalt Schnelltest für Neutralisationszahl Schnelltest für Gesamtverschmutzung Schnelltest für Phosphorgehalt Probenahme und Probenlagerung von Rapsölkraftstoff AUSBLICK ÜBERFÜHRUNG DES STANDARDS FÜR RAPSÖL ALS KRAFTSTOFF IN EINE NORM ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY LITERATUR ANHANG Anhang 1: Vorläufiger Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff vom Anhang 2: Vorläufiger Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff vom Anhang 3: Protokoll zur 5. Sitzung des LTV-Arbeitskreises Dezentrale Pflanzenölgewinnung Anhang 4: Protokoll zur 6. Sitzung des LTV-Arbeitskreises Dezentrale Pflanzenölgewinnung...190

10 10 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Abbildung 2: Viskositätsverlauf von Rapsöl verschiedener Raffinationsstufen nach WIDMANN (1992) [58] Fettsäureverteilung von Rapssaaten aus Beständen der Bayerischen Landesanstalt für Landtechnik Abbildung 3: Der Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff Abbildung 4: Abbildung 5: Abbildung 6: Abbildung 7: Abbildung 8: Abbildung 9: Abbildung 10: Abbildung 11: Abbildung 12: Abbildung 13: Dichte (15 C) (DIN EN ISO 3675) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Änderung der Dichte (15 C) (DIN EN ISO 12185) von Rapsöl durch Zumischung von anderen Kraftstoffen Flammpunkt nach P.-.M. (DIN EN 22719) im geschlossenen Tiegel von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Änderung des Flammpunkts (DIN EN 22719) von Rapsöl durch Zumischung von anderen Kraftstoffen Heizwert (DIN ) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Kinematische Viskosität (40 C) (DIN EN ISO 3104) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Änderung der kinematischen Viskosität (40 C) (DIN EN ISO 3104) von Rapsöl durch Zumischung von anderen Kraftstoffen Koksrückstand (DIN EN ISO 10370) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Koksrückstand (DIN EN ISO 10370) von Rapsölproben aus dem Ringversuch mit einer Charge Rapssaat Iodzahl (DIN ) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Abbildung 14: Einfluss von Sorte und Anbau auf die Iodzahl (DIN ) von Rapsöl Abbildung 15: Abbildung 16: Abbildung 17: Abbildung 18: Fettsäuremuster (DGF C-VI 10a (81)) ausgewählter Rapsölproben Schwefelgehalt (ASTM D ) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Einfluss von Sorte und Anbau auf den Schwefelgehalt (ASTM D ) von Rapsöl Gesamtverschmutzung (DIN EN 12662) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft... 91

11 Abbildungsverzeichnis 11 Abbildung 19: Abbildung 20: Abbildung 21: Neutralisationszahl (DIN EN ISO 660) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft...92 Einfluss von Sorte und Anbau auf die Neutralisationszahl (DIN EN ISO 660) von Rapsöl...93 Neutralisationszahl (DIN ) von Rapsölproben aus dem Ringversuch mit einer Charge Rapssaat...93 Abbildung 22: Bestimmung der Oxidationsstabilität von Pflanzenölen - Messprinzip nach ISO Abbildung 23: Abbildung 24: Abbildung 25: Abbildung 26: Abbildung 27: Abbildung 28: Abbildung 29: Abbildung 30: Abbildung 31: Abbildung 32: Abbildung 33: Abbildung 34: Abbildung 35: Abbildung 36: Abbildung 37: Oxidationsstabilität (110 C) (ISO 6886) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft...97 Einfluss von Sorte und Anbau auf die Oxidationsstabilität (ISO 6886) von Rapsöl...98 Änderung der Oxidationsstabilität (ISO 6886) von Rapsöl durch Zumischung von anderen Kraftstoffen...98 Phosphorgehalt (ASTM D ) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Einfluss von Sorte und Anbau auf den Phosphorgehalt (ASTM D ) von Rapsöl Phosphorgehalte (DIN ) von Rapsölproben aus dem Ringversuch mit einer Charge Rapssaat Aschegehalt (DIN EN ISO 6245) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Aschegehalte (DIN EN ISO 6245) von Rapsölproben aus dem Ringversuch mit einer Charge Rapssaat Wassergehalt (pr EN ISO 12937) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Einfluss von Sorte und Anbau auf den Wassergehalt (pr EN ISO 12937) von Rapsöl Wassergehalt (ASTM D ) von Rapsölproben aus dem Ringversuch mit einer Charge Rapssaat Oxidationsstabilität (ISO 6886) von Rapsölkraftstoffen ermittelt mit der Prüftemperatur 110 C und 120 C Asche (DIN EN ISO 6245) und Sulfatasche (DIN 51575) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Korrelation zwischen Sulfatasche (DIN 51575) und Asche (DIN EN ISO 6245) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Korrelation zwischen Phosphorgehalt (ASTM D ) und Asche (DIN EN ISO 6245) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft...109

12 12 Abbildungsverzeichnis Abbildung 38: Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung (DIN und DIN EN 12662) und Asche (DIN EN ISO 6245) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Abbildung 39: Abbildung 40: Abbildung 41: Abbildung 42: Korrelation zwischen Natriumgehalt (DIN ) und Oxidasche (DIN EN ISO 6245) von Rapsölproben aus dem Ringversuch mit einer Charge Rapssaat Korrelation zwischen Calciumgehalt (DIN ) und Oxidasche (EN ISO 6245) von Rapsölproben aus dem Ringversuch mit einer Charge Rapssaat Stickstoffgehalt (ASTM D ) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Einfluss von Sorte und Anbau auf den Stickstoffgehalt (ASTM D ) von Rapsöl Abbildung 43: Korrelation zwischen Neutralisationszahl (DIN EN ISO 660) und Oxidationsstabilität (110 C) (ISO 6886) von Rapsölproben Abbildung 44: Abbildung 45: Abbildung 46: Abbildung 47: Abbildung 48: Korrelation zwischen Iodzahl (DIN ) und Oxidationsstabilität (110 C) (ISO 6886) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung (DIN EN 12662) und Neutralisationszahl (DIN EN ISO 660) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Korrelation zwischen Wassergehalt (pr EN ISO 12937) und Neutralisationszahl (DIN EN ISO 660) von Rapsölproben Korrelation zwischen Wassergehalt (pr EN ISO 12937) und Heizwert (DIN ) von Rapsölproben Korrelation zwischen Wassergehalt (pr EN ISO 12937) und Flammpunkt (DIN EN 22719) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Abbildung 49: Korrelation zwischen Neutralisationszahl (DIN EN 12662) und Flammpunkt (DIN EN 22719) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Abbildung 50: Abbildung 51: Abbildung 52: Korrelation zwischen kinematischer Viskosität (DIN EN ISO 3104) und Flammpunkt (DIN EN 22719) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Korrelation zwischen Wassergehalt (pr EN ISO 12937) und kinematischer Viskosität (40 C) (DIN EN ISO 3104) von Rapsölproben Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung (DIN EN 12662) und Koksrückstand (DIN EN ISO 10370) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft

