Technologie- und Förderzentrum

Transkript

1 Fachtagung Biokraftstoffe in der Land- und Forstwirtschaft Erfahrungen mit der Nutzung von Biokraftstoffen auf den bayerischen staatlichen Versuchsbetrieben Vortrag am 29. November 2013 in Berlin Dr. Edgar Dr. Klaus Thuneke Dr.-Ing. Peter Emberger Johannes Ettl Georg Huber Dr. Bernhard Widmann Technologie- und Förderzentrum Förderung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten BMELV / Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. 13 K Re 171 Folie 1

2 Erfahrungen mit der Nutzung von Biokraftstoffen Eine Zeitreise / Fazit 13 K Re 172 Folie 2

3 Erfahrungen mit der Nutzung von Biokraftstoffen Eine Zeitreise /90 Am Anfang war Fazit 13 K Re 172 Folie 3

4 Stoffstrom der Rapspflanze und Verwendungsmöglichkeiten Apfelbeck, R. (1989): Raps als Energiepflanze Verwertung von Rapsöl und Rapsstroh zur Energiegewinnung. Dissertation. TU München. Freising: Institut für Landtechnik, 171 Seiten Widmann Apfelbeck Strehler 13 K Re 177 Folie 4

5 Feldtests mit Rapsölkraftstoff seit 1989 und mit RME seit K Re 173 Folie 5

6 Zwei-Kraftstoff-System Betriebsanweisung K Re 175 Folie 6

7 Ergebnisse der ersten Feldtests - Zitate Höck, R. (1992): Als Fazit ( ) kann festgestellt werden, daß Spezialmotoren mit reinem Rapsöl betrieben werden können. Allerdings sind noch weitere Verbesserungen an den Motoren notwendig. Höck, R. (1994): Insgesamt haben unsere Schlepper auf den Staatsgütern Grub, Osterseeon und Karolinenfeld ca Betriebsstunden mit RME zurückgelegt, Straßenfahrzeuge zusätzlich etwa km. Für beide Treibstoffe (Anm.: RME und Rapsöl) sollte schnellstens eine Normung erfolgen, damit die Motorenentwicklung gezielt vorangetrieben werden kann. 13 K Re 174 Folie 7

8 Erfahrungen mit der Nutzung von Biokraftstoffen Eine Zeitreise /90 Am Anfang war Kraftstoff-Standardisierung Fazit 13 K Re 172 Folie 8

9 Qualitätsanforderungen an Pflanzenölkraftstoffe WIDMANN TFZ KERN TFZ PRYDE USA MAURER Hohenheim K Re 160 Folie 9

10 AK Dezentrale Pflanzenölgewinnung in Weihenstephan Auftakt zur Standardisierung/Normung von Rapsölkraftstoff am k Re 180 Folie 10

11 Der Weihenstephaner Standard LTV-Arbeitskreis Dezentrale Pflanzenölgewinnung, Weihenstephan in Zusammenarbeit mit: Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard) 05/2000 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 13 K Re 124 Folie 11 Gesamtverschmutzung mg/kg 25 DIN EN 12662

12 Qualitätsanforderungen an Pflanzenölkraftstoffe WIDMANN TFZ KERN TFZ PRYDE USA MAURER Hohenheim REMMELE TFZ DIN Rapsölkraftstoff Weihenstephaner Standard DIN V DIN K Re 160 Folie 12

13 DIN Rapsölkraftstoff Beginn der Normung im Herbst 2003 Veröffentlichung der aktuellen DIN im September 2010 Ersatz für DIN V vom Juli 2006 Rohstoffbasis: Pflanzenöl, hergestellt aus den Samen von Raps Emberger 13 K Re 125 Folie 13 Bild: Sporrer, TFZ

14 Qualitätsanforderungen an Pflanzenölkraftstoffe WIDMANN TFZ KERN TFZ CEN WS 56 DIN Pflanzenölkraftstoff PRYDE USA MAURER Hohenheim REMMELE TFZ DIN Rapsölkraftstoff Weihenstephaner Standard DIN V DIN SPEC DIN K Re 160 Folie 14

