Pflanzenöl

Rapsfelder
(Quelle: Wikipedia Commons - Daniel Schwen)

Unbehandelte Pflanzenöle, umgangssprachlich abgekürzt auch als Pöl bezeichnet, können als Kraftstoff für Dieselmotoren verwendet werden. Aufgrund der gegenüber Dieselkraftstoffen höheren Viskosität und der niedrigeren Cetanzahl sind abhängig vom Motortyp mehr oder weniger umfangreiche Anpassungsmaßnahmen notwendig.

Der alternative Kraftstoff Biodiesel (PME) wird zwar auch aus Planzenöl hergestellt. Es handelt sich dabei aber um eine unterschiedliche, nicht kompatible Technologie mit eigenen spezifischen Problemen.

Eigenschaften

Pflanzenöl stellt eine der dichtesten Energieformen dar, die durch Photosynthese entstehen. Der Heizwert ist mit 37 MJ/kg deutlich niedriger als beim Benzin (43 MJ/kg) und Methan (50 MJ/kg), allerdings höher als bei der Steinkohle (30 MJ/kg) und Dieselkraftstoff nach DIN EN 590 (35,6MJ/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. (Quellenangabe 1)

Reines Pflanzenöl besteht überwiegend aus Estern langkettiger Fettsäuren (keinen Kohlenwasserstoffen) 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 Vorkammermotoren 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. (Quellenangabe 1)

Die Nutzung von Pflanzenölen als Kraftstoff ist nicht CO2-neutral im erweiterten Sinne. Zwar wird bei der Verbrennung nur die Menge CO2 freigesetzt, die die Pflanzen vorher durch Photosynthese aus der Atmosphäre entnommen haben. Es wird jedoch bei der Produktion selbst Kraftstoff verbraucht, und damit in der Regel auch Kohlendioxid freigesetzt. Außerdem erzeugt der Hauptlieferant, die Rapspflanze, während des Wachstums das Treibhausgas Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas). (Quellenangabe 1)

Verwendbare Pflanzenölsorten

Pflanzenölkraftstoff wird oft mit Rapsöl gleichgesetzt. Je nach Interessengruppe gibt es jedoch über 1000 anbauwürdige Ölpflanzen. Es existieren in den meisten Regionen der Erde heimische Pflanzen, die zur Ölgewinnung genutzt werden können. 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. (Quellenangabe 1)

Pflanzenöltaugliche Motoren / Umrüstung

Grundsätzlich kann kein T4-Motor ohne Umrüstung ganzjährig mit 100% Pöl betrieben werden. Pöl-Beimischungen bis ca. 50% sind jedoch bei allen T4-Dieselmotoren (inkl. TDI) auch ohne Umrüstungen weitestgehend problemlos möglich.

Der Umrüstaufwand bei den Wirbelkammer-Dieselmotoren 1X, ABL und AAB/AJA kann als eher gering bezeichnet werden. Bei den TDI-Motoren ist er in der Regel deutlich höher.

Ein Basis-Umrüstung (für Wirbelkammer-Diesel) besteht sinnvollerweise aus den folgenden Komponenten:

• Wärmeübertrager, zum Beispiel zur Erwärmung des Kraftstofffilters mit Hilfe des Kühlwassers,
• Kraftstoffleitung mit größerem Querschnitt,
• Angepasster bzw. zusätzlicher Kraftstofffilter.

Daneben ist es wichtig, auf einen guten Zustand der Einspritzausrüstung und der Vorglühanlage des Motors zu achten. Bei einem eventuell anstehenden Wechsel der Einspritzdüsen (ab etwa 150.000 - 200.000km Laufleistung sowieso grundsätzlich zu empfehlen) kann gleich der Öffnungsdruck der Einspritzdüsen mit erhöht werden. Es wird der Einbau von längeren Glühkerzen gegenüber der Basisausstattung empfohlen.

Bei tiefen Außentemperaturen (Winterbetrieb) sollte dem Pflanzenöl zusätzlich mindestens 10% Winterdiesel zugeführt werden. Jedoch wurde auch schon problemloser Pflanzenölbetrieb unter -20°C ohne Zumischung von Diesel durchgeführt. Voraussetzung ist ein sorgfältiger Umbau unter Vermeidung von Luftlecks in den Kraftstoffleitungen.

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: (Quellenangabe 1)

Abweichend von dieser Quelle ist eine elektrische Vorheizung des Kraftstoffs nicht nötig. Die einfache Erklärung: beim Kaltstart des Motors zählt einzig und allein die Temperatur, die der Kraftstoff am Ort der Einspritzdüse hat. Eine elektrische Vorwärmung kann garnicht genug Leistung aufbringen, um nach dem Transport des Kraftstoffs durch die Einspritzpumpe (Füllmenge!), die Einspritzleitungen, die Einspritzdüse in den kalten Zylinderkopf bis in den kalten Brennraum (oder Vorkammer) noch eine nennenswerte Temperaturerhöhung zu bewirken.