13 Abbildungsverzeichnis 13 Abbildung 53: Abbildung 54: Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung (DIN EN 12662) und Phosphorgehalt (ASTM D ) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Korrelation zwischen Gesamtverschmutzung (DIN EN 12662) und Schwefelgehalt (ASTM D ) von Rapsölkraftstoffen verschiedener Herkunft Abbildung 55: Aufbau und technische Daten des Rotationsviskosimeters Abbildung 56: Abbildung 57: Abbildung 58: Dynamische Viskosität von Rapsöl, gemessen mit einem Rotationsviskosimeter, bei einer Abkühlrate von 0,5 K/min Dynamische Viskosität von Rapsöl, gemessen mit einem Rotationsviskosimeter, bei einer Abkühlrate von 2,5 K/min Dynamische Viskosität von Rapsöl der Rapssorte Mohikan, gemessen mit einem Rotationsviskosimeter, bei unterschiedlichen Abkühlraten Abbildung 59: Filterfärbung beim Schnelltest Gesamtverschmutzung Vorversuche zum Vergleich verschiedener Rapsölproben und Verfahrensvarianten Abbildung 60: Abbildung 61: Abbildung 62: Abbildung 63: Abbildung 64: Versuchsplan zur Entwicklung eines Schnelltests Gesamtverschmutzung Filterrückstand dreier Rapsölproben mit unterschiedlicher Gesamtverschmutzung im Schnelltest Schnelltest Gesamtverschmutzung Auswirkung verschiedener Probenvolumina auf den Filterrückstand Vergleichstableau für den Schnelltest Gesamtverschmutzung Gegenüberstellung der Filterbeaufschlagung im Schnelltest und der Gesamtverschmutzung ermittelt nach DIN EN Musteretikett zur Beschriftung von Rapsölkraftstoffproben Abbildung 65: Beispiel für die Beschriftung einer Rapsölkraftstoffprobe...155

14 14 Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Kraftstoffkennwerte von Rapsöl nach WIDMANN et.al. (1992) [58], Mittelwerte aus drei Sorten von drei beziehungsweise vier Standorten aus den Jahren 1988 und Tabelle 2: Tabelle 3: Tabelle 4: Tabelle 5: Tabelle 6: Tabelle 7: Tabelle 8: Tabelle 9: Tabelle 10: Vorschlag für einen Qualitätsstandard für Rapsöl zur Verwendung als Treibstoff in Pflanzenölmotoren nach MAURER (1994) [48] Allgemeine sowie klimatisch abhängige Anforderungen (gemäßigtes Klima) an Dieselkraftstoff und Prüfverfahren gemäß DIN EN [15] Auszug nationaler Biodiesel-Standards, ohne Berücksichtigung unterschiedlicher Prüfmethoden [50] Mindestanforderungen an Fettsäuremethylester - Stand der Normungsarbeiten vom März 2000 [50] Beschaffenheitsmerkmale von Speisefetten und Speiseölen nach den Leitsätzen für Speisefette und Speiseöle [6] Fettsäurezusammensetzung von Rapsöl und erucasäurearmem Rapsöl, ermittelt durch Gas-Flüssigkeits- Chromatographie als prozentuale Anteile, nach der Alinorm 99/17 [12] Weitere Qualitätskriterien für Pflanzenöle nach der Alinorm 99/17 [12] Chemische und physikalische Charakteristika von rohem Rapsöl und rohem, erucasäurearmem Rapsöl nach der Alinorm 99/17 [12] Kennwerte, die bei Dieselkraftstoff, Fettsäuremethylester und Pflanzenöl Anwendung finden (alphabetisch) Tabelle 11: Analysenplan für die Rapsölproben-Gruppen Tabelle 12: Tabelle 13: Tabelle 14: Kurzbeschreibung der Rapssaaten aus den Anbauversuchen der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau [8] Standortbeschreibung und Anbaubedingungen der Rapssaaten aus den Anbauversuchen der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau [8] Düngung und Pflanzenschutz bei den Rapssaaten aus den Anbauversuchen der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau [8]... 61

15 Tabellenverzeichnis 15 Tabelle 15: Tabelle 16: Tabelle 17: Tabelle 18: Tabelle 19: Tabelle 20: Eigenschaften bei den Rapssaaten aus den Anbauversuchen der Bayerischen Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau [8] und eigene Analysen...62 Eigenschaften der Rapssaaten aus Beständen der Bayerischen Landesanstalt für Landtechnik...63 Fettsäuremuster von Rapssaaten aus Beständen der Bayerischen Landesanstalt für Landtechnik...63 Prozessparameter bei der Ölsaatenverarbeitung (Mittelwerte und Standardabweichung)...65 Eigenschaften des Rapsöls und der Kraftstoffe (Praxisproben) zur Herstellung der Rapsöl/Kraftstoff- Mischungen...67 Induktionsperiode und relative Oxidationsgeschwindigkeit von Fettsäuren bei 25 C nach BELITZ [10]...96 Tabelle 21: Elementgehalte verschiedener Rapsölproben Tabelle 22: Vergleich von Wassergehalt in Rapsöl ermittelt nach Prüfverfahren pr EN ISO und im Schnelltest...136