15 Vornorm DIN SPEC Pflanzenölkraftstoff Veröffentlichung im Juni 2012 Rohstoffbasis: Öl, das aus ölhaltigen Pflanzenteilen stammt Zusätzliche Anforderung Wachsgehalt Frei von festen Stoffen, ohne Trübung Zusätzliche Anforderung Gehalt an Linolensäure (12 % m/m) Jatropha Sonnenblume Leindotter Soja Raps Emberger 13 K Re 127 Folie 15 Bilder: Sporrer, TFZ; USDA; CSP

16 Erfahrungen mit der Nutzung von Biokraftstoffen Eine Zeitreise /90 Am Anfang war Kraftstoff-Standardisierung Kraftstoff-Qualitätssicherung Fazit 13 K Re 172 Folie 16

17 Qualitätssicherung Einflussfaktoren auf die Kraftstoffqualität Rapslagerung Ölgewinnung Rapstrocknung Rapsreinigung Ölreinigung Rapstransport Ölnachbehandlung Rapsernte Rapsanbau (Rapssorte) Rapsölkraftstoff nach DIN Öltransport Öllagerung Emberger 13 K Re 178 Folie 17

18 Qualitätssicherung und Qualitätsverbesserung 13 K Re 179 Folie 18

19 Erfahrungen mit der Nutzung von Biokraftstoffen Eine Zeitreise /90 Am Anfang war Kraftstoff-Standardisierung Kraftstoff-Qualitätssicherung StatusQuo Pflanzenöltraktoren 5. Fazit 13 K Re 172 Folie 19

20 Technische Daten der Pflanzenöltraktoren-Flotte Pflanzenöltraktor Abgasstufe Betriebsstunden Baujahr Leistung in kw Kraftstoffsystem Fendt Farmer Vario 412 I Zwei-Tank Deutz-Fahr Agrotron TTV 1160 II Ein-Tank Fendt 820 Vario greentec IIIA Zwei-Tank Fendt 820 Vario greentec IIIA Zwei-Tank John Deere 6930 (Prototyp) IIIA Ein-Tank John Deere 6630 IIIA Ein-Tank John Deere 7830 IIIA Ein-Tank John Deere 6930 (Prototyp) IIIA Ein-Tank Deutz-Fahr Agrotron 650 M IIIA Zwei-Tank John Deere 6630 IIIA Ein-Tank John Deere 6210R (Prototyp) IIIB Ein-Tank Fendt Vario 718 SCR IIIB Zwei-Tank John Deere 6210R (Prototyp) IV Ein-Tank Motor LfL- Versuchsgut 4 Zylinder Pump-Leitung-Düse Kringell 6 Zylinder Pump-Leitung-Düse Kringell 6 Zylinder Common-Rail Almesbach 6 Zylinder Common-Rail Achselschwang 6 Zylinder Common-Rail Kringell 6 Zylinder Common-Rail Baumannshof 6 Zylinder Common-Rail Grub 6 Zylinder Common-Rail Grub 6 Zylinder Common-Rail Neuhof 6 Zylinder Common-Rail Osterseeon 6 Zylinder Common-Rail Achselschwang 6 Zylinder Common-Rail Karonlinenfeld 6 Zylinder Common-Rail Grub Ettl Emberger Thuneke 13 K Et 000 Folie 20

21 Pflanzenöltraktoren-Flotte auf den LfL-Versuchsbetrieben 13 Pflanzenöltraktoren 8 LfL-Versuchsbetriebe Abgasstufen I bis IIIB (IV) ca Betriebsstunden (Bh) 1 Traktor über Bh 6 Traktoren über 2500 Bh ca Bh mit Abgasnachbehandlung ca l fossilen Diesel ersetzt ca kg THG vermieden ca kg importierte Futtermittel ersetzt Ab 2014: 2 neue Traktoren der aktuellen Abgasstufe IIIB Stand: November 2013 Ettl Emberger Thuneke Haas 13 K Et 000 Folie 21