1-Tank-System

Diese Art der Umrüstung kann in der Regel nur bei den o.a. Vorkammer-Dieselmotoren genutzt werden. Für die TDI-Motoren ist das 2-Tank-System angeraten.

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 und ein System zur Vorwärmung des Kraftstofffilters. Je nach Bauart und thermischer Umgebung des Motors sind nur einige der Maßnahmen erforderlich. (Quellenangabe 1)

1-Tank-System (Quellenangabe 1)

Dieses Umbauschema zeigt einige nicht unbedingt nötige Komponenten:

• Vorförderpumpe
• weitere Kraftstofffilter neben dem Hauptfilter
• elektrische Vorwärmung

2-Tank-System

Beim Zweitanksystem wird der Motor mit Dieselkraftstoff aus einem separaten Tank gestartet und warmgefahren. Die entstehende Abwärme heizt das übrige System vor. Anschließend wird auf den Pflanzenöltank umgeschaltet. Vor dem längeren Abstellen des Motors sollte rechtzeitig umgeschaltet werden, damit das Einspritzsystem beim erneuten Starten wieder mit Diesel gefüllt ist. (Quellenangabe 1)

2-Tank-System (Quellenangabe 1)

Auch diese Darstellung zeigt einige unnötige Komponenten:

• unnötige Kraftstoffilter neben dem Hauptkraftstofffilter
• elektrische Vorwärmung

Daneben ist die Anordnung der Komponenten so nicht empfehlenswert. Die Einbindung des Hauptkraftstoffilters in die Kraftstoffleitung nach der Anordnung der Umschaltventile vergrößert das Volumen, das nach einer Umschaltung von Pflanzenöl auf Diesel vor dem Abstellen des Motors mit Diesel gespült werden muss (Kraftstoffilter, Wäremetauscher + Einspritzpumpe) unnötig. Empfehlenswert ist die Verlagerung der Kraftstoffilterung im Kreislauf vor dem Vorlauf-Magnetventil und Verwendung eines zweiten Filters für den Diesel-Vorlauf (ohne Beheizung).

Probleme

Bei der Verwendung von Pflanzenöl als Kraftstoff treten grundlegende Probleme in den 3 Bereichen Einspritzung, Motoröl und Zusatzheizung auf.

Einspritzung

Pflanzenöl ist wesentlich dickflüssiger als Dieselkraftstoff, das Einspritzsystem des Motors ist aber für dünnflüssigeren Dieselkraftstoff ausgelegt. Zudem liegt der Flammpunkt von Pflanzenöl ca. 165°C über dem von Dieselkraftstoff.

Dadurch ist zunächst die Einspritzpumpe selbst betroffen, die undicht werden kann, da der Innendruck im Innern aufgrund der niedrigen Viskosität des Pflanzenöls ev. zu stark ansteigt. Tatsächlich wird in den T4-Foren gerade bei Motoren mit hoher Laufleistung häufiger davon berichtet.

Um eine möglichst vollständige Verbrennung zu gewährleisten ist es notwendig das Pflanzenöl beim Einspritzen genau so fein zu zerstäuben wie Dieselkraftstoff. Dazu muss entweder die Viskosität das Pflanzenöls an die von Dieselkraftstoff angepasst, oder der Einspritzdruck erhöht werden. In der Praxis werden meist beide Möglichkeiten verwendet.
Die Viskosität von Pflanzenöl ist stark temperaturabhängig, d.h je weiter das Pflanzenöl erwärmt wird umso dünnflüssiger wird es. Allerdings erreicht Pflanzenöl erst bei ca. 150°C die Viskosität von Diesel. Nur mit viel Aufwand wäre es möglich diese Temperatur zu erreichen, weshalb das Pflanzenöl meist nur auf 65-85°C erwärmt wird (Kühlwasserwärmetauscher). Quellenangabe 1) Theoretisch wäre es auch möglich nur den Einspritzdruck entsprechend zu erhöhen, jedoch ist der Aufwand sehr hoch, weshalb der Einspritzdruck nur geringfügig angehoben wird. Bei älteren Einspritzsystemen kann dies leicht durch Änderung des Öffnungsdrucks der Einspritzdüsen erreicht werden. Da die Einspritzpumpe dann etwas länger braucht um den höheren Druck aufzubauen, wird der Kraftstoff später eingespritzt, der Einspritzzeitpunkt muss neu eingestellt werden. (Quellenangabe 1) Neben der Erwärmung ist auch die Beimischung von Diesel [...] eine Möglichkeit die Viskosität und den Flammpunkt des Pflanzenöls zu verändern. [...] Da Pflanzenöl dickflüssiger als Diesel ist kann ein Gemisch aus Diesel und Pflanzenöl, unabhängig vom Mischungsverhältnis, nie die Viskosität von Dieselkraftstoff erreichen. Eine Kombination aus Beimischung und Erwärmung hat sich in der Praxis bewährt. Zum Einen ist das Pflanzenöl bei gleicher Temperatur wesentlich dünnflüssiger als ohne den Zusatz von Diesel, zum Anderen sinkt der Flammpunkt des Gemischs auf einen Wert zwischen 55°C (Diesel) und 220°C(Pflanzenöl) was eine bessere Verbrennung zur Folge hat. (Quellenangabe 1)

