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Keywords
- Azeotrope Destillation (1)
- Biodiesel (1)
- Biokraftstoff (1)
- Headspace-Analyse (1)
- Headspace-GCMS (1)
- Kraftstofffilter (1)
- activity coefficient (1)
- azeotrope oil dilution (1)
- diesel particulate filter (1)
Die Arbeit liefert die Grundlagen zur chemischen Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl, um eine Minderung der Einschleppungsproblematiken beim Einsatz von biogenen Kraftstoffen und Dieselpartikelfiltern zu erzielen. Das Prinzip beruht auf einer wechselwirkenden Beimischkomponenten die eine Azeotropbildung mit Biodiesel einleitet. Eine gaschromatographische Headspace-Screening-Methode diente der Messung von Aktivitätskoeffizienten in Anwesenheit von Biodiesel. Die Ergebnisse dieser Analysen lieferten erste Erkenntnisse welche funktionalen Gruppen eine notwendige starke Wechselwirkung mit Biodiesel besitzen. Die gaschromatographischen Analysen wurden zudem mit Simulationsrechnungen mittels COSMOtherm untermauert. Im Laborversuch haben sich polare Säuren wie Ameisensäure oder Essigsäure als gute Beimischkomponenten erwiesen. Aldehyde, Ketone oder Alkohole sind weniger geeignet. Säuren wirken als Hydrogen Bond Donator und besitzen hohe Aktivitätskoeffizienten mit Biodiesel. Durch die Destillation des gebildeten azeotropen Gemischs kann die Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl bei niedrigen Temperaturen von ca. 180 Grad Celsius bis 190 Grad Celsius realisiert werden. Ohne den Einsatz von Beimischkomponenten liegt die Destillationstemperatur von Biodiesel bei ca. 330 Grad Celsius.
Um das noch bestehende Reichweitenproblem von Elektrofahrzeugen zu lösen, sind Fahrzeugkonzepte wie Plug-in Hybridfahrzeuge sehr vielversprechend, sofern mit ihm überwiegend im Batteriebetrieb gefahren wird. Sie kombinieren die Vorteile des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, sodass das lokale Emissionsproblem in Ballungszentren gelöst werden kann, ohne dass der Kunde dabei auf die Reichweite verzichten muss. Wenn das Fahrzeug allerdings überwiegend für Kurzstrecken genutzt wird, sind alterungsbedingte Veränderungen des Kraftstoffes möglich, da dieser länger im Tank verbleibt als üblich.
In dieser Arbeit wird ein Konzept zur sensorischen Bestimmung der Qualität des Kraftstoffes vorgestellt. Hierzu wurde ein Prototyp entwickelt, in dem mithilfe des Real- und Imaginärteils der Permittivität alternde Kraftstoffe erkannt werden können. Dabei konnte durch das frequenzabhängige Permittivitätssignal des Sensors spezifisch zwischen nieder- und hochmolekularen Oxidationsprodukten in Kraftstoffen unterschieden werden.
Da das Verbrennungs- und Emissionsverhalten des Motors von der Kraftstoffmischung vorgegeben ist, bietet eine zusätzliche sensorische Erfassung der Kraftstoffzusammensetzung weitere Optimierungspotenziale, um Emissionen zu reduzieren: So ist das Motormanagement im Fahrzeug zumeist auf Referenzkraftstoffe mit gleichbleibender Qualität abgestimmt. Variable Kraftstoffzusammensetzungen, die durch die Erdöllagerstätte und den zusätzlichen Konversionsverfahren zur Herstellung von fortschrittlichen Kraftstoffen vorgegeben sind, werden in dieser Anpassungsstrategie bisher nicht berücksichtigt. Als weitere Aufgabe wird in dieser Arbeit daher ein multisensorischer Ansatz verfolgt, wonach zusätzlich zur Kraftstoffalterung noch die Kraftstoffzusammensetzung erkannt werden kann.
Insgesamt bietet die Sensorik das Potenzial zur kontinuierlichen Kraftstoffüberwachung in Plug-in Hybridfahrzeugen, um so einen Beitrag zum sicheren und nachhaltigen Betrieb solcher Fahrzeuge gewährleisten zu können.
The research described in this dissertation focuses on developing a process to remove oligomers and suppress their formation by intercepting the aging procedure's precursors using adsorbents when biodiesel and its blends are used as fuel. There has been the search for various energy sources due to the increasing awareness of the depletion of fossil fuel resources, environmental issues, and more urgently is the need to mitigate climate change. Biodiesel has become more attractive in recent times (Daming et al. 2012, Abdullah et al., 2007) as an alternative fuel. Biodiesel, a methyl ester of vegetable oil, is a renewable, low environmental impact, green alternative fuel for diesel engines (EU Regulation, 2012, Ghosh and Dutta, 2012). In addition to its renewable status, biodiesel, compared to fossil fuel, has advantages such as its biodegradability, reduced exhaust emissions, higher cetane number, lubricity, and safer distribution and storage due to its higher flash point (Pereira et al. 2015, Monyem and Van Gerpen, 2001). Biodiesel fuel is chemically fatty acid methyl ester (FAME) derived from different plant oils. It varies slightly in molecular structures due to the degree of unsaturation of the fatty acids in the different sources compared to conventional diesel fuel (Pereira et al. 2015, 2013, Sharma and Singh, 2009). Biodiesel fuels contain significant amounts of esters of oleic, linoleic, or linolenic acids, which influence their oxidative stability. A small percentage of more highly unsaturated fatty compounds have a disproportionately strong effect in reducing oxidation stability and promoting oligomers formation. The oxidation products of the biodiesel in the engine sump influence the degradation of the lubrication oil.