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17 Kurzfassung 17 Kurzfassung Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard) 05/2000 Vorwort Der Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff hat nicht den Status einer nationalen oder internationalen Norm. Der RK-Qualitätsstandard wurde auf Initiative des LTV-Arbeitskreises Dezentrale Pflanzenölgewinnung unter Federführung der Arbeitsgruppe Pflanzenöle an der TU München, Bayerische Landesanstalt für Landtechnik, Freising-Weihenstephan, in Zusammenarbeit mit der Firma ASG Analytik-Service Gesellschaft, Augsburg und der Landesanstalt für landwirtschaftliches Maschinen- und Bauwesen, Universität Hohenheim, entwickelt. Durch Begleitforschung, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, wurde der Qualitätsstandard im Mai 2000 zum Abschluss gebracht. Der RK-Qualitätsstandard ist als Abkommen über Qualitätsparameter und Grenzwerte zwischen Erzeugern von Rapsöl und Herstellern sowie Umrüstern pflanzenöltauglicher Motoren zu verstehen. Der Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff soll einen sicheren Betrieb von pflanzenöltauglichen Dieselmotoren gewährleisten und als Grundlage für die Weiterentwicklung dieser Motoren dienen. Anwendungsbereich Dieser Standard legt Anforderungen und Prüfverfahren für die Verwendung von Pflanzenöl, gewonnen aus Rapssaat von Brassica napus var. napus (Rapsöl), als Kraftstoff fest. Der Standard gilt für Rapsölkraftstoff für die Verwendung in Verbrennungsmotoren nach dem Dieselprinzip, die für den Betrieb mit Rapsölkraftstoff gebaut oder umgerüstet worden sind. Erläuterungen zu Kennwerten und Prüfverfahren Die Kennwerte für Rapsölkraftstoff sind untergliedert in charakteristische und variable Eigenschaften. Die charakteristischen Eigenschaften unterliegen nur geringen Schwankungen und dienen dazu, den Kraftstoff zu beschreiben. Die variablen Eigenschaften werden zum Beispiel durch Rapssorte, Anbauparameter und durch

18 18 Kurzfassung Gewinnung, Lagerung und Transport von Rapsölkraftstoff beeinflusst und bedürfen der ständigen Qualitätskontrolle. Eine Bestimmung der Zündwilligkeit (Cetanzahl) von Rapsöl im CFR- oder BASF-Prüfmotor ist nicht sinnvoll, da diese Prüfmotoren auf den Betrieb mit Dieselkraftstoff optimiert sind. Die Messergebnisse für Rapsöl im Prüfmotor sind darum nicht mit denen für Dieselkraftstoff vergleichbar. Ein nicht motorisches Prüfverfahren zur Ermittlung der Cetanzahl mit dem Fuel Ignition Analyser, der Firma Fueltech muss auf seine Anwendbarkeit bei Rapsölkraftstoff geprüft werden. Bis ein geeignetes Prüfverfahren zur Messung der Zündwilligkeit von Rapsölkraftstoff gefunden ist, wird auf die Nennung eines Prüfverfahrens und eines Grenzwerts im RK-Qualitätsstandard verzichtet. Das Kälteverhalten von Rapsöl lässt sich mit den üblichen Prüfverfahren zur Bestimmung des Kälteverhaltens von Mineralölerzeugnissen, zum Beispiel Cold Filter Plugging Point (CFPP), nicht ausreichend gut beschreiben. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Ermittlung des Kälteverhaltens von Rapsöl durch Messung der dynamischen Viskosität im Rotationsviskosimeter bei einer definierten Abkühlrate der Prüfflüssigkeit gute Ergebnisse liefert. Ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Kälteverhaltens durch Rotationsviskosimetrie ist aber noch nicht festgeschrieben, deshalb wird auf die Nennung eines Prüfverfahrens und eines Grenzwerts für das Kälteverhalten verzichtet. Gültigkeit Der Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff wird nach Abschluss des Untersuchungsvorhabens an die Hersteller und Umrüster pflanzenöltauglicher Motoren versandt. Nach einer Einspruchsfrist von vier Wochen, gilt der Qualitätsstandard als endgültig verabschiedet. Der RK-Qualitätsstandard wird nach Ablauf von zwei Jahren überprüft und gegebenenfalls überarbeitet.

19 Kurzfassung 19 LTV-Arbeitskreis Dezentrale Pflanzenölgewinnung, Weihenstephan Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard) 05/2000 in Zusammenarbeit mit: Eigenschaften / Inhaltsstoffe Einheiten Grenzwerte Prüfverfahren min. max. für Rapsöl charakteristische Eigenschaften Dichte (15 C) kg/m³ DIN EN ISO 3675 DIN EN ISO Flammpunkt nach P.-M. C 220 DIN EN Heizwert kj/kg DIN Kinematische Viskosität (40 C) mm²/s 38 DIN EN ISO 3104 Kälteverhalten Zündwilligkeit (Cetanzahl) Rotationsviskosimetrie (Prüfbedingungen werden erarbeitet) Prüfverfahren wird evaluiert Koksrückstand Masse-% 0,40 DIN EN ISO Iodzahl g/100 g DIN Schwefelgehalt mg/kg 20 ASTM D variable Eigenschaften Gesamtverschmutzung mg/kg 25 DIN EN Neutralisationszahl mg KOH/g 2,0 DIN EN ISO 660 Oxidationsstabilität (110 C) h 5,0 ISO 6886 Phosphorgehalt mg/kg 15 ASTM D Aschegehalt Masse-% 0,01 DIN EN ISO 6245 Wassergehalt Masse-% 0,075 pr EN ISO 12937

20 20 Kurzfassung Zitierte Normen ASTM D , Standard Test Method for Phosphorus in Gasoline ASTM D , Standard Test Method for Determination of Total Sulfur in Light Hydrocarbons, Motor Fuels and Oils by Ultraviolet Fluorescence DIN , Ausgabe: , Prüfung fester und flüssiger Brennstoffe; Bestimmung des Brennwertes mit dem Bomben-Kalorimeter und Berechnung des Heizwertes, Verfahren mit adiabatischem Mantel DIN , Ausgabe: , Bestimmung der Iodzahl - Teil 1: Verfahren mit Wijs-Lösung DIN EN 12662, Ausgabe: , Flüssige Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Verschmutzung in Mitteldestillaten; Deutsche Fassung EN 12662: 1998 DIN EN 22719, Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe; Bestimmung des Flammpunktes; Verfahren nach Pensky-Martens im geschlossenen Tiegel (ISO 2719: 1988); Deutsche Fassung EN 22719: 1993 DIN EN ISO 10370, Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse - Bestimmung des Koksrückstandes - Mikroverfahren (ISO 10370: 1993); Deutsche Fassung EN ISO 10370: 1995 DIN EN ISO 660, Ausgabe: , Tierische und pflanzliche Fette und Öle - Bestimmung der Säurezahl und der Azidität (ISO 660: 1996); Deutsche Fassung EN ISO 660: 1999 DIN EN ISO 3104, Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse - Durchsichtige und undurchsichtige Flüssigkeiten - Bestimmung der kinematischen Viskosität und Berechnung der dynamischen Viskosität (ISO 3104: Cor. 1: 1997); Deutsche Fassung EN ISO 3104: AC: 1999 DIN EN ISO 3675, Ausgabe: , Rohöl und flüssige Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Dichte im Labor - Aräometer-Verfahren (ISO 3675: 1998); Deutsche Fassung EN ISO 3675: 1998 DIN EN ISO 6245, Ausgabe: Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Asche (ISO 6245: 1993); Deutsche Fassung EN ISO 6245: 1995 DIN EN ISO 12185, Ausgabe: , Rohöl und Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Dichte - U-Rohr-Oszillationsverfahren (ISO 12185:1996); Deutsche Fassung EN ISO 12185: 1996 ISO 6886, Ausgabe: , Tierische und pflanzliche Fette und Öle - Bestimmung der Oxidationsbeständigkeit (Beschleunigter Oxidationstest) ISO/FDIS (Norm-Entwurf), Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse - Bestimmung des Wassergehaltes - Coulometrische Titration nach Karl Fischer

