Pflanzenöl in Dieselmotoren
Umrüstsysteme im Überblick

Verwendungsmöglichkeiten von Pflanzenöl in Motoren
Pflanzenöl unterscheidet sich von den Eigenschaften des Diesels. In nachfolgender Tabelle werden die Unterschiede zwischen Diesel, Rapsöl und RME (Biodiesel) dargestellt.

Der spezifische Heizwert in MJ je kg liegt beim Pflanzenöl aufgrund des Sauerstoffanteils rund 10% niedriger als beim Dieselkraftstoff. Berücksichtigt man jedoch die höhere Dichte des Pflanzenöles, so verringert sich die Heizwertdifferenz je Liter Rapsöl gegenüber fossilem Diesel auf nur ungefähr 3% . Dieser Energieinhalt des Kraftstoffes ist nun verantwortlich für das Leistungs- und Verbrauchsverhalten.
Bei vergleichbarem thermischen Wirkungsgrad ergibt sich für Rapsöl im Vergleich zu Dieselkraftstoff ein geringer Leistungsverlust oder Mehrverbrauch. Jedoch wirkt sich der höhere Sauerstoffgehalt und eine fast vollständige Schwefelfreiheit des Rapsöles vorteilhaft für die Verbrennung aus. Der Energieinhalt eines Liters Rapsölmethylester liegt aufgrund der geringeren Dichte etwas unter dem von Rapsöl.

Der größte Unterschied von Diesel und Pflanzenöl liegt in der unterschiedlichen Viskosität. Die Viskosität von Rapsöl kommt erst bei hohen Temperaturen (90°C) and die Viskosität von Diesel bei niedrigeren Temperaturen (20°C) heran.

Dies führt im Rapsölbetrieb einerseits zu Kaltstartproblemen und andererseits bei zu niedriger Temperatur des Rapsöles in der Brenngeometrie zur Verschlechterung des Zerstäubungsverhaltens bei der Einspritzung.

In verschiedenen Projekten hat sich herausgestellt, dass bei Pflanzenöl infolge der relativ großen Moleküle beim Aufheizen eine „crack- Neigung“ besteht. Das kann die Ursache von immer wieder festgestellten Ablagerungen an Einspritzdüsen, Kolbenringen usw. sein.

Um Pflanzenöle in Dieselmotoren einzusetzen existieren folgende Möglichkeiten:
• Anpassung des Kraftstoffes an den Motor
• Anpassung des Motors an den Kraftstoff
• der Beimischung von Rapsöl oder Rapsölmethylester (RME) zu fossilen Kraftstoffen

Anpassung des Kraftstoffes an den Motor
Das am meisten verbreitete Verfahren zur Anpassung von Rapsöl an konventionelle Dieselmotoren ist die Umesterung zu Rapsölmethylester (RME). Bei der Umesterung wird der dreiwertige Alkohol des Rapsöles (Glycerin) mit Hilfe von Katalysatoren (z.B. Natron- oder Kaliumlauge) durch drei einwertige Alkohole ersetzt. Meistens wird hierzu Methanol verwendet. Als Nebenprodukt entsteht Glycerin. Dieses und der entstandene RME müssen vor der weiteren Verwendung noch aufbereitet bzw. gereinigt werden. Auch andere Pflanzenöle können umgeestert werden. Dann spricht man von Pflanzenölmethylester (PME). Neben Pflanzenfetten können auch Altspeisefette oder tierische Fette als Rohstoff eingesetzt werden. Die alltägliche Bezeichnung dafür ist Biodiesel. Diese wird synonym für Fettsäuremethylester (FME) verwendet.

Anpassung des Motors an den Kraftstoff
Für die Verwendung von reinem unverändertem Pflanzenöl als Kraftstoff ist es erforderlich, die Verbrennungstechnik des Dieselmotors an die Eigenschaften des Pflanzenöles anzupassen. Derzeit gibt es keine speziell für Pflanzenöl konstruierten Motoren am Markt. So werden vorhandene Dieselmotoren auf Pflanzenöl umgerüstet.

Bei dieser Umrüstung können die Kraftstoffzufuhr, die Verbrennung und die Kraftstoffeinbringung Bestandteile der Umrüstung sein. Jedes Konzept muss aber an die motorspezifischen Gegebenheiten des jeweiligen Typs angepasst werden, wobei sich die Umrüstkonzepte der verschiedenen Anbieter in Ausführung und Qualität beträchtlich unterscheiden. Die konkreten Umrüstmaßnahmen sind oft Firmengeheimnisse. Grundsätzlich kann bei der Umrüstung aber in Eintank- und Zweitanksysteme unterschieden werden.

