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Bio-Sprit auf dem Prüfstand

Forschungsprojekt der Universität Siegen und des Fraunhofer Instituts untersucht die Auswirkungen von Biokraftstoffen auf Filtersysteme.

Wer einen Benziner fährt, kann sein Auto seit 2011 auch mit E10 tanken. Der Biokraftstoff enthält zwischen fünf und zehn Prozent Bioethanol, die Beimischung soll den Verbrauch fossiler Energie und die CO2-Emissionen reduzieren. Wie bei anderen Spritsorten auch, entweichen aus den Tanks von Wagen mit Ottomotoren Kraftstoffdämpfe. Um so wenig wie möglich davon in die Umwelt zu entlassen, gibt es seit Jahren sogenannte Kraftstoffdampfrückhaltesysteme (KDRS), die mit Aktivkohlefiltern arbeiten. In einem neuen Forschungsprojekt untersuchen Forscherinnen und Forscher der Universität Siegen und des Fraunhofer Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) in Oberhausen nun die Auswirkungen des Einsatzes von Biokraftstoffen auf solche Filtersysteme.

Wie funktioniert ein KDRS?
Ein KDRS besteht im Wesentlichen aus einem mit Aktivkohle gefüllten Kunststoffbehälter (Polizeifilter), in dem die Benzindämpfe (flüchtige Kohlenwasserstoffe/VOCs) in den Poren der Aktivkohle (AK) adsorbieren. Wenn die Aktivkohle fast vollständig beladen ist und eine Abgabe der Dämpfe an die Umgebung bevorsteht, wird die Anlage umgeschaltet. Der Aktivkohlefilter wird mit feuchter Umgebungsluft regeneriert, da die Luft die Benzindämpfe von der Kohle desorbiert. Die mit VOCs angereicherte Spülluft wird somit vom Motor angesaugt und dort verbrannt. Das Wechselspiel zwischen Adsorption (Beladung) sowie Desorption (Regenerierung) des AK-Filters läuft zyklisch während der gesamten Betriebsstunden des PKW-Motors.

Was steht bereits fest?
Ein durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördertes Vorläuferprojekt (Finanzvolumen etwa 580.000 Euro) der Forschergruppen UMSICHT und der Arbeitsgruppe Technische Thermodynamik der Universität Siegen (TTS-USi) belegte, dass die Funktionsfähigkeit von AK-Filtern, die mit den Dämpfen von Normalbenzin bzw. E10 beladen sind, durch einmaliges Spülen mit feuchter Umgebungsluft nicht beeinträchtigt wird.

Was wird nun erforscht?
Offen ist, ob diese Funktionsfähigkeit auch für Filter gilt, die mit bioethanolhaltigen Kraftstoffdämpfen wie E10 beladen sind. Deshalb soll im Rahmen des aktuellen Projekts der AK-Filter für verschieden lange Betriebszeiten unter realitätsnahen Bedingungen wissenschaftlich untersucht werden. Die hierfür notwendige Kenntnis über die genaue Zusammensetzung der Gasphase (Spülluft und VOCs) liefert eine moderne optische Messmethode (RAMAN-Streuung). Diese Messmethode ist von Prof. Dr.-Ing. Thomas Seeger (Institut für Fluid- und Thermodynamik der Universität Siegen) entwickelt und für zahlreiche industrielle Anwendungen erweitert worden. Für die Anwendung wie auch Bewertung des komplexen Adsorptionsprozesses der Bioethanolkraftstoffdämpfe an der Aktivkohle werden die langjährigen Erfahrungen des ehemaligen Lehrstuhlinhabers, Prof. Dr. sc. techn. Jürgen U. Keller, von großem Nutzen sein.

Was sind die Rahmendaten des Projekts?
Das Forschungsvorhaben wird in Kooperation zwischen der Universität Siegen und dem Fraunhofer Institut UMSICHT in Oberhausen durchgeführt. Es wird von einem ständig beratenden Ausschuss begleitet, in dem etwa 15 Vertreter der Automobilindustrie, der Filterhersteller und Aktivkohleproduzenten ehrenamtlich mitarbeiten. In diesem Ausschuss werden die erzielten Ergebnisse zeitnah präsentiert und diskutiert. Nach Abschluss der Forschungsarbeiten sollen alle Ergebnisse der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Die Fördersumme für dieses Drittmittelverbundprojekt beträgt ca. 800.000 Euro und wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) durch die FNR unter dem Förderkennzeichen 22403115 bereitgestellt.

Hintergrund:
Nicht nur aus den Tanks von Autos entweichen Kraftstoffdämpfe, sondern auch aus denen von LKWs und Bussen. Bei einem Bestand von rund 30 Millionen Fahrzeugen in Deutschland ergibt dies eine jährliche Umweltbelastung von 330.000 Tonnen an flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOCs). Diese Verluste an Kraftstoff sollten aus energetischen, sicherheitstechnischen und vor allem aus Gründen des Umweltschutzes vermieden werden, da diese Kraftstoffdämpfe z.B. bei Anreicherung in schlecht belüfteten Tiefgaragen zur Explosionsgefahr führen können. Darum gibt es die Kraftstoffdampfrückhaltesysteme (KDRS).

Im Zuge verschärfter Emissionsvorschriften (EURO 6), Diskussionen über die CO2-Emissionen sowie im Hinblick auf langfristig steigende Rohölpreise wird verstärkt der Einsatz von Biokraftstoffen (z.B. E10) favorisiert. Bis zum Jahr 2020 sollen entsprechend einer von der Bundesregierung bereits übernommenen EU-Biokraftstoffrichtlinie nahezu 10 Prozent aller fossilen Kraftstoffe durch Biokraftstoffe ersetzt werden. Ein Beitrag hierzu ist in Deutschland das Beimischen von Bioethanol zum Ottokraftstoff (Benzin). Das Bioethanol wird aus nachwachsenden pflanzlichen Materialien durch Vergärung gewonnen.

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Thomas Seeger
Telefon: 0271/740-3124
E-Mail: thomas.seeger@uni-siegen.de

Prof. i.R. Dr. Jürgen U. Keller
Telefon: 0271/740-2755
E-Mail: juergen.keller@uni-siegen.de