21 Abstract 21 Abstract Quality Standard for Rapeseed oil as a Fuel (RK-Qualitätsstandard) 05/2000 Preface The quality standard for rapeseed oil as a fuel does not have the status of a national or international norm. The RK-Qualitätsstandard was developed by the LTV working-session Decentral Vegetable Oil Production under chairmanship of the working group Vegetable oils at the Technische Universität München, Bayerische Landesanstalt für Landtechnik, Freising-Weihenstephan, in co-operation with the company ASG Analytik-Service Gesellschaft, Augsburg and the Landesanstalt für landwirtschaftliches Maschinen- und Bauwesen, University of Hohenheim. Through accompanying studies, financed by the Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, the quality standard was laid down in May It is meant to be an agreement on quality criteria and limiting values between producers of rapeseed oil and manufacturers of vegetable oil engines. The quality standard for rapeseed oil as a fuel should help to guarantee a reliable operation of vegetable oil engines and can be a basis for further engine improvement. Field of Application Within this standard requirements and testing methods for the use of vegetable oil, produced of rapeseed Brassica napus var. napus (rapeseed oil) as a fuel are laid down. The standard is applied to rapeseed oil fuel for the use in combustion engines with diesel technique, that are either purpose built or adapted to the operation with vegetable oil. Explanatory Notes to Criteria and Testing Methods The quality criteria for rapeseed oil fuel are distinguished in typical and variable properties. The typical properties are fairly constant and characterise the fuel. In comparison with this variable properties are influenced for example by rapeseed variety, growing parameters or by the production, storage and transport process and therefore require regular quality control.

22 22 Abstract A determination of the ignition ability (cetane number) of rapeseed oil in a CFRor BASF-testing engine is out of any expressiveness, since these testing engines are conventional diesel engines, which are not suitable for rapeseed oil. Thus, the cetane number of rapeseed oil, determined with a testing engine is not comparable with the cetane number of diesel fuel. An alternative testing method (without testing engine) for the determination of the cetane number with a Fuel Ignition Analyser from the company Fueltech needs to be tested for applicability with rapeseed oil. Until a suitable testing method will be available, neither the testing method nor a limiting value is laid down in the quality standard. Low temperature behaviour of rapeseed oil can not be determined representatively by usual testing methods for mineral oil, e.g. Cold Filter Plugging point (CFPP). First studies show that the determination of low temperature behaviour of rapeseed oil by measuring the dynamic viscosity of an oil sample in a rotational viscometer, while being cooled with a practicable temperature gradient, brought good results. However, the testing conditions to determine the low temperature behaviour in a rotational viscometer are not defined, yet. Thus, neither the testing method nor a limiting value was laid down. Validity The quality standard for rapeseed oil as a fuel will be sent to the builders of vegetable oil engines when project work is finished. After term of preclusion (4 weeks) the quality standard will have a definitive status. The quality standard (RK-Qualitätsstandard) will be reviewed after a period of two years time and then if necessary reworked.

23 Abstract 23 LTV-Work-Session on Decentral Vegetable Oil Production, Weihenstephan Quality Standard for Rapeseed Oil as a Fuel (RK-Qualitätsstandard) 05/2000 in Cooperation with: Properties / Contents Unit Limiting Value Testing Method min. max. charcteristic properties for Rapeseed Oil Density (15 C) kg/m³ DIN EN ISO 3675 DIN EN ISO Flash Point by P.-M. C 220 DIN EN Calorific Value kj/kg DIN Kinematic Viscosity (40 C) mm²/s 38 DIN EN ISO 3104 Low Temperature Behaviour Cetane Number Rotational Viscometer (testing conditions will be developed) Testing method will be reviewed Carbon Residue Mass-% 0.40 DIN EN ISO Iodine Number g/100 g DIN Sulphur Content mg/kg 20 ASTM D variable properties Contamination mg/kg 25 DIN EN Acid Value mg KOH/g 2.0 DIN EN ISO 660 Oxidation Stability (110 C) h 5.0 ISO 6886 Phosphorus Content mg/kg 15 ASTM D Ash Content Mass-% 0.01 DIN EN ISO 6245 Water Content Mass-% pr EN ISO 12937