Eintanksysteme
Bei Eintanksystemen wird das Fahrzeug auf den alleinigen Betrieb von Rapsöl angepasst. Oft werden Kraftstoffleitungen mit größerem Querschnitt eingebaut, wobei keine katalytische Materialien wie Kupfer und Messing verwendet werden sollen. Weiters wird oft eine Kraftstoffvorwärmung installiert, die elektrisch ausgeführt oder in Form eines Wärmetauschers mit dem Kühlwasser erfolgt. Bei Wechselbetankung wird auch eine Kraftstofferkennung eingebaut. Zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens beim Eintankprinzip kann der Einbau einer Standheizung sinnvoll sein. Daneben kann der Kaltstart durch Modifikationen bzw. Austausch der Glühkerzen und verlängerte Vorglüh- und Nachglühzeiten verbessert werden. Ein Umrüster beheizt zusätzlich die Einspritzdüsen, um die Viskosität des Pflanzenöles zu verringern und den Einspritzvorgang zu optimieren. Manchmal wird auch die Einspritzpumpe ausgetauscht, da manche Typen für die Pflanzenölverwendung nicht geeignet sind.

Der größte Vorteil eines Eintanksystems ist sicherlich der gesamte Wegfall des Diesels. Im Rahmen des österreichischen Forschungsprojektes für Pflanzenöl-Traktoren sind für die Umrüstung des Traktors mittels Eintanksystem derzeit nur zwei seriöse Umrüstanbieter am Markt. Diese bieten jedoch nur für Deutz-Motoren, welche in Fendt- und Deutz-Traktoren eingebaut sind, Umrüstlösungen an. Die Kosten dafür liegen bei rund € 5.000 bis € 8.000. (exkl. Ust.).

Zweitanksysteme
Zweitanksysteme ermöglichen den Betrieb mit Pflanzenöl durch ein Zweikraftstoffsystem. Beim Start und beim Abstellen des Motors wird dieser mit Dieselkraftstoff betrieben. Das heißt, am Ende des Pflanzenölbetriebs wird auf Diesel umgeschaltet, damit Einspritzleitungen und –düsen gespült werden und so beim nächsten Start mit Diesel gefüllt sind und sich keine Ablagerungen bilden können. Der Fahrbetrieb dazwischen oder bei optimalen Bedingungen erfolgt mit Pflanzenöl. Eingriffe in den Motor sind nicht notwendig. Vorwärmungen werden ebenso wie bei den Eintanksystemen eingebaut.

Diese Systeme sind für verschiedene Traktor- Typen geeignet. Ob der eigene Traktor umrüstbar ist, muss jeweils mit dem Umrüstbetrieb abgeklärt werden. Die Kosten für ein Zweitanksystem beim Traktor liegen bei rund € 4.000 bis € 6.000 (exkl. Ust.).

Der Vorteil eines Zweitanksystems liegt darin, dass Kaltstartprobleme im Winter wegfallen, da mit Dieselkraftstoff gestartet wird. Andererseits ist weiterhin eine Abhängigkeit zum fossilen Diesel gegeben und die Vorteile von einem reinen Rapsölbetrieb fallen weg.

Nicht jeder Motor eignet sich gleich gut für den Pflanzenölbetrieb, und so sollte bei einer Umbauentscheidung genau auf die vorhandenen Erfahrungen des Umrüsters geachtet werden.

In den letzten Jahren haben immer mehr Firmen begonnen umzurüsten. Dazu ist anzumerken, dass in jüngster Zeit nur ein Hersteller von Maschinen bekannt gegeben hat, dass die Garantie bei Neufahrzeugen bei Pflanzenölbetrieb mit autorisierten Umrüstern erhalten bleibt, wenn eine Maschinenbruchversicherung abgeschlossen wird. Ansonsten ist uns derzeit keine offizielle Zustimmung von Motor- bzw. Maschinenherstellern für den Pflanzenölbetrieb bekannt.

Beimischung von Pflanzenöl zu fossilem Diesel
Kurzzeitversuche mit Kraftstoffgemischen waren fast immer erfolgreich. Langzeitversuche dagegen führten oft zu Ausfällen der Motoren durch Ablagerungen und Verkokungserscheinungen. Dies passierte vor allem bei Pflanzenölanteilen über 20%. Überschlägig wird prognostiziert, dass sich z.B. bei einer 20%-igen Beimischung von Rapsöl die Lebenserwartung eines Motors auf etwa 80% der üblichen Diesellaufzeiten verringern würde. (Maack und Maurer, 2002)