22 Indirekte Wirkung der Rapsölnachfrage Stoffströme der Rapsanbaufläche zur Gewinnung von l Rapsölkraftstoff kg kg Stroh über 1,2 Mio. l Milch + Dünger Betriebsstunden auf den LfL-Versuchsgütern l Rapsöl Presskuchen kg Korn Wurzeln und Stoppeln kg 230 ha Raps Anbaufläche Bespielrechnung, Stand November 2013 Ettl Thuneke 13 K Et 000 Folie 22

23 Praxiserfahrungen mit Rapsöltraktoren auf Betrieben der LfL 412; Baujahr 2003; ca Bh Fendt Traktor 412 Vario der Abgasstufe I Pumpe-Leitung-Düse Motor Ein-Tank-System (umgerüstet von der Firma VWP) Kein Schaden am Motor; Standzeit der Kraftstoffförderpumpe ca bis 2500 Bh Motorbegutachtung nach ca Bh zeigte sehr guten Motorzustand Traktor läuft zuverlässig - Betreiber sehr zufrieden Emberger Ettl 13 K Et 000 Folie 23

24 Leistung, Drehmoment, Kraftstoffverbrauch Leistung an der Zapfwelle 100 kw Äq. Motordrehmoment Leistung an der Zapfwelle 6100 Bh Diesel (n=3) 6089 Bh Rapsöl (n=3) 4910 Bh Rapsöl (n=2) 4890 Bh Diesel (n=2) 2662 Bh Rapsöl (n=1) Spez. gravimetrischer Kraftstoffverbrauch 700 Nm g/kwh Äquivalentes Motordrehmoment Spezifischer Kraftstoffverbrauch Fendt Farmer Vario 412 mit Pumpe-Leistung-Düse über 6000 h kein Leistungsverlust mit Rapsöl ca. 10 % höhere Leistung als mit Diesel mit Rapsöl ca. 11 Masse-% (2 Vol.-%) höherer Verbrauch als mit Diesel min Motordrehzahl Emberger Thuneke Ettl Folie 24

25 Motorbefundung Fendt Farmer Vario 412 nach ca Bh Zylinderbuchsen ca Bh Zylinder 1 Zylinder 2 Zylinder 3 Zylinder 4 Honriefen gut erhalten, keine axialen Riefen oder Spiegelbildung zu erkennen Feuersteg scharf abgegrenzt Funktion der Kolbenringe in Ordnung Kompressionsdruck im regulären Bereich Emberger 12 K Re 182 Folie 25

26 Motorbefundung Fendt Farmer Vario 412 nach ca Bh Zylinderkopf nach ca Bh Zylinder 1 Zylinder 2 Zylinder 3 Zylinder 4 Zylinderkopf im Bereich von Zylinder 1 3 frei von Ablagerungen Zylinderkopf im Bereich von Zylinder 4 Ablagerungen im Bereich der Einlassventile Alle Auslassventile sauber Einlassventile der Zylinder 1-3 sauber, von Zylinder 4 mit leichtem Ölkohleaufbau, der Ventilsitz ist jedoch sauber Emberger 12 K Re 184 Folie 26

27 Motorbefundung Fendt Farmer Vario 412 nach ca Bh Kolben nach ca Bh Zylinder 1 Zylinder 2 Zylinder 3 Zylinder 4 Symmetrisches Abbild der Einspritzstrahlen auf allen Kolben gut ersichtlich Kolben von Zylinder 1 3 frei von Ablagerungen Kolben von Zylinder 4 weist leichte Ablagerungen auf Emberger 12 K Re 183 Folie 27