24 24 Abstract Cited Standards ASTM D , Standard Test Method for Phosphorus in Gasoline ASTM D , Standard Test Method for Determination of Total Sulfur in Light Hydrocarbons, Motor Fuels and Oils by Ultraviolet Fluorescence DIN , Ausgabe: , Prüfung fester und flüssiger Brennstoffe; Bestimmung des Brennwertes mit dem Bomben-Kalorimeter und Berechnung des Heizwertes, Verfahren mit adiabatischem Mantel DIN , Ausgabe: , Bestimmung der Iodzahl - Teil 1: Verfahren mit Wijs-Lösung DIN EN 12662, Ausgabe: , Flüssige Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Verschmutzung in Mitteldestillaten; Deutsche Fassung EN 12662: 1998 DIN EN 22719, Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe; Bestimmung des Flammpunktes; Verfahren nach Pensky-Martens im geschlossenen Tiegel (ISO 2719: 1988); Deutsche Fassung EN 22719: 1993 DIN EN ISO 10370, Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse - Bestimmung des Koksrückstandes - Mikroverfahren (ISO 10370: 1993); Deutsche Fassung EN ISO 10370: 1995 DIN EN ISO 660, Ausgabe: , Tierische und pflanzliche Fette und Öle - Bestimmung der Säurezahl und der Azidität (ISO 660: 1996); Deutsche Fassung EN ISO 660: 1999 DIN EN ISO 3104, Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse - Durchsichtige und undurchsichtige Flüssigkeiten - Bestimmung der kinematischen Viskosität und Berechnung der dynamischen Viskosität (ISO 3104: Cor. 1: 1997); Deutsche Fassung EN ISO 3104: AC: 1999 DIN EN ISO 3675, Ausgabe: , Rohöl und flüssige Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Dichte im Labor - Aräometer-Verfahren (ISO 3675: 1998); Deutsche Fassung EN ISO 3675: 1998 DIN EN ISO 6245, Ausgabe: Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Asche (ISO 6245: 1993); Deutsche Fassung EN ISO 6245: 1995 DIN EN ISO 12185, Ausgabe: , Rohöl und Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Dichte - U-Rohr-Oszillationsverfahren (ISO 12185:1996); Deutsche Fassung EN ISO 12185: 1996 ISO 6886, Ausgabe: , Tierische und pflanzliche Fette und Öle - Bestimmung der Oxidationsbeständigkeit (Beschleunigter Oxidationstest) ISO/FDIS (Norm-Entwurf), Ausgabe: , Mineralölerzeugnisse - Bestimmung des Wassergehaltes - Coulometrische Titration nach Karl Fischer

25 1 Einleitung 25 1 Einleitung Der Einsatz von naturbelassenem Pflanzenöl als Kraftstoff in pflanzenöltauglichen Dieselmotoren gewinnt aus Gründen des Boden- und Gewässerschutzes, aber auch wegen der Verminderung der Kohlendioxidbelastung, zunehmend an Bedeutung. Nicht zuletzt angeregt durch politische Einflussnahme (Kürzung der Gasölverbilligung, Einführung der Ökosteuer) und durch die steigenden Rohölpreise nimmt derzeit besonders in der Landwirtschaft die Nachfrage nach naturbelassenem Pflanzenöl als Kraftstoff zu. In Bayern sind nach Angaben der Hersteller und Umrüster pflanzenöltauglicher Motoren rund 700 bis 800 Pkw mit Pflanzenöl als Kraftstoff im Einsatz. Mindestens 20 Blockheizkraftwerke werden in Bayern mit Pflanzenöl betrieben. Außerdem werden seit Mitte des Jahres 2000 erste Versuche zur Umrüstung direkteinspritzender Schleppermotoren auf Pflanzenöl als Kraftstoff unternommen. Raps (Brassica napus var. napus) ist bei den in Deutschland vorherrschenden klimatischen Verhältnissen die ertragreichste Ölpflanze. Im Jahr 2000 wurden auf Stilllegungsflächen ha 00-Raps und ha Eruca-Raps angebaut; die Gesamtanbaufläche Raps betrug im Jahr 2000 rund ha [56]. Rapsöl ist somit das Pflanzenöl mit der größten Bedeutung für die Nutzung als Kraftstoff in Deutschland.

26 26 2 Problemstellung 2 Problemstellung Ein verlässlicher Betrieb von pflanzenöltauglichen Dieselmotoren mit Rapsöl ist nur möglich, wenn wichtige Eigenschaften und Inhaltsstoffe für die Nutzung als Kraftstoff definiert sind. Diese müssen in ihrer Schwankungsbreite bestimmte Grenzen einhalten, andernfalls können keine Gewährleistungen für einen dauerhaften Motorenbetrieb oder die Einhaltung bestimmter Emissionsgrenzwerte gegeben werden. Definierte Kraftstoffqualitäten sind außerdem für die Motorenweiterentwicklung erforderlich. Aus diesen Gründen werden zum Beispiel auch Mindestanforderungen für Dieselkraftstoff [15] oder für Fettsäuremethylester [31] [50] ( Biodiesel ) durch Normierung festgelegt. In der Sitzung des Landtechnik-Arbeitskreises Dezentrale Pflanzenölgewinnung am in Weihenstephan wurden Qualitätsanforderungen an naturbelassenes Pflanzenöl als Kraftstoff und Möglichkeiten der Qualitätssicherung diskutiert [43]. Ziel dieser Veranstaltung war es, die Vielzahl der in Spezifikationen vorgegebenen Kenngrößen und dazugehörigen Grenzwerte auf eine gemeinsame Basis zusammenzuführen. Dies geschah in Zusammenarbeit von Wissenschaftlern mit Motorenherstellern, Ingenieurbüros, Betreibern von Ölgewinnungsanlagen sowie Analytik-Labors und unter Beteiligung von Behörden- und Verbandsvertretern. In zwei weiteren Sitzungen wurden die Kennwerte auf ihre Relevanz und Aussagekraft geprüft und geeignete Analyseverfahren ausgewählt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten wurden als Vorläufiger Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff am verabschiedet und anschließend veröffentlicht [46] [47] [54]. Der vorläufige Standard wurde von den Herstellern beziehungsweise Umrüstern pflanzenöltauglicher Motoren ratifiziert und als freiwillige Vereinbarung über die Qualität von Rapsölkraftstoff von Ölproduzenten, Handel und Nutzern angenommen. Dennoch blieben Fragen in bezug auf die Auswahl der geeigneten Kenngrößen, Richtigkeit der Grenzwerte für einen sicheren motorischen Betrieb und Zuverlässigkeit der Prüfverfahren offen. Außerdem werden Prüfverfahren ständig weiterentwickelt beziehungsweise neuentwickelt, so dass die vorgeschriebenen Methoden dem neuesten Stand der Laborpraxis angepasst werden müssen.

