Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner / 2001-09-24 Biodiesel und Sportschifffahrt in der Euregio Bodensee
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Symbiose von FH Konstanz und Symbiose von FH Konstanz und
Sportschifffahrt am Bodensee: Sportschifffahrt am Bodensee:
Zwei Jahre Biodiesel-Projekt und Zwei Jahre Biodiesel-Projekt und
der bisherige Stand der der bisherige Stand der
wissenschaftlichen Auswertungenwissenschaftlichen Auswertungen
Prof. Dr.-Ing. Klaus SchreinerHans Plaettner-Hochwarth
FH Konstanz • Institut für Verbrennungsmotoren (InVo)Brauneggerstraße 55 • 78462 Konstanz
Fon: 07531-206-307 • Fax: 07531-206-305E-Mail: [email protected] • Web: www.klaus-schreiner.de
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Grund-Grund-sätzliches sätzliches
(Teil 1)(Teil 1)
Pflanzenöle und Pflanzenölester sollten aus Gründen des Umweltschutzes (CO2-Bilanz, Rußemissionen, Ungiftigkeit) gegenüber fossilem Dieselkraftstoff bevorzugt verwendet werden.
Der vorliegende Vortrag beschäftigt sich nur mit der Verwendung von Rapsmethylester (RME, Biodiesel). Pflanzenöle werden nicht behandelt.
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Die Umrüstung von Dieselmotoren auf den Betrieb mit Biodiesel ist ökologisch sinnvoll und entspricht dem Stand der Technik.
Biodiesel ist nicht in beliebiger Menge verfügbar. Deswegen sollte er dort eingesetzt werden, wo seine spezifischen Vorteile optimal genutzt werden können.
Wesentliche Vorteile von Biodiesel sind die biologische Abbaubarkeit und die relativ geringen Umrüstkosten.
Somit ist Biodiesel der ideale Kraftstoff für Binnengewässer und für Sportboote, die relativ wenige Betriebsstunden im Jahr betrieben werden.
Grund-Grund-sätzliches sätzliches
(Teil 2)(Teil 2)
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Im Gegensatz zu Kraftfahrzeugmotoren werden die Dieselmotoren in Sportbooten (insbesondere in Segelbooten) nur relativ wenige Stunden pro Jahr und bei relativ geringer Last betrieben.
Deswegen treten spezifische Probleme dieses Betriebes auf, die im Rahmen des Biodiesel-projekts wissenschaftlich untersucht werden sollen:
• Lastprofil• Motorölverdünnung wegen hohem
Teillastanteil• Lagerung von Biodiesel im Boot
Die im Folgenden gezeigten Ergebnisse beziehen sich auf die Saison 2000. Die bisherigen Beobachtungen in der laufenden Saison decken sich weitgehend mit diesen Ergebnissen.
ProblemeProbleme
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Das ProjektDas Projekt Biodiesel und Sportschifffahrt in der Euregio Bodensee
Ein Projekt des BSVb, der Arge Fun, des IBMV und der FH Konstanz
Dauer Drei Jahre (2000 ... 2002)
Sponsor Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen (UFOP)
Projekt-Team Hans Plaettner-Hochwarth
Dr. Hans-Luzius Studer
Dieter Haertl
Hans-Dieter Möhlhenrich
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Breiter Einsatz von Biodiesel im Bereich Wassersport unter Berücksichtigung aller erdenklichen Faktoren
Pilotprojekt für alle Binnengewässer
Aufklärung der Bootsbesitzer und der Bevölkerung
Kontakte zu den Motorenherstellern, um deren Unterstützung zu erlangen
Wissenschaftlich fundierte Untersuchungen an den Motoren
Erkennung von Schwachstellen bei der Anwendung von Biodiesel
Beachtung der besonderen Betriebsbedingungen in Segelyachten
ProjektzieleProjektziele
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Regelmäßige Motorenölanalysen
Versuche mit speziellen Korrosionsschutz-Motorenölen
Langzeit-Lager-Versuche von RME
Auswertung von Fahrtenbüchern und Teilnehmer-Befragungen
Erweiterung der Versuchsflotte
Umrüstung der Motoren unterstützen (z.B. bei der Beschaffung von RME-beständigen Schläuchen)
Optimierung der Treibstoff-Versorgung am Bodensee
Erstellung einer „Gebrauchsanweisung“ für Anwender und Werkstätten
ProjektzieleProjektziele
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Motoren-Motoren-herstellerhersteller
(Teil 1)(Teil 1)
Beta Marine Freigabe (Kubota-Grundmotor mit genereller Freigabe)
Farymann Diesel Freigabe (von Anfang an mit dabei)
IVECO aifo Keine Probleme (wenn es bei der Bestellung angegeben wird)
Lombardini Marine
Unterstützung zugesagt (arbeitet mit Fa. Krahwinkel zusammen, übernimmt keine Garantie)
MerCruiser Freigabe für Kammermotoren, für DI-Motoren liegen keine Erfahrungen vor (Patenschaften für Motoren unseres Projekts zugesagt)
nanni diesel Freigabe (Kubota-Grundmotor mit genereller Freigabe)
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Motoren-Motoren-herstellerhersteller
(Teil 2)(Teil 2)
Steyr Motorentechnik
Freigabe (Es liegt Prüfung nach § 1.4 Abs. 2 der Anlage C zur BSO für RME vor!)
