Praktischer Einsatz von Rapsöl-Kerosin-Gemisch als Dieseltreibstoff – Langzeiterfahrungen, technische Bewertung und Perspektiven
Die Idee, pflanzliche Öle als Kraftstoff in Dieselmotoren einzusetzen, ist so alt wie der Dieselmotor selbst. Bereits der Motorenpionier Rudolf Diesel demonstrierte seinen Motor mit Pflanzenöl als Energieträger. Dennoch setzte sich im industriellen Maßstab das aus Erdöl gewonnene Dieselkraftstoffgemisch durch – vor allem aufgrund seiner homogenen Qualität, einfachen Verfügbarkeit und gezielten Anpassbarkeit durch fraktionierte Destillation. Vor dem Hintergrund der Endlichkeit fossiler Ressourcen, geopolitischer Abhängigkeiten, klimapolitischer Zielsetzungen und agrarökonomischer Strukturprobleme wurde in den letzten Jahrzehnten erneut intensiv nach Alternativen gesucht.
Ein besonders interessanter Ansatz ist die Verwendung eines Rapsöl-Kerosin-Gemisches als Ersatz für Dieselkraftstoff. Dieses Konzept verfolgt das Ziel, durch physikalische Mischung zweier Komponenten – eines viskoseren, hochsiedenden Pflanzenöls und eines dünnflüssigen, niedrigviskosen Kerosins – eine Treibstoffqualität zu erreichen, die den Spezifikationen von Dieselkraftstoff möglichst nahekommt, ohne den aufwendigen chemischen Umesterungsprozess zu Rapsmethylester (RME) durchlaufen zu müssen.
Langzeitversuche unter Praxisbedingungen zeigen, dass ein solches Gemisch technisch einsetzbar ist. Gleichzeitig treten bestimmte systematische Effekte auf, die insbesondere im Bereich der Einspritztechnik, der Emissionsentwicklung und der Schmierölverdünnung berücksichtigt werden müssen. Der folgende Beitrag beleuchtet den praktischen Einsatz eines Rapsöl-Kerosin-Gemisches im Langzeitbetrieb, analysiert die technischen Ergebnisse und ordnet sie in einen energiewirtschaftlichen und motorentechnischen Kontext ein.
Ausgangssituation und Motivation
Die Motivation zur Nutzung von Treibstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen ist vielschichtig. Zu den zentralen Beweggründen zählen:
- Endlichkeit fossiler Rohstoffe
- Reduktion von Treibhausgasemissionen
- Diversifizierung der Energieversorgung
- Stärkung regionaler Wertschöpfungsketten
- Minderung landwirtschaftlicher Überproduktion
In den 1990er-Jahren wurde intensiv daran gearbeitet, Rapsöl in seiner Spezifikation dem Dieselkraftstoff anzunähern. Ein etablierter Weg ist die Umesterung zu Rapsmethylester (RME), was jedoch Investitionen, chemische Prozessschritte und Nebenproduktmanagement (Glycerin) erfordert. Die Alternative besteht darin, die physikalischen Eigenschaften des Rapsöls durch Beimischung einer „dünneren“ Komponente anzupassen.
Hier setzt das Konzept des Rapsöl-Kerosin-Gemisches an.
Eigenschaften von Kerosin als Mischkomponente
Kerosin ist ein mittleres Destillat des Erdöls mit einem Siedebereich zwischen etwa 175 °C und 288 °C. Es handelt sich um ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen im Bereich von etwa C10H22 bis C16H34. Die Energiedichte liegt bei etwa 43 MJ/kg (Jet-A1-Qualität), was einer volumetrischen Energiedichte von rund 34 MJ/l entspricht. Der Flammpunkt liegt über 38 °C, die Dichte im Bereich von 0,747 bis 0,84 g/cm³.