27 3 Zielsetzung 27 3 Zielsetzung Durch eine Begleitforschung zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff soll der Vorläufige Standard für Rapsöl als Kraftstoff vom überarbeitet und aktualisiert werden. Zunächst werden ausgewählte Kenngrößen und Inhaltsstoffe auf ihre Aussagekraft und Bewährung in der Praxis überprüft. In einem zweiten Schritt werden die gewählten Grenzwerte überprüft und gegebenenfalls neu gefasst. Kriterien hierfür sind eine ausreichende Qualität des Kraftstoffs für den sicheren motorischen Betrieb aus Sicht der Hersteller beziehungsweise Umrüster pflanzenöltauglicher Dieselmotoren sowie die Möglichkeit und der Aufwand diese Qualität zu produzieren aus Sicht der Ölmühlenbetreiber. Parallel dazu werden die für die Kenngrößen und Inhaltsstoffe festgelegten Prüfverfahren einer Recherche unterzogen, ob sie auf dem neuesten Stand der Laborpraxis sind. Die bisher festgelegten Methoden oder gegebenenfalls neue Methoden werden auf ihre Eignung für die Anwendung bei Rapsöl überprüft. Für Kennwerte, für die noch keine praktikablen Prüfverfahren zur Verfügung stehen, sollen diese entwickelt und entsprechende Grenzwerte festgelegt werden. Um eine schnelle Abschätzung wichtiger Qualitätsanforderungen bei der Qualitätssicherung zu ermöglichen, sollen für einzelne Kenngrößen und Inhaltsstoffe, sofern möglich, Schnelltests entwickelt werden. Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sicher zu stellen, werden Probenahmeverfahren und die Handhabung von Rückstellmustern erarbeitet und dokumentiert.

28 28 4 Stand des Wissens 4 Stand des Wissens Im Folgenden wird der derzeitige Wissensstand über Qualitätsanforderungen an Rapsöl als Kraftstoff, aber auch zur Nutzung als Speiseöl dargelegt. Als Grundlage für die weiteren Arbeiten wird außerdem die Norm für Dieselkraftstoff und der Stand der Normierung auf europäischer Ebene von Fettsäuremethylester (FAME) dargestellt. Abschließend werden Kennwerte, die zur Beschreibung von Dieselkraftstoff, FAME und Pflanzenöl dienen, zusammengestellt und beschrieben. 4.1 Qualitätsanforderungen an Rapsöl als Kraftstoff WIDMANN (1990 und 1992) [57] [58] beschreibt verschiedene Einflussgrößen auf Kennwerte von Rapsölkraftstoff. Er ermittelt die Fettsäuremuster von sieben Rapssorten (00-Raps, geringer Gehalt an Erucasäure und Glucosinolaten) angebaut an vier Standorten, und deren Auswirkung auf Kraftstoff-Kennwerte. Außerdem werden verschiedene Lagerbedingungen für Rapsöl, der Einfluss von Ölgewinnung und Raffination sowie Mischungen von Rapsöl mit Dieselkraftstoff und Rapsölmethylester in ihrer Auswirkung auf Kraftstoffkennwerte untersucht. Während der zweijährigen Lagerung werden im achtwöchigen Turnus die Viskosität, die Peroxidzahl, die Säurezahl der Tocopherolgehalt sowie der Phosphor-, Schwefel- und Stickstoffgehalt analysiert. Zur Beschreibung der Kraftstoffqualität werden die Dichte, die kinematische Viskosität, der Flammpunkt, der Cloudpoint, der CFPP-Wert, der Wassergehalt, der Schwefelgehalt und die Cetanzahl herangezogen. Eine Cetanzahlmessung bei Rapsöl nach der üblichen Prüfmethode, ohne Anpassung des Prüfmotors, wird als nicht praktikabel gewertet. Darum wird für die Messung der Cetanzahl von Rapsöl im Prüfmotor der Düsenabspritzdruck von 125 auf 160 bar erhöht und der Kraftstoff auf C vorgewärmt. Trotzdem wird die Bildung trompetenförmiger Ablagerungen an den Einspritzdüsen, Ablagerungen im Brennraum und zum Teil eine unregelmäßige Zündung im Prüfmotor festgestellt. Ein Anstieg der Cetanzahl von Rapsöl, beeinflusst durch die Dauer der Lagerung, wird beobachtet. Bei der Ermittlung des Siedeverlaufs zeigt sich, dass bei Rapsöl ab einer Temperatur von ca. 320 C Crack-Prozesse einsetzen, die eine ordnungsgemäße Messung des Siedeverlaufs verhindern.

29 4 Stand des Wissens 29 Die Bestimmung des Cold Filter Plugging Point (CFPP) von Rapsöl ist problematisch, da durch die höhere Viskosität im Vergleich zu Dieselkraftstoff der Durchgang durch den Prüffilter behindert wird. WIDMANN stellt fest, dass Rapssorte, Anbaustandort und Erntejahr signifikanten Einfluss auf das Fettsäuremuster von Rapsöl nehmen; zwischen dem Fettsäuremuster und verschiedenen Kraftstoffkennwerten besteht jedoch kein nennenswerter Zusammenhang. Mittelwerte der Kraftstoffkennwerte sind in Tabelle 1 dargestellt. Abbildung 1 zeigt, dass sich Rapsöle verschiedener Raffinationsstufen bezüglich der kinematischen Viskosität nahezu nicht unterscheiden. Ein erster Vorschlag für einen Standard für Rapsöl als Kraftstoff wird von MAURER 1994 [48] veröffentlicht. Den Vorschlag für einen Qualitätsstandard für Rapsöl zur Verwendung als Treibstoff in Pflanzenölmotoren zeigt Tabelle 2. Tabelle 1: Kraftstoffkennwerte von Rapsöl nach WIDMANN et.al. (1992) [58], Mittelwerte aus drei Sorten von drei beziehungsweise vier Standorten aus den Jahren 1988 und 1989 Kenngröße Einheit Analysenergebnisse Prüfmethode x s n Dichte (15 C) kg/dm³ 0,921 0, DIN Kin. Viskosität (20 C) cst 74,9 1, DIN Cloudpoint C -11 2, DIN ISO 3015 CFPP-Wert* C > +27 2, DIN EN 116 Flammpunkt geschlossener Tiegel n. Abel-Pensky C 321 3,189 9 DIN Wassergehalt ppm ,9 21 DIN Schwefelgehalt % < 0,03 0,000 9 DIN EN 41 Cetanzahl 39,3 1,656 9 in Anlehnung an DIN Koksrückstand nach Conradson % 0,28 0,079 9 DIN Oxidasche % < 0,01 0,000 9 DIN EN 7 * viskositätsbedingte Verlegung des Prüffilters