28 Praxiserfahrungen mit Rapsöltraktoren auf Betrieben der LfL 6630; Baujahr 2012; ca. 500 Bh 7830; Baujahr 2010; ca Bh 6630; Baujahr 2010; ca Bh 6930; Baujahr 2008; ca Bh 6930; Baujahr 2008; ca Bh John Deere Traktoren der Baureihen 6030 und ein 7830 der Abgasstufe IIIA Common-Rail Motor Ein-Tank-System (z.t. Prototypen von John Deere und z.t. umgerüstet) Keine Schäden am Motor; bei zwei Traktoren Erneuerung eines Ventils im Bereich des Kraftstoffsystems Traktoren laufen zuverlässig - Betreiber sehr zufrieden Emberger Ettl 13 K Et 000 Folie 28

29 Pflanzenöl- und Rußgehalt im Motorenöl Masse-% Pflanzenölgehalt John Deere 6930 Kringell Baujahr 2008 Ölwechsel Pflanzenölgehalt ( unter der Nachweisgrenze (1,0 Masse-%)) Rußgehalt ( unter der Nachweisgrenze (0,1 Masse-%)) 0 0, h 2000 Betriebsstunden Pflanzenölgehalt beträgt nach 250 Bh weniger als 2,5 % und nach ca. 600 Bh weniger als 5 % 4* 1,0 Masse-% 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Rußgehalt *Wechsel der Motorölsorte Emberger 13 K Et 000 Folie 29

30 Spezifische Emissionen (bezogen auf Zapfwellenarbeit) von Traktoren beim Betrieb mit Rapsöl- und Dieselkraftstoff 9 I II IIIA IIIB Abgasstufe der Traktoren I II IIIA IIIB I II IIIA IIIB I II IIIA IIIB 0,9 g/kwh ZW NO x und CO Emissionen bezogen auf Zapfwellenarbeit <0,01 <0,01 <0,001 <0,001 Rapsölkraftstoff Dieselkraftstoff NO X CO HC PM g/kwh ZW 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 HC und PM Emissionen bezogen auf Zapfwellenarbeit Emberger Thuneke Huber Ettl 13 K Re 090 Folie 30

31 Praxiserfahrungen mit Rapsöl-Traktoren - Zusammenfassung Getestete Rapsölkraftstoff-Traktoren sind in vollem Umfang alltagstauglich Common-Rail Motoren lassen evtl. ein Motorölwechselintervall wie bei Dieselkraftstoff zu Leistungs- und Emissionsverhalten aller untersuchten Traktoren ist stabil Abgasnachbehandlung funktioniert auch mit Rapsölkraftstoff (zur Beurteilung der Dauerhaltbarkeit fehlen noch Erfahrungen) Motorbefundung zeigt guten Motorzustand auch nach 5000 Bh Bisher keine nennenswerten Schäden Kraftstoffqualität überwiegend sehr gut Emberger Thuneke 13 K Em 000 Folie 31

32 Erfahrungen mit der Nutzung von Biokraftstoffen Eine Zeitreise /90 Am Anfang war Kraftstoff-Standardisierung Kraftstoff-Qualitätssicherung StatusQuo Pflanzenöltraktoren 5. Fazit 13 K Re 172 Folie 32

33 Rapsöl-Methyl-Ester Kraftstoff für die Zukunft???!!! 13 K Re 176 Folie 33

34 Fazit Vor 25 Jahren hat der Freistaat Bayern begonnen, sich mit der Frage auseinanderzusetzen, welche regenerativen und klimaschonenden Kraftstoffe künftig in der Landwirtschaft eingesetzt werden können Wir (und andere) haben 25 Jahre getestet, genormt, geforscht, optimiert Wir wissen heute, das Rapsölmethylester und Rapsölkraftstoff den fossilen Dieselkraftstoff in der Landwirtschaft ersetzen können und damit zu - Klimaschutz, - Boden- und Gewässerschutz, - Ressourcenschonung sowie - Versorgungssicherheit beitragen können Die Zeit ist reif, packen wir s an! 13 K Re 180 Folie 34