Laut einer EU-Richt­li­nie wird her­kömm­li­chem PKW-Die­sel sie­ben Pro­zent Bio­die­sel bei­gemischt. Bis 2020 soll die­ser Anteil auf zehn Pro­zent stei­gen. Aus tech­ni­scher Sicht ist dies jedoch schwie­rig: Bio­die­sel sie­det bei höhe­ren Tem­pe­ra­tu­ren, was zu Pro­ble­men bei elek­tro­ni­schen Ein­spritz­an­lan­gen und Ruß­par­ti­kel­fil­tern füh­ren kann. For­scher aus Kai­sers­lau­tern, Bochum und Ros­tock haben ein Ver­fah­ren ent­wi­ckelt, mit dem sie aus kon­ven­tio­nel­lem Bio­die­sel bei nied­ri­ge­ren Tem­pe­ra­tu­ren einen Petro­die­sel-ähn­li­chen Kraft­stoff her­stel­len. Die­ser kann unver­dünnt in moder­nen Die­sel­mo­to­ren zum Ein­satz kom­men. Die For­scher stel­len ihre Arbeit in der renom­mier­ten Fach­zeit­schrift Sci­ence Advan­ces vor.

Bio­die­sel wird in Euro­pa zum Groß­teil aus Raps­öl gewon­nen. Che­misch gese­hen besteht er aus lang­ket­ti­gen Koh­len­was­ser­stoff-Ver­bin­dun­gen, soge­nann­ten Fett­säu­re­me­thyl­es­tern. Er besitzt ande­re Eigen­schaf­ten als Die­sel, der aus Mine­ral­öl gewon­nen wird. Der Sie­de­punkt ist zum Bei­spiel deut­lich höher. Dadurch ver­dampft Bio­die­sel nur unvoll­stän­dig und lagert sich auf Motor­tei­len ab. Dies macht ihn als allei­ni­gen Kraft­stoff unge­eig­net. Ein­spritz­pum­pen, Dich­tun­gen und Schläu­che müss­ten anders kon­stru­iert sein. „Autos, die mit rei­nem Bio­die­sel betankt wer­den, benö­ti­gen eigens dafür kon­zi­pier­te Moto­ren“, sagt Pro­fes­sor Dr. Lukas Goo­ßen.

Gemein­sam mit den Che­mi­kern Kai Pfis­ter und Sabri­na Baa­der vom Son­der­for­schungs­be­reich „3MET“ der TU Kai­sers­lau­tern hat Goo­ßen eine Tech­nik ent­wi­ckelt, in der sie Bio­die­sel neu­ar­tig auf­be­rei­ten. „Wir über­füh­ren ein Gemisch aus Pflan­zen­fet­tes­tern und Bio­ethy­len, eine wei­te­re che­mi­sche Ver­bin­dung, fast ohne Ener­gie­zu­fuhr in einen Kraft­stoff“, sagt der Pro­fes­sor. „Die­ser kann unver­dünnt in moder­nen Die­sel­mo­to­ren ver­brannt wer­den.“

Das Beson­de­re an der neu­en Tech­nik ist, dass die For­scher die che­mi­schen Eigen­schaf­ten des Gemi­sches gezielt ver­än­dern kön­nen. „Wir kom­bi­nie­ren hier­bei zwei kata­ly­ti­sche Ver­fah­ren, mit denen wir die lang­ket­ti­gen Fett­säu­re­es­ter des Bio­die­sels in eine Mischung aus Ver­bin­dun­gen mit kür­ze­ren Ket­ten umwan­deln“, erläu­tert er den Pro­zess. Dadurch ändern sich etwa die Zünd- und Ver­bren­nungs­ei­gen­schaf­ten des Bio­die­sels. So setzt der Ver­bren­nungs­pro­zess bei gerin­ge­ren Tem­pe­ra­tu­ren ein. „Wir kön­nen unse­ren Bio­die­sel so an die gel­ten­den Nor­men für Petro­die­sel anpas­sen“, fährt Goo­ßen fort. Dar­über hin­aus ist der Pro­zess recht umwelt­scho­nend: Es wer­den weder Lösungs­mit­tel benö­tigt, noch ent­ste­hen Abfall­pro­duk­te.

Die bei­den Ver­fah­ren wur­den in mathe­ma­ti­schen Simu­la­tio­nen von Mathi­as Baa­der von der TU Kai­sers­lau­tern auf­ein­an­der abge­stimmt. Sil­via Berndt von der Uni­ver­si­tät Ros­tock hat zudem den Nach­weis erbracht, dass das Gemisch die strik­te Norm (EN 590) für moder­ne Die­sel­mo­to­ren erfüllt. In ers­ten Ver­su­chen hat Kai Pfis­ter bereits gezeigt, dass die­ser neue Die­sel­kraft­stoff ein Modell­au­to tat­säch­lich bewe­gen kann.

Die Arbei­ten fan­den im Rah­men des Son­der­for­schungs­be­reichs „3MET“ (SFB/TRR 88 „Koope­ra­ti­ve Effek­te in homo- und hete­ro­me­tal­li­schen Kom­ple­xen“) an der TU Kai­sers­lau­tern und des Excel­lenz­clus­ters „RESOLV“ („Ruhr Explo­res Sol­va­ti­on“) an der Ruhr-Uni­ver­si­tät Bochum statt. Geför­dert wur­den sie zudem von der Deut­schen Bun­des­stif­tung Umwelt und der Carl Zeiss-Stif­tung.

Goo­ßen ist Evo­nik-Stif­tungs­pro­fes­sor für Orga­ni­sche Che­mie an der Ruhr-Uni­ver­si­tät Bochum. Bis letz­tes Jahr forsch­te er an der TU Kai­sers­lau­tern, wo die neue Tech­no­lo­gie ent­wi­ckelt wur­de. Sei­ne Dok­to­ran­den Kai Pfis­ter und Sabri­na Baa­der haben ihre Pro­mo­ti­on in der Zwi­schen­zeit been­det und arbei­ten nun in der Indus­trie.

Die Stu­die wur­de in der renom­mier­ten Fach­zeit­schrift Sci­ence Advan­ces ver­öf­fent­licht: „Bio­fu­el by iso­me­ri­zing meta­the­sis of rape­seed oil esters with (bio)ethylene for use in con­tem­pora­ry die­sel engi­nes“.