Pflanzenölkraftstoff (abgekürzt PÖK, umgangssprachlich auch Pöl) ist ein biologischer erneuerbarer Energieträger. Unbehandeltes Pflanzenöl kann als Kraftstoff für Dieselmotoren in mobilen und stationären Anwendungen verwendet werden. Zu unterscheiden ist Pflanzenölkraftstoff von Biodiesel, der durch Umesterung von Pflanzenöl hergestellt wird.
Geschichte Die Idee einer Verwendung von Pflanzenölen als Motorenkraftstoff geht zurück auf Rudolf Diesel, den Erfinder des Dieselmotors. Die Verfügbarkeit an billigem Erdöl war der Grund, weshalb teurere Alternativen wie Pflanzenöl lange Zeit nicht als Kraftstoff Verwendung fanden.
Erst nach den Ölkrisen der 1970er Jahre wurde verstärkt nach alternativen Kraftstoffen gesucht. Das steigende Umwelt- und Klimaschutzbewusstsein zum Ende des 20. Jahrhunderts brachte vor allem die erneuerbaren Energieträger wieder in die Diskussion.
Verwendbare Pflanzenölsorten Meist kommt in Deutschland Rapsöl als Pflanzenölkraftstoff zum Einsatz.Effe, Martin: Günstiger Auto fahren mit Rapsöl – Alles über Pflanzenöl-Fahrzeuge und Rapsöl als Diesel-Ersatz. Eine Dokumentation von Peter Spies und Martin Tietz, Hamburg, 2006, Infoways.TV. In: www.youtube.com vom 5. November 2018. (Abgerufen am 3. November 2021) Es gibt jedoch weltweit viele Tausend Ölpflanzen, die als Kraftstoff genutzt werden könnten. Grundsätzlich sind alle Pflanzenölsorten und auch tierische Öle zum Betrieb in umgerüsteten Fahrzeugen geeignet. Vereinzelt setzen Autofahrer auch gefilterte Altöle und flüssige Speisefette ein. Sie müssen jedoch vor der Nutzung sorgfältig gereinigt, entwässert und ggf. auch neutralisiert werden. Beim Einsatz von Pflanzenöl als Kraftstoff sind in allen Fällen hohe Qualitätsstandards einzuhalten.
Obwohl Leindotteröl bessere Eigenschaften hat, überwiegt am Markt der Anteil des Rapsöls, da die Landwirte weder einen finanziellen Vorteil aus einem Mischfruchtanbau ziehen können, noch die Pressrückstände als Futter einsetzen konnten, da dies aufgrund der Futtermittelverordnung bis 2009 untersagt war.
Eigenschaften Pflanzenöl stellt eine der dichtesten Energieformen dar, die durch Photosynthese entstehen. Der Heizwert ist mit 37 MJ/kg niedriger als beim Benzin (43 MJ/kg) und Dieselkraftstoff nach EN 590 (42,5 MJ/Kg), allerdings höher als bei der Steinkohle (30 MJ/kg). Die auf das Volumen bezogene Energiedichte beträgt rund 9,2 kWh je Liter und liegt damit zwischen Benzin mit 8,6 kWh/L und mineralischem Dieselöl mit 9,6 kWh/L.
Reines Pflanzenöl besteht hauptsächlich aus Triacylglyceriden, d. h. Glycerin-Estern langkettiger Fettsäuren (also nicht aus Alkanen) und ist schwerer entflammbar (siehe Flammpunkt) als Diesel. Die Zündwilligkeit (Cetanzahl) ist allgemein eingeschränkt, da nicht erwärmtes Pflanzenöl von der Einspritzdüse nur unzureichend im Brennraum vernebelt wird (daher sind Vor- und Wirbelkammermotoren besser geeignet). Aufgrund seiner höheren Viskosität, die bei sinkender Temperatur noch weiter ansteigt, erhöht sich der Durchflusswiderstand in den Kraftstoffleitungen, der Einspritzpumpe und den Einspritzdüsen gegenüber dem von Dieselkraftstoff. Manche Einspritzsysteme wie Commonrail oder Pumpe-Düse arbeiten daher mit Pflanzenöl außerhalb ihrer Spezifikation, was zu abnormalem Verschleiß bis hin zu Totalausfällen führen kann.
Verwendung
Aufgrund der gegenüber Dieselkraftstoffen höheren Viskosität und der niedrigeren Cetanzahl sind an gewöhnlichen Dieselmotoren in der Regel Anpassungsmaßnahmen notwendig. Diese bestehen zum Beispiel in der Erwärmung des Kraftstoffes, um die Viskosität unmittelbar vor dem Eintritt in die Einspritzanlage zu verringern. Diese Technologie ist bereits von Vielstoffmotoren bekannt.
