Projekt 17205/01

Kühlschmierstoffe aus Altfetten und technischen tierischen Fetten

Projektträger

Technische Universität BraunschweigInstitut für Werkzeugmaschinenund Fertigungstechnik
38023 Braunschweig
Telefon: 0531/3917601

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Insbesondere bei der spanenden Bearbeitung werden in großem Umfang Kühlschmierstoffe eingesetzt. Aus Gründen der verbesserten Umweltverträglichkeit sollten diese mineralölbasierten Stoffe durch nativ-basierte Produkte ausgetauscht werden. Bei der Entwicklung derartiger Produkte hat sich gezeigt, dass die konventionellen Kühlschmierstoffe auf nativer Basis (z. B. rapsölbasiert) sich nicht ohne weiteres für den Einsatz in der Werkzeugmaschine eignen, da sie zum großen Teil aus nicht alterungsstabilen unge-sättigten Fettsäuren bestehen. Technologisch anwendbare und alterungsstabile Produkte aus vorwie-gend gesättigten Fettsäuren (z. B. Palmitinsäureester) kommen jedoch aufgrund zu hoher Kosten trotz verbesserter Umweltverträglichkeit nicht zum Einsatz.
Im Gegensatz dazu sind tierische Fette aus z. B. Tierkörperverwertungsanlagen vergleichsweise preiswert und beinhalten einen weitaus höheren Anteil an gesättigten Fettsäuren als pflanzliche Öle. Mit die-sen Stoffen können somit zum einen preiswerte, alterungsstabile Kühlschmierstoffe hergestellt werden und zum anderen würden diese tierischen Abfallprodukte aus dem menschlichen Nahrungsmittelkreislauf herausgenommen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen der Untersuchungen wurde überprüft, inwieweit tierische Fette aus Tierkörperbeseitigungsanlagen für den Einsatz als
Kühl- und Schmierstoffe verwendet werden können. Nach der entsprechenden Umesterung der Fettsäuren am Lehrstuhl für Energie- und Umwelttechnik erfolgte der Einsatz dieser Stoffe im Labormaßstab am Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik. Die Qualität sowohl der Rohstoffe als auch der Fertigprodukte wurden dabei begleitend von einem Analyseinstitut durch entsprechende chemisch-analytische Untersuchungen überwacht.
Neben der Überprüfung der technologischen Anwendbarkeit der neu entwickelten Produkte, wurde zum Abschluss der Untersuchungen ein Einsatz in der Serienfertigung der Automobilindustrie durchgeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Während des ersten Forschungsjahres wurde durch ein beauftragtes Analyseinstitut (Institut für Öko-chemie und Abfallanalytik, TU Braunschweig) die Rohfette aus einer Tierkörperbeseitigungsanlage (TBA) auf mögliche Schadstoffe wie PCDD, PCDF, PCB, PAK sowie Schwermetalle untersucht. Hierbei wurden jedoch keine besorgniserregenden Werte für die einzelnen Stoffe ermittelt.
Am Lehrstuhl für Energie- und Umwelttechnik der Lebensmittelindustrie (LEU) erfolgten umfangreiche Versuche zur Umesterung der Rohfette aus den TBA. Bei der Untersuchung dieser Rohfette hatte sich gezeigt, dass insbesondere die Gesamtverschmutzung, die Peroxidzahlen sowie der Gehalt an freien Fettsäuren nicht mehr den Qualitätsanforderungen an Futterfette entsprechen. Die Überschreitungen der Norm können einen Hinweis darauf geben, dass in der Tierkörperbeseitigung nicht mehr so sehr auf Qualität geachtet wird, da die Produkte Tiermehl und Tierfett zur Zeit ohnehin in den meisten Fällen in der Müllverbrennung verwertet werden. Diese Qualitätseinbußen hatten zur Folge, dass ein geregelter Umesterungsprozess erst nach umfangreichen Optimierungsversuchen möglich wurde.
Die Eignung von tierfettbasierten Kühlschmierstoffen beim Schleifprozess wurde am Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) überprüft. Hierbei hat sich bereits nach ersten Versuchen gezeigt, dass sich Ester mit höherwertigen Alkoholen und einem erhöhten Anteil an gesättigten Fettsäu-ren besser eignen als konventionelle Produkte mit einfachen Alkoholen (z. B. Methanol).
Eine Screening-LCA hat darüber hinaus ergeben, dass es sich bei KSS auf Basis von Tierfettestern um eine ökologisch sehr sinnvolle Alternative zu konventionellen Mineralölprodukten und pflanzlichen Estern handelt. Dieses Ergebnis erwies sich trotz der noch unsicheren Datenlage und selbst bei einer Erweiterung der Systemgrenzen (inkl. TBA) als belastbar.
Nach den erfolgreichen und vielversprechenden Versuchen im Labormaßstab wurden Praxisversuche bei der Volkswagen AG durchgeführt. Hierbei hatte sich jedoch gezeigt, dass die in den Produkten enthaltenen freien Fettsäuren aufgrund der schlechten Qualität zu massiven Filterzusetzungen führten. Dies führte zu einem Abbruch der Versuchen, so dass der Praxiseinsatz gescheitert ist. Die Herstellung eines praxistauglichen Kühlschmierstoffs aus technischen tierischen Fetten ist somit unter den gegebenen Umständen (Rohstoffqualität, Herstellungsverfahren) nicht möglich. Abhilfe ist hier nur möglich, wenn zum einen die Qualität der Rohware deutlich verbessert wird und zum anderen optimierte Herstellungsverfahren zur Vermeidung von freien Fettsäuren entwickelt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Aufgrund des ersten BSE-Falles in Deutschland im November 2000 besteht für die Arbeiten des Forschungsprojekts seitens der Öffentlichkeit sehr großes Interesse. Neben einer Vielzahl von Berichten in der Tagespresse wurde das Verbundprojekt auch in diversen Radiointerviews und Fernsehberichten vorgestellt. Großes Interesse zeigte auch die Vorstellung des Projektes auf internationalen Fachkongressen. Hierbei stuften insbesondere die tierfettproduzierenden und -verarbeitenden Betriebe das Projekt als positiv ein, da ihrer Meinung nach endlich einmal aufgezeigt wurde, dass der Rohstoff Tierfett nicht nur ein Stoff ist, der verbrannt werden sollte, sondern einer sinnvollen technischen Verwertung zugeführt werden muss.
Im Jahr 2002 wurde das Projekt auf dem DBU-Stand auf der Hannover Messe vorgestellt, im Juni erfolgte eine Vorstellung anlässlich der Woche der Umwelt in Berlin beim Bundespräsidenten im Schloss Bellevue. Es folgten eine Vielzahl von Veröffentlichungen in der Fachliteratur sowie auf nationalen und inter-nationalen (DK, NL, GB) Kongressen


Fazit

Die Verwendung von tierischen Fetten zur Herstellung von Kühlschmierstoffen ist prinzipiell möglich. Entsprechende technologische Untersuchungen im Labormaßstab brachten positive Ergebnisse. Aufgrund der momentanen schlechten Qualität der Rohware und des daraus resultierenden hohen Gehalts an freien Fettsäuren ist jedoch ein Praxiseinsatz wegen der schlechten Filtrierbarkeit nicht zu empfehlen