Im Gegensatz zu Dieselkraftstoff besitzt Kerosin eine geringere Viskosität und schlechtere Schmierfähigkeit. Reines Kerosin ist daher für herkömmliche Dieseleinspritzsysteme nur bedingt geeignet. In Kombination mit Rapsöl, das eine sehr gute Schmierfähigkeit besitzt, kann dieser Nachteil jedoch kompensiert werden.
Versuchsdurchführung unter Praxisbedingungen
Versuchsfahrzeug und Rahmenbedingungen
Der Praxiseinsatz begann am 24. Oktober 1995 mit einem Traktor des Typs Lindner 1600 A. Der Motor war ein Perkins T 3.152 mit drei Zylindern, 2,5 Liter Hubraum und einer Nennleistung von 41 kW bei 2200 U/min. Ausgerüstet war er mit einer CAV-Verteilereinspritzpumpe DPA.
Wesentlich ist: Am Motor wurden keinerlei konstruktive Änderungen vorgenommen. Der Traktor wurde im regulären landwirtschaftlichen Betrieb eingesetzt, stand meist im Freien und war auch winterlichen Bedingungen ausgesetzt.
Verwendet wurde ein additiviertes Rapsöl-Kerosin-Gemisch im Verhältnis 50:50. Die Herstellung erfolgte in 200-Liter-Fässern, wobei zunächst Rapsöl eingefüllt und anschließend mit Kerosin aufgefüllt wurde. Dies hatte auch sicherheitstechnische Gründe, da der Flammpunkt so oberhalb von 55 °C blieb.
Langzeitergebnisse
Betriebsdauer und Verbrauch
Der Versuch wurde am 29. Juni 2001 bei 2417 Betriebsstunden beendet. Davon wurden 1380 Stunden ausschließlich mit dem Rapsöl-Kerosin-Gemisch gefahren. Insgesamt kamen 6467 Liter Gemisch zum Einsatz, was einem durchschnittlichen Verbrauch von 4,7 Litern pro Stunde entsprach.
Motorschäden traten während der gesamten Versuchsdauer nicht auf.
Spezifischer Verbrauch und Wirkungsgrad
Der spezifische Verbrauch (g/kWh) ist ein Maß für den Wirkungsgrad des Motors. Je höher dieser Wert, desto geringer der Wirkungsgrad. Während des Versuchs zeigte sich eine kontinuierliche Erhöhung des spezifischen Verbrauchs mit zunehmender Betriebsdauer.
Ursächlich dafür sind vermutlich:
- zunehmende Verkokung der Einspritzdüsen
- Verschleißerscheinungen im Einspritzsystem
- veränderte Einspritzcharakteristik
Interessanterweise lagen die Kurven nach einer Reparatur der Einspritzpumpe wieder näher an den Ausgangswerten, was auf die Sensitivität des Systems gegenüber mechanischen Toleranzen hinweist.
Ein gezielter Selbstreinigungseffekt durch temporären Betrieb mit reinem Dieselkraftstoff bei hoher Last wurde bewusst nicht durchgeführt, um den reinen Langzeiteffekt zu dokumentieren.
Emissionen und Abgasverhalten
Im Verlauf mehrerer Emissionsmessungen zeigte sich eine tendenzielle Verschlechterung der NOx- und CO-Werte mit zunehmender Betriebsdauer. Auch dies deutet auf Veränderungen im Einspritz- und Verbrennungsverhalten hin.
Verglichen mit späteren EU-Emissionsstufen (Stage 1 und Stage 2 nach 97/68/EC) war der untersuchte Traktor deutlich entfernt von heutigen Grenzwerten – allerdings war er konstruktiv auch einer älteren Generation zuzuordnen.
Schmierölverdünnung
Ein bemerkenswerter Effekt war der kontinuierliche Anstieg des Schmierölniveaus. Ursache war der Eintrag von unverbranntem Rapsölanteil in das Motoröl. Aufgrund des hohen Siedepunktes von über 350 °C verdampfte dieser Anteil nicht wieder.
