Altöle und -fette verbrennen

ENERGIE

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Ana nta Anggraini, Rüdiger Krause und Ha ns-Peter Löhrlei n, Kassel

Altö l e u n d -fette verbrennen

Wiederverwertung von nativen Ölen und Fetten im energetisch/technischen Bereich

Pflanzliche AltölefAltfette müssen nicht unbedingt exportiert werden und nach Verfütterung als Schweinefleisch auf unseren Markt zurückkehren. Es ergeben sich neue Entsorgungswege, wobei stark verschmutzte Fette aus Abscheidern im Rahmen der Kofermentation ökonomisch verwertet werden und Fette aus dem Nahrungsm ittel- und Gastronom iebereich nach Rein igung und Umesterung als Kraftstoff und Heizöl im Sinne einer regionalen Kreislaufwirtschaft Verwen­

dung finden können. Die vorgelegten Untersuchungen zeigen, daß es m it optimierter Aufbereitung in kleintechni­

schen Anlagen durchaus möglich ist, Altfette zu Kraftstoff oder Heizöl umzu­

wandeln und in n icht modifizierten Moto­

ren oder Brennern bei guten Abgaswerten und nahezu unveränderter Motorcharak­

teristik einzusetzen.

N

a bfälle a n . Die d urch Sammlung erfaßten Altfette gehen gegenwärtig zu 80 % i n die Futtermittel prod uktion [4] . 18 % werden in der chemischen Ind ustrie stofftech­

nisch wiederverwertet, der verbleibende Rest verschwindet in dem sogenannten grauen Entsorgungsmarkt

Gerade die in Altspeiseölen vorkom­

menden Peroxide, Di-, Tri- und Polymere sowie deren Spaltprodu kte sind für Tiere toxisch. Obwohl noch nicht geklärt ist, wie diese I nhaltsstoffe genau wirken, ist d ie Verwend u ng von Altfetten zur Herstell ung von Mischfutter in Deutschland einge­

schränkt [3] .

I m europäischen Ausland hat sich die Situation konträr e ntwickelt. Während Österreich den Einsatz von Altfetten im Futtermittel gänzlich zugu nsten einer energetischen N utzung unterbinden möchte, haben d ie N iederlande nahez u alle Freiheiten, die die EG-Gesetzgebung ermöglicht, gestattet, was sie zum l m­

portland N ummer eins für Altfette a ller Art

macht. Die Niederlande nehmen fast 90 % der deutschen Altfette, die in die Futtermittel prod u ktion gelangen, a uf. Da sich der Verzehr n iederländischer Mast­

produkte allerd ings nicht a usschließlich a uf den heimischen Markt beschrä nkt, m üssen a uch wir uns Geda n ken zum Ver­

bleib unserer R eststoffe machen.

Ähnl ich ist. zur Zeit d ie Situation bei bio­

logischen Hydraulikölen [ 1 , 2], die als Sondermüll kostenwirksam e ntsorgt wer­

den müssen. Der Einsatz der genannten Altfette als Kraftstoff würde n icht n u r ei­

nen wertvollen Beitrag zur Schonung fos­

siler Ressourcen leisten, sondern auch das nicht q ua ntifizierbare Risiko der gä n­

gigen Entsorgung über d ie Mast eliminie­

ren . Voraussetzung für eine Akzeptanz d ieses Kraftstoffes wäre jedoch die Ein­

ha ltung allgemeiner Sta ndards und eine wi rtschaftliche und ökologische Herstel­

lung.

Ziel des Vorhabens

M it der Aufbereitung von bereits verwen­

deten Pflanzenölen (als Sekundärroh­

stoff) zu Kraftstoffen wurde d ie Möglich­

keit der Doppelnutzung - zuerst a ls Le­

bensm ittel und dann als Kraftstoff - weitgehend nachgewiesen [3]. Gleichzei­

tig wurden unproblematische Entsor­

gungswege aufgezeigt, d ie nicht nur für Altfette, sondern auch für technische Bioöle relevant sein können und somit den Hemmschuh der allgemeinen Markt­

einführung, die teuere Entsorgung, besei­

tigen.

Folgende Ziele werden daher weiter verfolgt:

• ein dezentrales, kleintechnisches Auf­

bereitu ngsverfah­

ren von Altfetten (im Sinne des Kreislaufwirt­

schafts- und Ab­

fa llgesetzes vom Oktober 1996) zu

Bild 1: Verfahren der Herstellung von Altölmethylester (AME) ,

Fig. 1 : Processes for producing methylester

Trei bstoffen zu entwickeln,

• diese i n Motoren u nd Bren nern nach relevanten Kriterien zu u ntersuchen

• und über einen breiteren Praxiseinsatz im energetisch/techn ischen Bereich grundlegende Erkenntnisse bezüglich der Wiederverwertung a nfa llender Alt­

fette zu ermitteln.

