Projekt 19686/01

Entwicklung eines Motorenöls auf Basis der High-Oleic-Sonnenblume

Projektträger

NATOIL GmbH & Co. KG
Theresienstr. 6-8
81675 München
Telefon: (01 51) 12 11 25 57

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Deutschland werden jedes Jahr weit über 350.000 Tonnen Motorenöle auf Basis fossilen Ursprungs abgesetzt. Jährlich werden davon etwa 150.000 Tonnen verbraucht und belasten die Umwelt in Form von gesammeltem Altöl, durch Emission und Auslaufen. In dem vorliegenden Vorhaben wird der Einsatz nachwachsender Rohstoffe am Beispiel der High Oleic Sonnenblume als hauptsächlicher Grundölbestandteil in einer klassischen Motorenölformulierung untersucht. Der Einsatz eines biologisch abbaubaren Motorenöles böte entscheidende Vorteile hinsichtlich Kraftstoffersparnis, reduzierter Partikelemission, ge-ringer Ökotoxizität und einer höheren Umweltverträglichkeit durch die biologische Abbaubarkeit. Im Ver-gleich zu den bisher eingesetzten synthetischen Estern, können die Verfahrens- und Energiekosten deutlich gesenkt werden. Dieser Ansatz würde es zum ersten Mal ermöglichen, einem ökologisch wertvollen Produkt den Nischencharakter zu nehmen und es aufgrund des marktgerechten Preisniveaus einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie HO-Sonnenblume scheint sich nach den bisher durchgeführten Verifikationstests hervorragend als Grundöl für die Produktion von Motorenölen zu eignen. Dies begründet sich besonders durch die in Moto-rentests erzielte Kolbensauberkeit sowie einem moderaten Viskositätsanstieges während der Testdauer. Aufbauend auf den bereits bestehenden Ergebnissen wurde eine optimierte Basisformulierung erarbeitet. Da es sich bei der zukünftigen Formulierung um ein so genanntes Mixed-Fleet handelt, also um ein Mo-torenöl, das sowohl in Diesel- als auch in Benzinmotoren eingesetzt wird, wurden im Rahmen des Projektes die technischen Machbarkeitsuntersuchungen sowohl für Diesel- als auch für Benzinmotoren unter-sucht.
Die Dieselgetriebenen Aggregate stellen höhere Anforderungen an den Schmierstoff. Es ist daher sinnvoll und Kosten sparend, zuerst das Mixed-Fleet für die Diesel-Sequenzen zu formulieren. Nach Abschluss dieser komplexen Testreihen wird die Formulierung analog in Benzinmotor getriebenen Fahrzeugen getestet. Neben der Eignung des eingesetzten Schmierstoffes als Motorenöl stehen die direkten Ein-flüsse auf das Emissionsverhalten, die Fuel Economy, die Möglichkeit verlängerter Ölwechselintervalle sowie die Anforderungen durch die Euro IV und V Norm im Vordergrund der Untersuchungen