Motoröl

Prinzipiell gelangt auch bei reinem Dieselbetrieb Kraftstoff in’s Motoröl. Das ist vollkommen normal, da gerade beim Kaltstart die Temperatur im Zylinder nicht ausreicht um den eingespitzten Kraftstoff vollständig zu verbrennen. Unverbrannte Reste gelangen an die Zylinderwand und werden so teilweise in das Motoröl eingetragen. Reiner Dieselkraftstoff beginnt bei ca. 55°C zu verdampfen. Erreicht also das Motoröl im Fahrbetrieb diese Temperatur, verdampft der Dieselkraftstoff aus dem Motoröl. Problematisch sind nur häufige Kurzstreckenfahrten. Zum Einen erfolgt der Kaltstart wesentlich häufiger, zum Anderen wird das Motoröl nicht heiß genug um den eingetragenen Diesel verdampfen zu lassen bzw. reicht die Zeit, die der Motor läuft dazu nicht aus. Die Folge ist eine Anreicherung von Diesel im Motoröl. (Quellenangabe 1)

Pflanzenöl wird in einem nicht umgerüstetem Motor/Fahrzeug nie vollständig verbrannt, so dass auch bei betriebswarmem Motor immer geringe Mengen von Pflanzenöl in das Motoröl gelangen. Da Pflanzenöl im Gegensatz zu Diesel erst ab ca. 220°C zu verdampfen beginnt und das Motoröl nie diese Temperatur erreicht, reichert sich zwangsläufig Pflanzenöl im Motoröl an. Eine Umrüstung des Fahrzeugs auf den Betrieb mit Pflanzenöl kann diesen Vorgang nur verlangsamen, nicht verhindern. Deshalb ist es auf alle Fälle empfehlenswert den Ölstand regelmäßig zu kontrollieren und die Ölwechselintervalle zu halbieren. (Quellenangabe 1)

Der Vorgang der chemischen Reaktion von Mineralöl und Pflanzenöl unter großen Temperaturen wird als Polymerisation bezeichnet. Es entsteht eine Gummiartige schwarze Masse, die im Motorblock die Ölkanäle verstopft und großen Schaden verursachen kann. Erfahrungsgemäß ist dies aber nur ein Problem bei den TDI-Motoren. Bei Wirbelkammer-Dieselmotoren tritt die Polymerisation in der Regel nur dann auf, wenn ein mechanisches Problem vorliegt (z.B. defekte Einspritzdüsen, verstellter Förderbeginn).

Zusatzheizung

Die im T4 verbauten Zusatzheizungen (Zuheizer, Standheizung) sind grundsätzlich nicht Pöl-geeignet. Sie könnten aber bei entsprechendem Aufwand umgebaut werden.
Werden sie mit Pöl betrieben, sind in der Regel Probleme vorprogrammiert (Verkokung der Brennkammer, Schädigung der Glühkerze etc.). Es empfiehlt sich daher, diese während des Pöl-Betriebes des Fahrzeuges über einen kleinen Zusatztank mit Dieselkraftstoff zu versorgen.

Pöl-Umbau

Im Artikel Planzenöl (Umbau AAB) beschreibt Florian Pressler den Pöl-Umbau seines Wirbelkammer-Dieselmotors AAB mit der 1-Tank-Methode. Original siehe Weblink.

Im Artikel Pflanzenöl (Umbau Csövi) beschreibt Csövi den Pöl-Umbau seines 97er TDI (ACV, getunt) mit der 2-Tank-Methode. Original siehe Weblink.

Weblinks

• Pöl-Wiki
• FMSO-Forum "Fahren mit Salatöl"
• FMPO-Forum "Pflanzenöl statt Diesel"
• Fatty Fuels
• Webseite von Florian Pressler
• Csövis Beitrag in der VWBuswelt

Quellenangabe

1. Artikel Kraftstoff Pflanzenöl. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 16. Mai 2007, 21:33 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Kraftstoff_Pflanzen%C3%B6l&oldid=31926021 (Abgerufen: 18. Mai 2007, 06:20 UTC)