Dipl.-Ing. Johannes Verdirk, M.Sc.
Dipl.-Ing. Heinz Welberg, M.Sc.
Dipl.-Ing. Heinz Welberg, M.Sc.
Masterprüfung: 08/2006
„Billig-Sprit vom Acker" oder „Sonne tanken", diese und andere Formulierungen kommen zur Anwendung, wenn die Diskussion über den Ersatz der klassischen fossilen Kraft- und Brennstoffe geführt wird.
In Zeiten immer knapper werdender fossiler Rohstoffreserven in Form von Rohölen und Gas und daraus resultierenden steigenden Preisen wird die Abhängigkeit der westlichen Industriestaaten von diesen Energieträgern besonders deutlich
Die Erfordernis der Suche nach ökologischen und wirtschaftlichen Alternativen wird immer mehr erkannt und auf vielen Feldern erforscht und vorangetrieben.
Eine Alternative zur Substitution von fossilen Energieträgern ist die Nutzung von pflanzlichen, nativen Ölen. Diese werden durch Pressung, hauptsächlich der Samen von Ölpflanzen, gewonnen.
Die Rapspflanze ist in Deutschland unter pflanzenbaulichen, ökologischen und ökonomischen Betrachtungen als „Öllieferant" am besten geeignet.
Die Gewinnung pflanzlicher Öle erfolgt daher in Deutschland fast ausschließlich durch die Nutzung von Rapssamen.
Zielsetzung dieser Masterarbeit war die Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten und des Potentials von pflanzlichen Ölen zur Substitution von fossilen Kraftstoffen. Bisherige Erfahrungen im Anbau, der Herstellung der Öle und in der praktischen Nutzung mit den ökologischen und ökonomischen Wirkungen werden dargestellt.
Zum Einstieg in die vielschichtige Thematik wird die gegenwärtige Nutzung der heute eingesetzten fossilen Kraftstoffe dargestellt. Verfügbare Ressourcen unter der Betrachtung von Entwicklungsprognosen werden in verschiedenen Abbildungen dargestellt und bewertet.
Im Weiteren erfolgt eine Betrachtung der weltweiten Produktion von Ölsaaten. Die historische Entwicklung des Rapsanbaus in Deutschland bis zur Gegenwart wird textlich und grafisch dargestellt, Potentiale und Auswirkungen einer verstärkten Nutzung pflanzlicher Öle als Kraftstoff werden aufgezeigt. Der Rapsanbau wird anhand der Vegetationsperioden der Rapspflanzen von der Aussaat bis zur Ernte gezeigt. Maßnahmen zur Steigerung des Ölertrages sowie eine Betrachtung des Rapsanbaus aus pflanzenbaulicher und landwirtschaftlicher Sicht, schließen sich an.
Die Herstellung und Veredelung von nativen Ölen wird von der Ernte und Lagerung der Ölsaaten über die Trocknung, Reinigung und Konditionierung beschrieben. Die Ölgewinnung in zentralen und dezentralen Ölmühlen kann anhand von Abbildungen und Schemazeichnungen nachvollzogen werden. Die Beschreibung der Verwertung des Reststoffes aus der Ölgewinnung beschließt diesen Themenabschnitt.
In einem weiteren Kapitel werden die Einsatzmöglichkeiten von Rapsölen zur Verwendung als Kraftstoff in Kraftfahrzeugen anhand der kraftstoffspezifischen Problemstellungen erörtert. Anschließend erfolgt die Darstellung der Lösungsansätze in Form von Anpassungen des Kraftstoffes, bzw. der Technik der Kraftfahrzeuge.
Die ökologischen Vorteile durch geschlossene Kreisläufe bei der Nutzung von Pflanzenölen werden grafisch und tabellarisch deutlich gemacht.
Geschlossene Kreisläufe bei der Nutzung von Rapsölen als Kraftstoff
Die technische Anpassungserfordernis der Motoren wird textlich und anhand von Abbildungen ausführlich beschrieben bevor die Umrüstmaßnahmen bei den unterschiedlichen Dieselmotoren und Einspritzsystemen dargestellt werden.
Es folgt ein tabellarischer Vergleich der verschiedenen Umrüstmaßnahmen mit den jeweiligen Vor- und Nachteilen.
Der bisherige Verlauf der Standardisierung des Rapsölkraftstoffes über den „Weihenstephaner Standard" bis zur Vornorm DIN 51605 wird unter Angabe und Beschreibung der einzelnen Parameter aufgezeigt.