30 30 4 Stand des Wissens 300 mm²/s kinematische Viskosität kaltgepresst superdegummed vollraffiniert C 120 Temperatur Quelle: Widmann et.al Abbildung 1: Viskositätsverlauf von Rapsöl verschiedener Raffinationsstufen nach WIDMANN (1992) [58] Tabelle 2: Vorschlag für einen Qualitätsstandard für Rapsöl zur Verwendung als Treibstoff in Pflanzenölmotoren nach MAURER (1994) [48] Spezifikation Einheit Anforderung Prüfmethode Dichte bei 15 C g/ml 0,90-0,93 DIN kin. Viskosität bei 20 C mm²/s max. 80 DIN Heizwert bei 20 C MJ/kg min. 35 * Flammpunkt C min. 55 DIN Cetanzahl ~ 39 DIN CFPP C + 15 DIN EN 116 Neutralisationszahl mg KOH/g max. 1,5 DIN Verseifungszahl mg KOH/g max. 190 DGF C-V 3 (77) Iodzahl g Iod/100g max. 115 DIN V Freie Fettsäuren Gew.-% max. 1 DGF C-III 4 (53) Gesamtphosphor mg/kg 30 DGF C-VI 4 Schwefelgehalt Gew.-% max. 0,03 DIN EN 41 Koksrückstand nach Conradson Gew.-% max. 0,5 DIN Aschegehalt Gew.-% max. 0,02 DIN EN 7 Wassergehalt mg/kg max DIN Siedebeginn C ~ 210 DIN Vol.-% verdampft C ~ 340 Filterfeinheit µm max. 5 * * nicht genannt

31 4 Stand des Wissens 31 Eine Zusammenstellung aus dem Jahr 1996 zeigt, dass von Seiten der Umrüster und Hersteller pflanzenöltauglicher Motoren sowie diversen Planungsbüros für Rapsöl-BHKW unterschiedlichste Vorgaben für die Qualität des zu verwendenden Kraftstoffs existieren [43]. Auf den zuvor genannten Arbeiten aufbauend und unter Beteiligung von MAURER, wurde im LTV-Arbeitskreis 1 Dezentrale Pflanzenölgewinnung am eine Sitzung zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff durchgeführt. Der LTV-Arbeitskreis bildete die Plattform für die Diskussion von Kennwerten für Rapsöl als Kraftstoff im Expertenkreis (Hersteller und Umrüster pflanzenöltauglicher Motoren, Ölmühlenbetreiber, Analyselabors, Wissenschaftler, Behörden und Verbände, sowie andere interessierte Kreise). Als Ergebnis der Arbeitskreissitzung [43] und zweier Nachbesprechungen [44] [45] wurde ein Vorläufiger Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff vom " [46] verabschiedet. Dieser vorläufige Qualitätsstandard, nachzulesen im Anhang 1, wurde im Internet sowie in Veröffentlichungen [46] [47] [60] publiziert und zur Diskussion gestellt. Der vorläufige Standard diente als Spezifikation für die Verwendung von Rapsöl als Kraftstoff bis zur Änderung des Standards durch Beschlüsse des LTV-Arbeitskreises vom und Sonstige Veröffentlichungen zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff sind nicht bekannt. 4.2 Normierung von Dieselkraftstoff Die Mindestanforderungen für Dieselkraftstoff und die entsprechenden Prüfverfahren sind in der DIN EN 590 [15] festgeschrieben. Tabelle 3 gibt einen Überblick über die allgemeinen Anforderungen und Prüfverfahren sowie über die klimatisch abhängigen Anforderungen für gemäßigtes Klima. Die Angaben beziehen sich auf die Ausgabe der DIN EN 590. Die Norm für Dieselkraftstoff und die Norm für Fettsäuremethylester sind die wichtigsten Grundlagen für die Standardisierung von Rapsöl. 1 LTV: Landtechnischer Verein in Bayern e.v., Freising-Weihenstephan

32 32 4 Stand des Wissens Tabelle 3: Allgemeine sowie klimatisch abhängige Anforderungen (gemäßigtes Klima) an Dieselkraftstoff und Prüfverfahren gemäß DIN EN [15] Eigenschaften Einheiten Grenzwerte min. max. Prüfverfahren * Allgemein anwendbare Anforderungen Cetanzahl * 51,0 EN ISO 5165 Cetanindex 46,0 EN ISO 4264 Dichte bei 15 C * kg/m³ EN ISO 3675 EN ISO Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe * % (m/m) 11 IP 391/95 Schwefelgehalt * mg/kg 350 EN ISO EN ISO 8754 EN mg/kg 24 EN Flammpunkt C über 55 EN Koksrückstand * (von 10 % Destillationsrückstand) % (m/m) 0,30 *ISO Aschegehalt % (m/m) 0,01 EN ISO 6245 Wassergehalt mg/kg 200 pren ISO Gesamtverschmutzung, angegeben als Massenkonzentration Korrosionswirkung auf Kupfer Korrosionsgrad (3 h bei 50 C) 1 EN ISO 2160 Oxidationsstabilität, angegeben als Massenkonzentration g/m³ 25 EN ISO Lubricity, korrigierter "wear scar diameter" (wsd 1,4) bei 60 C µm 460 ISO Viskosität bei 40 C mm²/s 2,00 4,50 EN ISO 3104 Destillation * pren ISO 3405 % (V/V) aufgefangen bei 250 C % (V/V) < 65 % (V/V) aufgefangen bei 250 C % (V/V) % Punkt C 360 Klimatisch abhängige Anforderungen CFPP C EN 116 CFPP Klasse A + 5 CFPP Klasse B 0 CFPP Klasse C - 5 CFPP Klasse D - 10 CFPP Klasse E - 15 CFPP Klasse F - 20 * in der Norm näher erläutert

33 4 Stand des Wissens Normierung von Fettsäuremethylester Die Normierung von Fettsäuremethylester (FAME), oft als Biodiesel bezeichnet, wird derzeit auf europäischer Ebene, gefördert von der Europäischen Union, betrieben. Auf deutscher Ebene existiert ein Norm-Entwurf E DIN [31], an dem aber aufgrund der europäischen Normungsaktivitäten nicht mehr gearbeitet wird. Der derzeitige Stand der Normung von Fettsäuremethylester wird von PRANKL (2000) [50] beschrieben. Bei der Normierung von Fettsäuremethylester (FAME) kann auf zahlreiche nationale Biodiesel-Standards zurückgegriffen werden. Einen Überblick der nationalen Standards zeigt Tabelle 4. Sie bilden die Grundlage für die Normierung von FAME. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die meisten Erfahrungen bisher für Biodiesel aus Rapsöl oder Sonnenblumenöl vorliegen, nicht aber für Fettsäuremethylester im Allgemeinen. Der Stand der Normung von FAME zum Zeitpunkt März 2000 ist in Tabelle 5 dargestellt. Es ist dringend zu beachten, dass die Tabelle eine Momentaufnahme der Standardisierungsarbeiten darstellt und sich Kenngrößen, Grenzwerte und Prüfverfahren wieder ändern können.