Für Pflanzenölkraftstoff P100, d. h. chemisch unverändertes Pflanzenöl, hat die DIN 51623 Qualitätsnormen angegeben. Für Qualitätsansprüche reinen Rapsöles (R100) ist die DIN 51605 erstellt worden.Ruedi Hunger: , in Schweizer Landtechnik, 15. Jan. 2021, abgerufen am 3. Mai 2021.
Pflanzenöltaugliche Motoren und Heizungen mini|Mit Pflanzenöl betriebener Laubsauger-Lkw der Stadt Aachen mini|Mini-Blockheizkraftwerk, für den Betrieb mit kaltgepresstem Rapsöl geeignet Bei der Verwendung von Pflanzenöl halbiert sich in etwa der Ausstoß von Rußpartikeln gegenüber der Verwendung von Diesel. Nur bei kaltem Motor und unzureichender Vernebelung im Zylinder ist der Ausstoß sichtbar erhöht. Es gibt weniger Emissionen von Feinstaub als bei Dieselbetrieb. Verunreinigungen durch Schwefel und Schwermetalle entfallen weitgehend.
Ohne Umrüstung können nur wenige ältere Motoren problemlos mit Pflanzenöl betrieben werden. Es handelt sich dabei in der Regel um Vorkammer-Diesel-Motoren. Wichtig ist die Qualität der Einspritzpumpe. Bewährt haben sich Reiheneinspritzpumpen, z. B. der Firma Bosch. Aber auch die Modifikation dieser Motoren ist denkbar einfach. Folgende Umrüstschritte sind erforderlich: Einbau eines Wärmeübertragers, zum Beispiel zur Erwärmung des Kraftstofffilters mit Hilfe des Kühlwassers. Eine Kraftstoffleitung mit größerem Querschnitt Einbau eines neuen Filters Im Winterbetrieb muss dem Pflanzenöl mindestens 10 % Winterdiesel zugeführt werden. Die Umbaukosten betragen hier bei Eigeneinbau etwa 200 bis 600 Euro.
Speziell entwickelte Motoren wie der Elsbett-Motor oder andere Vielstoffmotoren haben sich wegen der höheren Kosten nicht durchsetzen können.
Moderne Motoren sind mit einer Common-Rail-Einspritzung bzw. Pumpe-Düse-Einspritzung ausgerüstet. Hierzu gibt es mittlerweile entsprechende Umrüstungen, die aufwendig und (entsprechend) teuer sind. Diese sind aber sicher und auch durchaus bewährt. Nach dem Umbau ist es dann möglich, neben (Mineralöl-)Diesel auch Pflanzenöl als Kraftstoff zu verwenden. Die aktuelle Technik kompensiert so weit wie möglich die hohe Viskosität im Winter und auch die mangelnde Zündfreudigkeit. Dazu wird das Pflanzenöl durch einen Wärmeübertrager auf 60 °C erwärmt. Beim Kaltstart geschieht dies elektrisch, bei warmem Motor über das Kühlwasser. Die Hersteller berichten von Anlassproblemen unter −8 °C im Winter. Das Vorglühen und Anlassen dauert dann etwas länger. Im Winterbetrieb besteht die Gefahr des „Einfrierens“. Da die Erstarrung des Treibstoffs im untersten Bereich des Tanks beginnt, wo der Kraftstoff austritt, kann die kontinuierliche Fortsetzung der Treibstoffzufuhr nicht gewährleistet werden. Daher ist bei niedrigen Temperaturen die Beimischung von Mineralöl-Dieselkraftstoff („Winterdiesel“) ratsam.
Die Umrüstung kann auf ein 1-Tank- oder 2-Tank-System erfolgen:
Beim Eintanksystem befindet sich der Kraftstoff für den Motor in einem einzigen Tank, und bei tieferen Temperaturen werden Dieselanteile beim Betanken dem Pflanzenöl zugemischt. Zu den hilfreichen Modifikationen gehören ein vergrößerter Leitungsquerschnitt für den Kraftstoff, ein System zur Vorwärmung der Zuleitungen, des Kraftstofffilters und der Einspritzpumpe. Je nach Bauart und thermischer Umgebung des Motors sind nur einige der Maßnahmen erforderlich.
Beim Zweitanksystem wird der Motor mit Dieselkraftstoff aus einem separaten Tank gestartet und warmgefahren. Die entstehende Abwärme des Dieselmotors heizt das übrige System vor. Anschließend wird, manuell oder vollautomatisch auf den Pflanzenöltank umgeschaltet. Bei Phasen niedriger Last, wie Leerlaufdrehzahl oder im Teillastbereich, sollte auf Diesel ausgewichen werden. Im Volllastbereich kann bis zu 100 % Pflanzenöl verwendet werden. Vor dem längeren Abstellen des Motors sollte rechtzeitig umgeschaltet werden, damit das Einspritzsystem beim erneuten Starten wieder mit Diesel gefüllt ist.