Volkswagen AG marine
Generelle Freigabe für alle SDI- und TDI-Motoren
Volvo Penta Mündliche Zustimmung zu unserem Projekt, Übernahme von Patenschaften zugesagt (eventuelle Freigabe in den nächsten Monaten)
Yanmar Keine Freigabe, aber Zusage von Patenschaften durch den Importeur MARX GmbH&Co, Hamburg
Achtung: Freigaben gelten nur für Motoren ab einem bestimmten Baujahr! In Einzelfällen muss mit dem Motorenhersteller verhandelt werden. Dies wurde bereits in einigen Fällen mit Erfolg praktiziert.
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RME-RME-TankstellenTankstellen
Kressbronn Erste RME-Seetankstelle im Wassersportzentrum (Beim Hafen-meister, Herrn Grassel, nachfragen)
Kressbronn Kanister-Depot beim Hafenmeister des MYCO
Wallhausen Kanister-Depot bei der Seetankstellen Rechner
Konstanz Kanister-Depot bei Yachtausrüstung und Yachtcharter Dieter Engert, neben der Clubanlage des DSMC
Konstanz RME-Tankstellen bei Fa. Ley (Nähe Flughafen)
Friedrichshafen Tankstelle Schindele, fünf Minuten vom Hafen des WYC entfernt
Fischbach RME-Tankstelle bei Fa. Welsch (Esso)
Fussach Kanister-Depot bei der Seetankstelle Schwenninger
Achtung: Unbedingt auf Qualität DIN E 51606 achten!
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Am Biodiesel-Projekt sind zur Zeit 21 Segelboote und 3 Motorboote beteiligt.
Bei den Motoren handelt es sich um Dieselmotoren mit folgenden Spezifikationen:
Details zu Details zu den den
beteiligten beteiligten BootenBooten
Segelboote Motorboote
Leistung 4 kW ... 20 kW 70 kW ... 110 kW
Zylinderzahl 1, 2 und 3 4 und 6
Motoren-hersteller
Volvo (11)Yanmar (6)
BMW-Hatz (2)Farymann (1)
Bukh (1)
Volvo (1)Mercedes (1)
TBM Andoria (1)
Brenn-verfahren
Direkteinspritzer und Vorkammer
Direkteinspritzer und Vorkammer
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Die Betriebszeiten der Boote wurden mit Fahrtenbüchern dokumentiert. Die Ergebnisse des Jahres 2000 sind:
Insgesamt wurden die Motoren 555 Stunden betrieben. Die durchschnittliche Motorlaufzeit pro Einsatztag betrug 1:15 Stunden.
Lastprofil Lastprofil in der in der Saison Saison 20002000
10%
78%
12%
Leerlauf
Teillast
Volllast
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Lastprofile Lastprofile der der
einzelnen einzelnen Boote in Boote in
der Saison der Saison 20002000
0%
25%
50%
75%
100%
1 2 3 4 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
Leerlauf Teillast Volllast
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Kaltstartprobleme bei drei von 16 Teilnehmern (Motor nimmt schlecht Gas an oder geht wieder aus): Sail-Drive-Antrieb mit erhöhtem Reibmoment bei kaltem Öl
Weißrauch bei zwei Booten beim Kaltstart
Ein Boot hat eine RME-typische bläuliche Abgasfarbe
Wasser im Kraftstofftank bei einigen Teilnehmern nach der Winterpause
Ergebnisse Ergebnisse der der
Befragung Befragung der Projekt-der Projekt-teilnehmer teilnehmer
(Teil 1)(Teil 1)
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Der Kraftstoffverbrauch und die Leistung sind nahezu unverändert.
Die Laufruhe ist bei einigen Booten besser.
Der störende Dieselgeruch entfällt.
Die Schwärzung des Abgases und die Verschmutzung des Bootsrumpfes sind bei einigen Booten deutlich besser geworden.
Die Teilnehmer sind mit dem Projekt und der Projektbetreuung im Allgemeinen sehr zufrieden.
Ergebnisse Ergebnisse der der
Befragung Befragung der Projekt-der Projekt-teilnehmer teilnehmer
(Teil 2)(Teil 2)
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Beim Betrieb mit Biodiesel besteht eine erhöhte Gefahr der Schmierölverdünnung durch Kraftstoff. Darüber hinaus sollen eventuelle Motorprobleme durch Verschmutzung, Verschleiß oder Wasser frühzeitig erkannt werden. Deswegen werden bei allen Motoren regelmäßig (mindestens am Ende jeder Saison) Ölproben gezogen und diese analysiert.
Im Labor bei der Fa. Wearcheck werden insgesamt 29 Ölkenngrößen ermittelt. In den folgenden Diagrammen werden nur die fünf Größen dargestellt, die bei einigen Booten auffällig waren.
