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Kraftstoffdampfrückhaltesysteme Bio-Sprit auf dem Prüfstand

Autor / Redakteur: André Zeppenfeld* / Dr. Ilka Ottleben

Ein aktuelles Forschungsprojekt der Universität Siegen und des Fraunhofer Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik untersucht die Auswirkungen von Biokraftstoffen auf Filtersysteme – sogenannte Kraftstoffdampfrückhaltesysteme (KDRS) – in Fahrzeugen mit Ottomotor.

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Bioethanolwerk der Nordzucker AG in Klein Wanzleben, Stadt Wanzleben-Börde, Sachsen-Anhalt. Produktionskapazität 100.000 Tonnen/Jahr.
Bioethanolwerk der Nordzucker AG in Klein Wanzleben, Stadt Wanzleben-Börde, Sachsen-Anhalt. Produktionskapazität 100.000 Tonnen/Jahr.
(Bild: BDBe Bundesverband der deutschen Bioethanolwirtschaft)

Siegen – Wer einen Benziner fährt, kann sein Auto seit 2011 auch mit E10 tanken. Der Biokraftstoff enthält zwischen fünf und zehn Prozent Bioethanol, die Beimischung soll den Verbrauch fossiler Energie und die CO2-Emissionen reduzieren. Wie bei anderen Spritsorten auch, entweichen aus den Tanks von Wagen mit Ottomotoren Kraftstoffdämpfe. Und nicht nur aus den Tanks von Autos entweichen Kraftstoffdämpfe, sondern auch aus denen von LKWs und Bussen. Bei einem Bestand von rund 30 Millionen Fahrzeugen in Deutschland ergibt dies eine jährliche Umweltbelastung von 330.000 Tonnen an flüchtigen Kohlenwasserstoffen (VOCs). Um so wenig wie möglich davon in die Umwelt zu entlassen, gibt es seit Jahren sogenannte Kraftstoffdampfrückhaltesysteme (KDRS), die mit Aktivkohlefiltern arbeiten. In einem neuen Forschungsprojekt untersuchen Forscherinnen und Forscher der Universität Siegen und des Fraunhofer Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) in Oberhausen nun die Auswirkungen des Einsatzes von Biokraftstoffen auf solche Filtersysteme.

Wie funktioniert ein Kraftstoffdampfrückhaltesysteme (KDRS)?

Ein KDRS besteht im Wesentlichen aus einem mit Aktivkohle gefüllten Kunststoffbehälter (Polizeifilter), in dem die Benzindämpfe (flüchtige Kohlenwasserstoffe/VOCs) in den Poren der Aktivkohle (AK) adsorbieren. Wenn die Aktivkohle fast vollständig beladen ist und eine Abgabe der Dämpfe an die Umgebung bevorsteht, wird die Anlage umgeschaltet. Der Aktivkohlefilter wird mit feuchter Umgebungsluft regeneriert, da die Luft die Benzindämpfe von der Kohle desorbiert. Die mit VOCs angereicherte Spülluft wird somit vom Motor angesaugt und dort verbrannt. Das Wechselspiel zwischen Adsorption (Beladung) sowie Desorption (Regenerierung) des AK-Filters läuft zyklisch während der gesamten Betriebsstunden des PKW-Motors.

Per Raman-Sreuung Auswirkungen von Biokraftstoffen auf Filtersysteme untersuchen

Ein durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördertes Vorläuferprojekt (Finanzvolumen etwa 580.000 Euro) der Forschergruppen UMSICHT und der Arbeitsgruppe Technische Thermodynamik der Universität Siegen (TTS-USi) belegte, dass die Funktionsfähigkeit von AK-Filtern, die mit den Dämpfen von Normalbenzin beladen sind, durch Spülen mit feuchter Umgebungsluft nicht beeinträchtigt wird.

Offen ist, ob diese Funktionsfähigkeit auch für Filter gilt, die mit bioethanolhaltigen Kraftstoffdämpfen wie E10 beladen sind. Deshalb soll im Rahmen des aktuellen Projekts der AK-Filter für verschieden lange Betriebszeiten unter realitätsnahen Bedingungen wissenschaftlich untersucht werden. Die hierfür notwendige Kenntnis über die genaue Zusammensetzung der Gasphase (Spülluft und VOCs) liefert eine moderne optische Messmethode (RAMAN-Streuung). Diese Messmethode ist von Prof. Dr.-Ing. Thomas Seeger (Institut für Fluid- und Thermodynamik der Universität Siegen) entwickelt und für zahlreiche industrielle Anwendungen erweitert worden. Für die Anwendung wie auch Bewertung des komplexen Adsorptionsprozesses der Bioethanolkraftstoffdämpfe an der Aktivkohle werden die langjährigen Erfahrungen des ehemaligen Lehrstuhlinhabers, Prof. Dr. sc. techn. Jürgen U. Keller, von großem Nutzen sein.

Was sind die Rahmendaten des Projekts?

Das Forschungsvorhaben wird in Kooperation zwischen der Universität Siegen und dem Fraunhofer Institut UMSICHT in Oberhausen durchgeführt. Es wird von einem ständig beratenden Ausschuss begleitet, in dem etwa 15 Vertreter der Automobilindustrie, der Filterhersteller und Aktivkohleproduzenten ehrenamtlich mitarbeiten. In diesem Ausschuss werden die erzielten Ergebnisse zeitnah präsentiert und diskutiert. Nach Abschluss der Forschungsarbeiten sollen alle Ergebnisse der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Die Fördersumme für dieses Drittmittelverbundprojekt beträgt 800.000 Euro.

* A. Zeppenfeld: Universität Siegen, 57068 Siegen

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