Weiterhin werden rechtliche Aspekte bei der Umrüstung von Fahrzeugen auf Pflanzenölbetrieb, Auswirkungen auf Herstellergarantien und die Möglichkeiten von Motorversicherungen beschrieben.
Ein Vergleich der Abgasemissionen von diesel- und pflanzenölbetriebenen Fahrzeugen folgt.
Erfahrungen im Praxiseinsatz werden anhand von Umrüstungen in einem Busunternehmen und ausführlich anhand des wissenschaftlich begleiteten und staatlich geförderten „100 Traktoren-Demonstrationsobjektes" aufgezeigt. Folgende Sachverhalte werden betrachtet und beurteilt:
- die Umrüstkonzepte,
- das Leistungsverhalten,
- das Emissionsverhalten,
- die Betriebsstörungen,
- die Rapsölqualität,
- die Schmierölqualität und der Motorenverschleiß im Langzeitbetrieb
Im folgenden Kapitel werden weitere Nutzungsmöglichkeiten von Rapsölen dargestellt. Hier insbesondere die Nutzung in Schienen- und Wasserfahrzeugen und sonstigen mobilen und stationären Anlagen. Auch die Verwendung als Hilfs- und Betriebsstoff mit seinen besonderen Vorteilen wird beschrieben.
Volkswirtschaftliche Betrachtungen zur Nutzung alternativer Energien zur Substitution von fossilen Energieträgern und auch die bisherige Entwicklung der steuerpolitischen Rahmenbedingungen werden dargestellt.
Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen bei der Nutzung verschiedener Kraftstoffe erfolgen anhand eines tabellarischen Vergleichs der Nutzung von Diesel, Bio-Diesel und Pflanzenöl, ergänzend werden Amortisationszeiten von Umrüstungen auf Pflanzenölbetrieb sowohl für LKW und PKW beschrieben.
Die Zusammenfassung technologischer und marktpolitischer Erfordernisse beschließt das Kapitel.
Ökologische Betrachtungen bezüglich des Anbaus von Ölpflanzen, der Produktion von nativen Ölen, der Substitution von fossilen Kraftstoffen, des Klima- und auch des Gewässerschutzes führen schließlich zum Ausblick und zur Zusammenfassung der Ergebnisse der Masterarbeit.
Diese Arbeit zeigt, dass verschiedene Lösungen und vielversprechende Lösungsansätze zur Nutzung von nativen pflanzlichen Ölen als Kraftstoff bereits vorhanden sind, diese allerdings die Serienreife für den großflächigen Einsatz noch nicht erreicht haben oder aber sich noch nicht durchsetzen konnten.
Der Anbau von Ölpflanzen und die Gewinnung von Pflanzenöl, insbesondere in dezentralen Ölmühlen, bietet für strukturschwache landwirtschaftlich geprägte Gebiete die Chance, neue Arbeitsplätze und Verdienstmöglichkeiten zu schaffen.
Neben den positiven ökonomischen Effekten durch die Nutzung nativer pflanzlicher Öle führen auch Betrachtungen aus ökologischer Sicht zu der Erkenntnis, dass es zweckmäßig ist, den Einsatz der o.g. Öle zur Substitution von fossilen Kraftstoffen zu intensivieren.
Hierzu müssen jedoch seitens der Politik, der Fahrzeughersteller und der Wirtschaft größere Anstrengungen unternommen und entsprechende Zielsetzungen formuliert und verfolgt werden.
Auch die Verbraucher können durch entsprechendes Nachfrageverhalten und die Einwirkung auf politische Gremien den vermehrten Einsatz von Pflanzenölen als Kraftstoff fördern.
Die Masterarbeit zeigt, dass die Nutzung von nativen pflanzlichen Ölen zur Substitution von fossilen Kraftstoffen ökonomisch und ökologisch sinnvoll und möglich ist. Dieses auch, obwohl nur ein Teilbereich des Kraftstoffmarktes ( Diesel ), durch die Verwendung dieser Öle ersetzt werden kann.
Ein Beitrag zur Abwendung bzw. Milderung der sich abzeichnenden Energiekrise durch die kommende Verknappung von Erdgas und Erdöl kann mit durch die Verwendung von pflanzlichen Ölen als Kraftstoff geleistet werden.