34 34 4 Stand des Wissens Tabelle 4: Country Standard/ Specification Auszug nationaler Biodiesel-Standards, ohne Berücksichtigung unterschiedlicher Prüfmethoden [50] Austria ON C1191 Czech Rpublic France Germany CSN Journal Officiel DIN E Italy Sweden USA UNI SS ASTM PS July 1999 Date 1. July Sep 14 Sep Sep 21 April 27 Nov Application * FAME RME VOME FAME VOME VOME FAMAE Parameter Unit Range Density 15 C g/cm³ 0,85-0,87-0,87-0,875-0,86-0,87-0,89 0,89 0,90 0,90 0,90 0,90 Viscosity 40 C mm²/s 3,5-5,0 3,5-5,0 3,5-5,0 3,5-5,0 3,5-5,0 3,5-5,0 1,9-6,0 Distillation 95 % C Flashpoint C CFPP C 0/ /-10/ Pourpoint C -10 0/ -15 Sulfur % mass 0,02 0,02 0,01 0,01 0,001 0,05 CCR distillation residue 100 % % mass 0,05 0,05 0,05 0,05 10 % % mass 0,3 0,5 Sulfated ash % mass 0,02 0,02 0,03 0,02 (Oxid) Ash % mass 0,01 0,01 Water mg/kg ,05 % Total contamination mg/kg Cu-Corrosion 1 1 No. 3 Cetane Number Neutralisation mg Number KOH/g 0,8 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,8 Methanol % mass 0,20 0,1 0,3 0,2 0,2 Ester content % mass 96, Monoglycides % mass 0,8 0,8 0,8 0,8 Diglyceride % mass 0,2 0,4 0,2 0,1 Triglyceride % mass 0,2 0,4 0,1 0,1 Free glycerol % mass 0,02 0,02 0,02 0,02 0,05 0,02 0,02 Total glycerol % mass 0,24 0,24 0,25 0,25 0,24 Iodine Number C18:3 and higher unsatturated % mass 15 acids Phosphor mg/kg Alkaline metals (Na, K) mg/kg * FAME : fatty acid methyl ester FAMAE: fatty acid mono alkyl ester RME: rapeseed oil methyl ester VOME: vergetable oil methyl ester

35 Tabelle 5: 4 Stand des Wissens 35 Mindestanforderungen an Fettsäuremethylester - Stand der Normungsarbeiten vom März 2000 [50] Ohne Gewähr, beschriebene Kenngrößen, Grenzwerte und Prüfverfahren können sich bei Fortsetzung der Arbeiten wieder ändern! Parameter Range Unit Method Ester content 96,5 % (m/m) ISO 5508 Density at 15 C kg/m³ EN ISO Viscosity at 40 C 3,5-5,0 mm²/s EN ISO 3104 Viscosity (-20 C) 48 mm²/s EN ISO 3104 Flash point 110 C EN CFPP see EN 590 C EN 116 Sulphur content 0,001 % (m/m) EN ISO Conradson Carbon Residue (CCR) 10 % distillation residue 0,3 % (m/m) EN ISO Distillation: ASTM D1160 Cetane number 51 pren ISO 5165 Sulfated ash 0,02 % ISO 3987 (96) Water content 0,05 % (m/m) EN ISO Total contamination 24 mg/kg pren Copper corrosion (3h at 50 C) class 1 rating EN ISO 2160 Oxidation stability? h ISO 6886 Thermal stability? h no appropriate method available Acid number 0,5 mg KOH/g ISO 660 EN Iodine number 125 ISO 3961 Polyunsaturated methyl esters: C18:3 12 % (m/m) NF T Methanol content 0,2 % (m/m) NF T E DIN Monoglyceride content 0,8 % (m/m) NF T Diglyceride content 0,2 % (m/m) NF T Triglyceride content 0,2 % (m/m) NF T Free glycerol 0,02 % (m/m) NF T UNI Total glycerol 0,25 % (m/m) NF T Alkaline metals (Na, K) 5 mg/kg NF T , -2 Phosphorus content 10 mg/kg NF T60 705

36 36 4 Stand des Wissens 4.4 Qualitätsanforderungen an Rapsöl als Speiseöl Für die Nutzung von Rapsöl als Speiseöl sind in den Leitsätzen für Speisefette und Speiseöle [6] und im Codex Alimentarius, Draft Standard for named vegetable oils [12] verschiedene Qualitätskriterien festgeschrieben. Die Leitsätze für Speisefette und Speiseöle enthalten neben einer Begriffsbestimmung in Zusammenhang mit der Herstellung von Speisefetten und Speiseölen (zum Beispiel nativ, raffiniert, kaltgepresst...) eine Auflistung von Beschaffenheitsmerkmalen. Neben einer sensorischen Beurteilung werden auch unterschiedliche Kenngrößen herangezogen. Die Kenngrößen und ihre Grenzwerte sind in Tabelle 6 aufgeführt. Die Fettsäurezusammensetzung von Rapsöl ist im Anhang zu den besonderen Beurteilungsmerkmalen aufgeführt und orientiert sich am Codex Alimentarius, Draft Standard for named vegetable oils von Tabelle 6: Beschaffenheitsmerkmale von Speisefetten und Speiseölen nach den Leitsätzen für Speisefette und Speiseöle [6] Kenngröße Methode Einheit Säurezahl Peroxidzahl Flüchtige Bestandteile (105 C) unlösliche Verunreinigungen DGF C-V 2* L ** DGF C-VI 6a* L ** DGF C-III 12* % DGF C-III 11a* DGF C-III 11b* L ** L ** * DGF-Einheitsmethoden ** Amtliche Sammlung nach 35 LMBG native und nicht raffinierte Speisefette und -öle raffinierte Speisefette und -öle mg KOH/g < 4,0 < 0,6 meq O/g < 10,0 < 5,0 % pflanzliche Speisefette und -öle 0,2 pflanzliche Speisefette und -öle 0,05