Seit einigen Jahren gibt es Angebote, Dieselmotoren für den Direktbetrieb mit Pflanzenöl umzurüsten. Unter Bezeichnungen wie „BB.drive“, „BEAM-Plus“, „eoil“, „Poeltec“ u. a. werden im Internet Umbauten angeboten, die nicht nur auf erwärmtes, sondern auf sorgfältig entgastes Rapsöl setzen. Auch ein winziger Gasgehalt, so wird außenwirksam behauptet, verursacht in einer modernen Hochdruckeinspritzanlage Dampfblasenbildung (Kavitation), welche das Material in der Umgebung zerstört. Zu bedenken ist allerdings, dass auch herkömmlicher Dieselkraftstoff in gewissem Maße Gase enthält. Aus diesem Grund sind Verfahren, die nur auf Entgasung setzen, wie z. B. das eoil-System, stark umstritten. Zu bedenken ist weiter, dass – wenn die Ultraschall-Entgasungsmethode eingesetzt wird – der Ultraschall selbst Ursache für Kavitation durch die erzeugten starken Druckschwankungen sein kann, vgl. (Kavitation: es kann in den Druckminima der Schwingungen zur Kavitation kommen). Damit würde die Ultraschall-Methode im beschallten System genau das erst auslösen, was sie vorgibt zu vermeiden. Im Übrigen entsteht Kavitation aus den Dampfblasen einer Flüssigkeit; Luft, einer Dampfblase beigemischt, und als solche bei Normaltemperatur nicht kondensierbar, würde im Gegenteil die das Kollabieren der Dampfblasen unter Wärmeerzeugung dämpfen, wäre also von Vorteil, um schädigende Wirkung der Kavitation zu vermeiden.
Neben den Internet-Angeboten gibt es Ingenieurbüros, die sich auf die Umrüstung von Nutzfahrzeugen auf Alternative Kraftstoffe, wie Pflanzenöl, Tierfett, Biodiesel, spezialisiert haben. Die Produkte, wie das „bioltec system“, werden stets weiterentwickelt, um Pflanzenöl in Dieselmotoren mit neuester Abgasnorm einzusetzen. Aus technischer Sicht können moderne Nutzfahrzeugmotoren mit biogenen Reinkraftstoffen betrieben werden – unter Einhaltung der aktuellen Emissionsverschriften Euro 5 beziehungsweise EEV.Nachhaltiges Nutzfahrzeug der Zukunft (PDF; 2,6 MB).
Am sinnvollsten ist die Umrüstung beim gegenwärtigen Stand der Technik hauptsächlich bei Lastwagen, Nutzfahrzeugen und landwirtschaftlichen Maschinen, weil sich der Umbau wegen des hohen spezifischen Verbrauchs dieser Fahrzeuge innerhalb von wenigen Monaten amortisiert.
Die Firma Deutz AG hat auf der Agritechnica 2007 in Hannover ihren Natural Fuel Engine vorgestellt. Damit ist sie der erste große Motorenhersteller, der einen Dieselmotor mit voller Gewährleistung und Motormanagementoptimierung für den Betrieb mit Rapsöl nach DIN 51605 anbietet. Dieser Motor soll vor allem im landwirtschaftlichen Bereich vertrieben werden.
In einem Flottenversuch erproben derzeit etwa 200 schwere Nutzfahrzeuge in Deutschland bis Ende 2015 Pflanzenöle im praktischen Einsatz. Zugrunde liegt die Norm DIN SPEC 51623, die auf einer breiten Basis an pflanzlichen Rohstoffen optimale Kraftstoff-Eigenschaften definiert. Ziel ist die industrielle Umsetzbarkeit, markenübergreifend in aktuellen Nutzfahrzeugen unter wirtschaftlichen Aspekten. Gestartet zur IAA Nutzfahrzeuge 2012 liegt das besondere Augenmerk auf die Einhaltung der Emissionsvorschriften Euro 6. Für den Feldtest werden die Fahrzeuge mit einer speziellen Dual-Fuel-Technik ausgerüstet.Nutzfahrzeuge zwischen Ökonomie und Ökologie (PDF; 1,6 MB).
Probleme beim Einsatz Veränderung des Motoröls Unverbrannter Kraftstoff gelangt – vor allem beim Kaltstart und bei hoher Drehzahl – in das Motoröl und verschlechtert dessen Schmiereigenschaften bzw. es bilden sich im Motoröl Polymerketten, die sich zu Klumpen zusammenballen können und Leitungen und Filter verstopfen. Dieses Problem tritt insbesondere bei Einsatz von modernen vollsynthetischen Schmierölen auf, offensichtlich binden vollsynthetische Öle Fremdstoffe (freie Radikale) besonders gut, was sie ja auch sollen – wenn es davon nicht zu viele gibt.