DGMK-Bericht 791: Bestimmung der chemischen und physikalischen Stabilität von Mitteldestillaten mit mehreren alternativen Komponenten unter verschiedenen Lagerbedingungen

Nicht nur die zukünftige Kraftstoff-, sondern auch die Brennstoffzusammensetzung ist eine zeitnahe richtungsweisende Option die in der Verpflichtungsperiode 2022 bis 2030 sektorspezifischen Klimaschutzziele, in diesem Fall für den Gebäudebereich, erfüllen zu können. Die Verwendung treibhausgasreduzierter Bio- (FAME/Biodiesel, HVO) sowie synthetischer (XtL) Komponenten und deren Prüfung in Bezug auf mögliche Wechselwirkungen wie zum Beispiel Alterungsmechanismen waren Gegenstand dieses Projektvorhabens. Im Heizölbereich ist problematisch, dass je nach Brennstoffbedarf und Lagertankgröße die Lagerzeit des Brennstoffes teilweise bis zu fünf Jahre und länger beträgt. Herkömmliche Heizöl-Brennersysteme sind bis zu einem FAME-Gehalt von maximal 10 %(V/V) freigegeben. Daher ist derzeit eine Erhöhung des Anteils an alternativen Komponenten nur durch die Zumischung rein paraffinischer Komponenten (HVO, XtL-Produkte) denkbar. Die Beurteilung der Verwendbarkeit von Mehrkomponenten-Brennstoffen aus XtL, FAME und Heizöl EL in Heizöl-Brennersystemen ist vor dem Hintergrund zukünftig längerer Lagerzeiten zur Sicherung der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Brennersystemen zwingend notwendig. Im Vorhaben wurden Alterungsmechanismen und bislang unbekannte chemische und physikalische Phänomene während der Lagerung von Brennstoffen mit hohen paraffinischen Anteilen untersucht, indem die sehr komplexen Gemische von Brennstoffen (Heizöl/FAME/XtL) und Alterungsprodukte unter verschiedenen Lagerbedingungen durch den Einsatz der hochauflösenden Massenspektrometrie auf molekularer Ebene charakterisiert wurden. Gleichzeit war es Ziel dieses Projektes die “Standard-Analytik“ zur Bewertung des Langzeitstabilitätsverhaltens von Mehrkomponenten-Brennstoffe aus Heizöl EL, FAME und paraffinischen Brennstoffen (XtL) zu diesem Zweck nutzbar zu machen.

Im Projekt konnten genormte Brennstoffprüfverfahren für die Untersuchung neuartiger Brennstoffe nutzbar gemacht werden. Weiterhin konnte das Langezeitlagerverhalten von Mehrkomponentenbrennstoffen charakterisiert werden. Dabei wurden die Einflüsse einzelner Brennstoffe auf die Eigenschaftsänderungen der komplexen Brennstoffmatrix während der Lagerung und Brennstoffalterung identifiziert. Weiterhin wurde ein Langzeitlagerstabilitätsmodell von komplexen Brennstoffen mit hohem Paraffinanteil erarbeitet. Zur molekularen Identifizierung von Alterungsprozessen und -produkten wurde eine detailanalytische Methode entwickelt. Insbesondere die unter Sauerstoff-einbau entstehenden Alterungsprodukte von FAME konnten umfassend ermittelt werden. Der Einbaumechanismus erfolgt entgegen der bisherigen Erkenntnisse anderer Forschungsvorhaben nicht nur an der Doppelbindung, sondern hauptsächlich im Kopfteil der Ester, also zwischen der Estergruppe und den eingebauten Doppelbindungen.

Allerdings ist einschränkend darauf hinzuweisen, dass, obwohl die im Projekt betrachtete Probenmatrix sehr umfangreich war, die Ergebnisse nicht statistisch abgesichert werden konnten. Auch steht die Strukturaufklärung der Brennstoffe und Alterungsprodukte noch am Anfang. Eine Betrachtung des Einflusses von Additiven hat bisher nur rudimentär stattgefunden. Insofern zeigt der Bericht zu diesem Vorhaben den weiteren Forschungsbedarf auf.

Der Bericht kann auf der Homepage der DGMK kostenlos bestellt werden.