Ergebnisse und Diskussion

Aufbauend auf den bestehenden Ergebnissen wurde in der Anfangsphase die Erarbeitung einer optimierten Basisformulierung angestrebt. In dieser Phase geht es um einschlägig bekannte Test und Labor-arbeiten zur Optimierung eines Basisfluids. Im Rahmen der technischen Machbarkeits-Untersuchungen wurden in dem Vorhaben Testreihen für Diesel- und Benzinmotoren vorgesehen. Diese Tests sollten Aufschluss über das Verhalten des Motorenöls in diversen Motorentypen in Bezug auf folgende Kriterien liefern und eventuelle Modifizierungen in der Formulierung ermöglichen: Alterung, Oxidation, Verschleiß, Schlammbildung Viskositätsveränderungen die Beschaffenheit des Gebrauchtöls. Insgesamt ist festzuhalten, dass die anfänglichen Bedenken in Bezug auf die Oxidationsstabilität nicht zum Tragen gekommen sind. In den Prüfmotoren TU5JP und Sequence IIIG konnte nachgewiesen werden, dass die natürli-chen Ester der High-Oleic-Sonnenblume die Oxidationsstabilität nicht negativ beeinflussen. Die Resultate aus den Labortests konnten somit durch die Prüfstandsergebnisse bestätigt werden. Die Resultate in dem 200h dauernden Dieselmotorentest OM 602 LA zeigten auch die Vorteile der High-Oleic-Sonnenblume in Bezug auf die Oxidationsstabilität und die Kolbensauberkeit. Der Ölverbrauch lag hier im Vergleich zu dem eingesetzten Referenzöl bei nur 50%. Die Verschleißwerte waren an der Grenze, lagen aber noch im Rahmen der technischen Anforderungen. Die Fuel Economy Eigenschaften konnten im Prüfmotor M 111 FE unter Beweis gestellt werden. Durch den Einsatz der High-Oleic-Sonnenblume konnte im Vergleich zu einem Leichtlaufmotorenöl der Klasse 10W-40 eine Absenkung der Schwefel-Bezogenen Emissionen von 30% erreicht werden. Mit nur 50% biologischer Abbaubarkeit im OECD 301B Test konnte das geplante Ziel von 60% nicht erreicht werden. Allerdings liegt das erreichte Niveau ca. doppelt so hoch wie bei konventionellen Motorenölen. Aufgrund der neuen und stärkeren Anforderungen der Prüfmotoren ist ein größerer Anteil an nachwachsenden Rohstoffen als 30% zurzeit noch nicht reali-sierbar. Da in konventionellen Motorenölen keine natürlichen nachwachsenden Rohstoffe zum Einsatz kommen, ist ein Zuwachs von absolut 30% oder analog 60% des gesetzten Zieles eine erste wichtige Basis für weitere Entwicklungen. Aufgrund der in den letzten Tests aufgetretenen Schwierigkeiten sind die Zielsetzungen nur zum Teil erreicht worden. Das erhöhte Verschleißverhalten und der größere Visko-sitätsanstieg im Diesel-Motor waren ausschlaggebend für den teilweisen Verzicht auf die weiterführende Entwicklung. Analog hierzu wurde der anfänglich anvisierte Betrag von förderfähigen Kosten nicht voll-ständig in Anspruch genommen. Die tatsächlich realisierten und geltend gemachten Kosten belaufen sich auf 289.960,44 €. Dennoch lieferten die Prüfresultate aus dem Fördevorhaben wertvolle Erkenntnisse, die im Rahmen weiterführender Entwicklungen von großem Wert sein werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorträge: 1) Natürliche Ester im 4-Takt Benzin und Diesel Motor; Schweiz - Universität St. Gallen, 8.Juli 2002; 2) Alternatives végétales; Frankreich - Boussens , jeudi 5 juin 2003; 3) Application of refined High Oleic Sunflower oil in combustion engines; 8th International Scientific & Research Conference; Ukraine - Berdyansk , September 8th to 12th, 2003; 4) Die High-Oleic-Sunflower als Neue Grundölkomponente; Eigenschaften und Anwendungsbereiche; Deutschland - Universität Hohenheim; 15.-17. März 2005; 5) Die High-Oleic-Sunflower als Neue Grundölkomponente; Tagung Neue Brennverfahren; Deutschland - Berlin; 28. September 2006, Ernst Reuter Haus - Haus der Technik


Fazit

Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz der High-Oleic-Sonnenblume als Grundölkomponente in Motorenölen grundsätzlich möglich ist. Die angestrebten Eigenschaften und Ziele konnten teilweise umgesetzt werden. Hervorzuheben sind die guten Ergebnisse in Bezug auf die Kolben-sauberkeit und die Oxidationsstabilität. Negativ aufgefallen sind die zum Teil erhöhten Verschleiß- und Viskositätswerte in modernen Dieselmotoren. In Bezug auf die Fuel Economy Eigenschaften, konnten in zwei von drei offiziell international anerkannten Prüfmotoren überdurchschnittlich gute Ergebnisse erzielt werden. Die zentrale Befürchtung, dass die High-Oleic-Sonnenblume nicht ausreichend Oxidationsstabil sei, konnte in mehreren Prüfmotoren widerlegt werden. Es hat sich aber gezeigt, dass aufgrund des erhöhten Blow-By-Effekts in Dieselmotoren die Verbrennungsrückstände einen negativen Einfluss auf die High-Oleic-Sonnenblume ausüben und so das Verschleißverhalten verschlechtern. Ausgehend von den heutigen Erfahrungswerten und im Wissen um die Problematik bei Dieselfahrzeugen wäre es sinnvoll diesen Informationsgewinn in ein neues Projekt einfließen zu lassen. Das gestiegene Preisniveau bei konventionellen Motorenölen würde jetzt auch den Einsatz von leistungsfähigeren High-Oleic-Sonnenblumen Komponenten. Die bis dato erreichten Eigenschaften des Kandidatenöls könnten so noch einmal hinsichtlich der Umweltaspekte sowie der geforderten Performance deutlich verbessert werden.