Erstaunlicherweise führte dies nicht zu negativen Effekten auf die Schmierfähigkeit. Rapsöl besitzt gute Schmierqualitäten, die Viskosität stieg nur geringfügig an. Das Wartungskonzept wurde angepasst: Ölwechsel erfolgten zwischen Minimal- und Maximalmarke.
Einspritzpumpenverschleiß
Nach 2020 Betriebsstunden wurde die Einspritzpumpe revidiert. Es zeigten sich Verschleißerscheinungen am Hydrorotor und am Nockenring. Die Reparaturkosten lagen bei etwa 1600 Schweizer Franken.
Ein eindeutiger Zusammenhang mit dem Mischtreibstoff konnte jedoch nicht nachgewiesen werden, da der Schaden nicht erneut auftrat.
Steuerliche und wirtschaftliche Aspekte
Die Wirtschaftlichkeit erneuerbarer Treibstoffe hängt maßgeblich von der Besteuerung ab. Logisch betrachtet dürfte nur der mineralische Anteil (Kerosin) besteuert werden. In der Praxis ist diese Frage jedoch oft regulatorisch nicht eindeutig geklärt.
Insbesondere in der Landwirtschaft kann die fehlende Mineralölsteuerrückerstattung für Mischkraftstoffe dazu führen, dass ein ökologisch sinnvoller Treibstoff wirtschaftlich unattraktiv wird.
Garantiefragen und Herstellerfreigaben
Die Verwendung nicht normkonformer Kraftstoffe führt in der Regel zum Erlöschen von Garantieansprüchen. Für eine breite Markteinführung wären daher notwendig:
- Normung des Gemisches
- Qualitätssicherung
- Freigaben durch Motorenhersteller
- Langzeituntersuchungen an modernen Common-Rail-Systemen
Qualitätssicherung und Lagerung
Eine durchgängige Qualitätssicherung ist essenziell. Empfohlen wird:
- Probenahme jeder Charge (0,5 Liter doppelt)
- Dokumentation aller Arbeitsschritte
- trockene, temperaturstabile Lagerung
- Vermeidung von Wasseraufnahme
Rapsöl und RME sind hygroskopisch. Freies Wasser kann zu Korrosion, Mikroorganismenwachstum und Filterverstopfung führen.
Technische Bewertung
Die Versuche zeigen:
- Technische Machbarkeit ohne Motorschäden
- Gute Kaltstarteigenschaften
- Keine Entmischung bei Lagerung
- Leichte Verschlechterung von Wirkungsgrad und Emissionen über die Zeit
Das additivierte Rapsöl-Kerosin-Gemisch stellt somit eine technisch praktikable Alternative zu RME dar – mit geringem Investitionsbedarf und ohne chemische Nebenprodukte.
Ökologische Bewertung
Ein wesentlicher Vorteil ist die CO₂-Reduktion durch den biogenen Anteil. Während fossiles Kerosin zusätzliches CO₂ freisetzt, wird das im Rapsöl gebundene CO₂ im Wachstumsprozess der Pflanze wieder aufgenommen.
Die Herstellung des Gemisches erfordert keine energieintensive Umesterung und erzeugt keine problematischen Nebenprodukte.
Schlussfolgerungen
Die Verwendung eines Rapsöl-Kerosin-Gemisches als Dieseltreibstoff ist technisch machbar und im Langzeiteinsatz praktikabel. Unter realen Praxisbedingungen traten keine Motorschäden auf. Allerdings zeigen sich mit zunehmender Betriebsdauer Veränderungen im Wirkungsgrad und in den Emissionen, die vermutlich auf Einspritzsystemeffekte zurückzuführen sind.
Für eine großflächige Anwendung sind weitere Untersuchungen notwendig – insbesondere mit modernen Hochdruckeinspritzsystemen. Ebenso entscheidend sind klare steuerliche Rahmenbedingungen, Normierung und Qualitätssicherung.
Das Konzept bietet eine interessante Brückentechnologie zwischen fossilen Kraftstoffen und vollständig erneuerbaren Antriebssystemen – insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich mit regionaler Wertschöpfung.
