Auswirkungen des Ausgangsmaterials und der chemischen Struktur von Biodiesel auf die Emissionen von Kriterienpollutanten aus einem Nutzfahrzeugmotor

Biodiesel ist ein sauerstoffhaltiger Dieselkraftstoff, der aus Pflanzenölen und tierischen Fetten durch Umwandlung der Triglyceridfette in Ester via Transesterifikation hergestellt wird. In dieser Studie haben wir Biodiesel untersucht, die aus einer Vielzahl von realen Rohstoffen sowie aus reinen (technischen) Fettsäuremethyl- und -ethylestern für die Emissionsleistung in einem Nutzfahrzeugmotor produziert wurden. Ziel war es, die Auswirkungen der chemischen Struktur von Biodiesel, insbesondere der Fettsäurekettenlänge und der Anzahl der Doppelbindungen, auf die Emissionen von NOx und Partikeln (PM) zu verstehen. Eine Gruppe von sieben Biodieseln, die aus realen Rohstoffen hergestellt wurden, und 14 aus reinen Fettsäuren wurden in einem Nutzfahrzeugmotor unter Verwendung des US-amerikanischen Bundesprüfverfahrens für Nutzfahrzeuge (transiente Prüfung) getestet. Es wurde festgestellt, dass die molekulare Struktur von Biodiesel einen erheblichen Einfluss auf die Emissionen haben kann. Die Eigenschaften Dichte, Cetanzahl und Iodzahl wurden als stark korreliert miteinander gefunden. Bei reinen Biodieseln waren die PM-Emissionen bei etwa 0,07 g/bhp-h für alle Biodiesel im Wesentlichen konstant, solange die Dichte unter 0,89 g/cm3 oder die Cetanzahl über etwa 45 lag. NOx-Emissionen nahmen mit zunehmender Kraftstoffdichte oder abnehmender Kraftstoffcetanzahl zu. Die Erhöhung der Anzahl der Doppelbindungen, quantifiziert als Iodzahl, korrelierte mit steigenden NOx-Emissionen. Somit kann die erhöhte NOx-Emission, die bei einigen Kraftstoffen beobachtet wurde, nicht durch den NOx/PM-Trade-off erklärt werden und ist daher nicht durch die thermische NO-Bildung bedingt. Bei vollständig gesättigten Fettsäureketten stiegen die NOx-Emissionen mit abnehmender Kettenlänge bei Tests mit Molekülen mit 18, 16 und 12 Kohlenstoffen. Darüber hinaus gab es keinen signifikanten Unterschied bei NOx- oder PM-Emissionen für die methyl- und ethylester identischer Fettsäuren.