Methode

Vor diesem Hintergrund erarbeitet das Fachgebiet Agrartechni k Verfahren, die die dezentrale Aufbereitung von Altfetten zu Kraft- und Bre n nstoffen für Motoren und Brenner gestatten .

D i e Verfahren zeichnen sich dadurch a us, daß sie einfache P rozesse, d ie für ei­

ne kleintechnische, d ezentrale Aufberei­

tungsa nlage geeignet sind, integrieren ( Bild. 1 ) . Es wird a ngestrebt, a usschließ­

lich werthaltige Prod u kte zu erzeugen.

Vor einem breiteren P raxiseinsatz wur­

den systematische U ntersuchungen der biotechnischen Stoffeigenschaften a uf­

bereiteter Altspeiseöle im H i n blick a uf die vorgesehene Verwendung d u rchgeführt.

Parameter wie Dichte und Viskosität wur­

den besti mmt und Leistungs- und Emis­

sionsmessungen a uf einem B renner- und einem Motorenprüfstand ermittelt.

Ziel d feser U ntersuchungen war es, Grundlagen für einen Vergleich der ver­

schiedenen Altfettmethylester (AME), so­

woh l mit dem traditionellen Dieselkraft­

stoff ( D K) oder Heizöl EL als auch mit dem Rapsmethylester ( R M E) u nd einem nach dem Schur-Verfah ren add itivierten Rapsöl, NADI gena n nt [8], zu ermitteln.

A M E a l s Kraftstoff im Diesel motor

Um die Reprod uzierbarkeit der Prüfläufe bei allen zu u ntersuchenden Kraftstoffen sicherzustellen, wurde die Steuerung des Prüfstandes vollstän d ig a utomatisiert. Es wurden zu jedem Kraftstoff Vollastkennli­

nien des Prüfmotors ü ber das gesamte Drehzah l band ermittelt, u m. im Anschluß Verbra uchs- und Emissionsmessu ngen nach dem Prüfzyklus Typ G der D I N EN 281278-4 zu fahre n [7] .

M.Sc. Ananta Anggraini ist Doktorandin, Prof.

Dr.-lng. Rüdiger Krause Leiter und Dr. Hans­

Peter Löhrlein Akad. Oberrat im FG Agrar­

technik des Fachbereiches Landwirtschaft der Universität Gesamthochschule Kassel, Nordbahnhofstr. 1a, 37213 Witzenhausen.

Die genannte Heizungsanlage ist von der Fa.

Buderus für Versuchszwecke gestellt. from used oil (AME) L__ ^{____________________ __,}

140 52. Jahrgang LANDTEC H N I K 3/97

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speed [rpm) ^Drehzahl [U/mln) ^{(mglkWhJ (vol%)}

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Bild 2: Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl beim Betrieb

mit verschiedenen Kraftstoffen Bild 4: Abgasemissionen bei Betrieb in der Heizungsanlage mit ver­

schiedenen Brennstoffen Fig. 2: Torque depending on revolution du ring operation with different

fue/s

Fig. 4: Exhaust emissions during operation of a heating plant with diffe­

rent fue/s Die i n Bild 2 gezeigten Drehmoment­

kurven der vier verschiedenen Kraftstoffe sind nahezu identisch. Auch die Lei­

stu ngskurven der vier Kraftstoffe sind deckungsgleich, es gibt also keine er­

ken n ba ren U nterschiede im Laufverhal­

ten des Motors.

Zur thermodynamischen Bewertu ng des motorischen Betriebes wird der Kraft­

stoffverbra uch herangezogen.

Es zeigt sich damit, daß AME bezüglich der gewählten Kriterien keine nen nens­

werten U nterschiede gegen ü ber D K und RME a ufweist u nd als vollwertiger Kraft­

stoff a nzusehen ist.

I m Vergleich zum DK weisen die Kraft­

stoffe auf Pflanzenölbasis dem geringe­

ren Heizwert entsprechende, höhere Ver­

bra uchswerte a uf.

AME als Brennstoff in der Heizungsanlage Verbrauchs-, Leistungs- u n d Emissions­

wertemessung waren das Ziel des Ver­

gleichstests der u nterschiedlichen Brennstoffe. Es sollte a ufgezeigt werden, welche stoffspezifischen Eigenschaften die auf nativer Basis erzeugten B renn­

stoffe gegenüber M ineralöl a ufweisen.

Zur Aufnahme der entsprechenden M eßwerte wurde eine ha ndelsübliche Heizungsanlage mit einer Leistung von 21 kW aufgeba ut und mit der nötigen Sensori k versehen. Die Anlage ist mit ei-

140

120 ,--,....,., ... , 100

80 60 40 20 0

[glkWh] [kW]

Kraflstoffverbrauch Heizleistung (spec. fuel (heating power) consumption)

.HEIZÖL . DIESEL 1 C DIESEL 2 CRME

52. Jahrgang LANDTEC H N I K 3/97

nem Blaubrenner der Fa . B uderus ( Li­

zenz MAN) versehen.

