Biosprit E10 beeinträchtigt langfristig KFZ-Filtersysteme

Forschungsgruppen der Universität Siegen und der Fraunhofer UMSICHT untersuchten in Langzeittests die Auswirkungen von Biokraftstoffen auf Filtersysteme in Benzinern.

 Siehe dazu auch einen Spiegel-Artikel vom 08.02.2021:

Seit knapp zehn Jahren können Autofahrer ihre Fahrzeuge mit E10-Kraftstoff betanken, sofern sie einen Benziner besitzen. Doch wie verträgt sich der Biosprit mit dem Filtersystem von Fahrzeugen? Untersuchungen des TÜV Nord und des schwedischen TÜV haben bereits gezeigt, dass es nach langfristigem Einsatz der Kraftstoffdampfrückhaltesysteme (KDRS) mit Biokraftstoffen vermehrt zu Ausfällen kommen kann. In einem auf vier Jahre angelegten Langzeittest untersuchten ForscherInnen der Universität Siegen und des Fraunhofer Instituts UMSICHT die Auswirkungen des Kraftstoffs auf Filtersysteme. Ihre Ergebnisse bestätigen, dass KDRSunter den betrachteten Versuchsbedingungen in dauerhaft mit E10 betankten Fahrzeugen nicht langzeittauglich sind.

Schematische Darstellung eines Kraftstoffdampfrückhaltesystems

Im Rahmen des Forschungsprojekts haben WissenschaftlerInnen um Prof. Dr.-Ing. Thomas Seeger (Institut für Fluid- und Thermodynamik der Universität Siegen) KDRS unter realitätsnahen Bedingungen wissenschaftlich untersucht. Bei einem KDRS handelt es sich vereinfacht gesagt um einen mit Aktivkohle gefüllten Kunststoffbehälter, in dem Benzindämpfe und flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC) im Stillstand bzw. in der Leerlaufphase des Motors adsorbiert werden. Bei laufendem Motor wird abhängig vom Betriebspunkt die KDRS-Anlage umgeschaltet. Die Kohle wird im Filter mit feuchter Umgebungsluft gespült, da diese die Benzindämpfe von der Kohle desorbiert. Die mit VOCs angereicherte Spülluft wird daraufhin vom Motor angesaugt und dort verbrannt.

Mittels einer modernen von Prof. Seeger entwickelten optischen Messmethode (RAMAN-Streuung) gewannen die Forschenden die notwendigen Kenntnisse über die genaue Zusammensetzung der Gasphase (Spülluft und VOCs).Anschließend untersuchten sie in mehreren Langzeittests das Adsorptionsverhalten der Aktivkohleproben. Mit der Versuchsanlage wurde an einer häufig in KDRS zum Einsatz kommenden Aktivkohle über mehrere hundert Be- und Entladezyklen automatisiert gemessen. Dabei wird angenommen, dass etwa 350 definierte Test-Zyklen (Ad- und Desorption=1 Zyklus) der Lebensdauer eines Autos oder einer Fahrstrecke von mindestens 200.000 km entsprechen.Für jeden Zyklus erfassten die eingesetzten Untersuchungsmethoden detailliert den ablaufenden Ad- sowie Desorptionsprozess des Kohle-Behälters.„Da es sich beim echten Ottokraftstoff um ein komplexes Gemisch mit über 200 verschiedenen Kohlenwasserstoffkomponenten handelt, die nicht gleichzeitig analysiert werden können, benötigten wir für die Untersuchung einen einfachen Kraftstoff, der dieses Gemisch ersetzt“, erklärt Prof. Seeger.„Hierzu setzten wir n-Pentan als Benzinersatzkraftstoff ein, dem E10 entsprechend zehn Prozent Ethanol zugefügt wurde.“

Es wurden mehrere Langzeitexperimente in verschiedenen Kombinationen durchgeführt. Besonders eindeutige Ergebnisse sind bei den Experimenten mit reinem n-Pentan (E00) und trockener Spülluft sowie mit Ersatz-Biokraftstoff (E10) und 70% relativ feuchter Spülluft aufgetreten. Während die Aktivkohlefilter bei Verwendung reinen Pentans und trockener Spülluft langzeittauglich blieben, konnte bei E10 mit feuchter Spülluftfestgestellt werden, dass die Filter nach mehreren hundert Testzyklenkeine hinreichende Adsorptionskapazität mehr besitzen. Dementsprechend sind sie nicht für den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs einsatzfähig, falls diese Aktivkohlebehälter der KDR-Systeme unter ähnlichen Versuchsbedingungen betrieben werden. Sinnvoll wäre daher, die KDR-Systeme regelmäßig - im Rahmen der üblichen Hauptuntersuchung - auf ihre Funktionstüchtigkeit während der Laufzeit des PKWs zu prüfen. Bislang werden die KDR-Systeme nur einmalig vor ihrem Einbau untersucht.

Raman-Messungen mit einer Mehrfachdurchlaufanordnung zur Signalverstärkung

Das Forschungsprojekt wurde gemeinschaftlich von Fraunhofer UMSICHT sowie der Universität Siegen mit der Unterstützung durch einen projektbegleitenden Ausschuss aus Automobil-, Aktivkohle-, Aktivkohlefilter-Herstellern, Bioethanol-Herstellern und Analyselabors durchgeführt. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), vertreten durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), unter denFörderkennzeichen 22403015 und 22403115.

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