Die Kenngrößen werden zur besseren Übersicht normiert dargestellt. Die Normierungsgrößen sind in der folgenden Tabelle angegeben:
Motoröl-Motoröl-analysenanalysen
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Die Normierungswerte sind etwa die Grenzen des Unbedenklichkeitsbereiches. Werte größer als 100% sind deswegen noch nicht kritisch, sondern zunächst nur auffällig und damit interessant.
Kenngröße Normierungswert
Eisen 150 mg/kg
Chrom 25 mg/kg
Aluminium 30 mg/kg
Staub 30 mg/kg
Kraftstoff 5 %
Details zu Details zu den den
Motoröl-Motoröl-analysenanalysen
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
Gleicher Motor (BMW/Hatz)Fahren schon mehrere Jahre mit RME
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
1996: Motorschaden
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Normierte Normierte Ölanalyse Ölanalyse von Boot von Boot
12 aus fünf 12 aus fünf Saisons im Saisons im
RME-RME-BetriebBetrieb
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Eisen Chrom Alu Staub Kraftstoff
Ölprobe 1996 nach 40 Stunden
Ölprobe 1997 nach 62 Stunden
Ölprobe 1998 nach 41 Stunden
Ölprobe 1999 nach 34 Stunden
Ölprobe 2000 nach 37 Stunden
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
Staub?
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
Alu?
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
Kraftstoff
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
Kraftstoff
0%
25%
50%
75%
100%
1 2 3 4 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
Leerlauf Teillast Volllast
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Normierte Normierte Öl-Öl-
analysen-analysen-werte werte in %in %
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Boot-Nummer
EisenChromAluStaubKraftstoff
Boot gesunken
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Normierte Normierte Ölanalyse Ölanalyse von Boot 6 von Boot 6
nach nach Diesel- und Diesel- und
RME-RME-BetriebBetrieb
in %in %
0
50
100
150
200
250
Eisen Chrom Alu Staub Kraftstoff
Diesel-Betrieb nach 100 Stunden
RME-Betrieb nach 30 Stunden
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Gegenüber den bei PKW-Motoren bekannten Umrüstmaßnahmen (biodieselbeständige Kraftstoffschläuche und Dichtungen) müssen bei Bootsmotoren weitere Besonderheiten beachtet werden:
Biodieselbeständige Tankdeckeldichtung, damit kein Wasser in den Tank gelangen kann.
Biodieselbeständiger Tank und Reservetank, mit dem der Kraftstoff an Bord gebracht wird.
Biodiesel ist nur begrenzt haltbar. Deswegen müssen Boote, die den Tankinhalt nicht jedes Jahr aufbrauchen, den Restbestand gegebenenfalls anderweitig entsorgen.
Details zum Details zum Einsatz von Einsatz von Biodiesel in Biodiesel in
Sport-Sport-bootenbooten
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Die Fachhochschule Konstanz ist die einzige Hochschule, die direkt am Bodensee liegt. Deswegen sind alle Aktivitäten, die den Bodensee betreffen, von besonderem Interesse für die FH Konstanz.
Das Institut für Verbrennungsmotoren (InVo) sieht seine Aufgabe darin, sich für den umweltgerechten Einsatz von Verbrennungs-motoren auf dem Bodensee einzusetzen.
Das Biodieselprojekt ist ein ideales Projekt, um Studierenden aktuelle und ökologisch interessante Fragestellungen auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren als Themen für Studien- und Diplomarbeiten zu geben.
Bedeutung Bedeutung des des
Projektes Projektes für die FH für die FH KonstanzKonstanz
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Zusammen-Zusammen-fassungfassung
Die Teilnehmer am Biodiesel-Projekt sind fast ausnahmslos mit ihrer Entscheidung zur Teilnahme sehr zufrieden.
Im Rahmen des Projekts werden eventuelle Schwachstellen des Einsatzes von Biodiesel in Sportbooten (Haltbarkeit von Biodiesel, hygroskopische Eigenschaften) aufgezeigt und Lösungen für deren Beseitigung erarbeitet.
Die bisherigen Erfahrungen mit Biodiesel in Sportbooten sind dermaßen positiv, dass sein Einsatz für die meisten Motoren wahrscheinlich empfohlen werden kann.
Für die Fachhochschule Konstanz ist die Beteiligung am Biodieselprojekt eine attraktive Möglichkeit, ihre ökologische und technolo-gische Kompetenz in der Region zu demonstrieren.
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Am Institut für Verbrennungsmotoren wurden bislang folgende Studienarbeiten durchgeführt:
Gloxin, Alexander; Henßler, Felix:
Biodiesel und Sportschifffahrt in der Euregio BodenseeStudienarbeit FH Konstanz 2000
Joachim, Jürgen:
Auswertung der Betriebserfahrungen in der Saison 2000Studienarbeit FH Konstanz 2001
Die Arbeiten können als pdf-Dateien im Internet downgeloadet werden unter der Adresse:
www.klaus-schreiner.de/biodiesel.htm
Literatur-Literatur-verzeichnisverzeichnis