Aufgrund der volumetrischen Dosie­

rung und der u nterschiedlichen B renn­

werte ergaben sich bei unverä nderter Pumpeneinste l l u ng unterschiedliche Ein­

schaltdauern, die ihrerseits für den unter­

schiedl ichen Brennstoffverbrauch ver­

a ntwortlich waren ( Bild 3) . U na bhä ngig vom eingesetzten Brennstoff konnte d ie Heizung " i hren " Wirkungsgrad halten.

Die Abgasa nalyse der in der Heizu ngs­

anlage eingesetzten Brennstoffe wird in Bild 4 vergl iche n .

Erwartungsgemäß zeigt sich e i n signifi­

kanter U nterschied in der S02-Emission.

Ü berraschend, vergl ichen mit Erfahrun­

gen aus dem Kraftfahrzeugbereich, ist der deutlich geringere NO,-Anteil der bei­

den Methylester im Gegensatz zu D K.

Dies läßt sich jedoch mit dem höheren Verbrauch (Bild 3) erklären. Aber auch um die Verbra uchsdifferenz bereinigt zei­

gen sich die N O,-Werte günstiger, und ei­

ne Analogie zum Verbrennungsmotor, die noch zu untersuchen wäre, liegt nahe.

Schlußfolgerung

Ei nwertige Fettsä ureester nativer Fette sind grundsätzlich für den Einsatz i n Die­

selmotoren und B rennern geeignet. I m Durchschnittsbetrieb wird d ie .geringere Leistungsdichte der nativen Energieträger

!"CJ Gastemperatur (gas temperature)

ü ber einen höheren Verbrauch kompen­

siert. Bei richtiger Wah l der Verfah­

rensschritte weisen

Bild 3: Technische Parameter der ver­

schiedenen Brennstof­

fe auf dem Brenner­

prüfstand Fig. 3: Technical parameter of different fuels at the combusti­

on test stand

Methylester a us Altfetten eine Qualität a uf, d ie technisch mit denen a us frischen Oien in jeder H i nsicht vergleichba r ist, was sie somit unter dem Aspekt der Ge­

samtbilanz wertvoller macht.

Fei neinstellungen am Verbra u cher kön nen Emissions- u nd Verbra uchswerte geringfügig verbessern helfen, jedoch müßten im I nteresse eines wünschens­

werten M isch betriebes d iese Feineinstel­

lungen a utomatisch erfolgen.

Literatur

[ 1 ] Backe, W und Ch. Busch: Rapsölbasische Druckübertragungsmedien - Aufgaben, An­

forderungen, Stand der Technik, Praxis und Forschung. Tri bologie & Schmierungstech­

nik, 41 ( 1 994), H. 1

[2] Bockey, D.: Bio-Öle - ein Entsorgungspro­

blem? -Union zur Förderung von Öl- und Proteinpflanzen e.V. ( U FO P), Bann- Bad Go­

desberg, 1993

(3] Junsch, C. und R. Meyer-Pittroff: Verwertung von pflanzlichem Altfett als biogener Kraft­

stoff. Tagungsband, 3. Symposium im Kreis­

lauf der Natur, Würzburg 3. bis 5.7. 1995 [4] Kerstin, R. und N. von der Pütten: Entsorgung

von Altfetten in Hessen. Hess. Landesanstalt für Umwelt, H. 222. Wiesbaden, 1996 (5] -:La bor- und U mwelttechnik. Unser Wissen

für die U mwelt. B roschuren. Herstellung von Kraftstoff aus fetthaltigen Abfällen. Firmenun­

terlagen LUT Jena, 1996

[6] Mitte/bach, M. und W Junek: Verfanren zur Herstellung eines Fettsä ureestergemisches aus Abfallfetten bzw. Ölen und Verwendung dieses Gemisches als Kraft- bzw. B rennstoff.

Patentschrift, Österreich , 1988

[7] Schmitz, S. und W Imme/: Abgasemissions­

messung am I NTRAC 2003 H nach dem neu­

en Prüfstandard ISO 8 1 78. Diplomarbeit Fachhochschule Köln, 1994

[8] Schur, H.P.: Schur-Verfahren: Dieselkraftstoff­

substitut aus Pflanzenöl. Bad Urach, 1993 Schlüsselwörter

Altfett/Aitöl, B iokraftstoff, B ioheizöl, Alt­

methylester, Abgaswerte, Motorkennwer­

te Keywords

Recycling of used vegetable oil, biofuel, exhaust emissions, engine emissions, en­

gi ne characteristics

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