Entstehung von Mikroemulsionen (Wasser in Öl)

Stabilisierungsmechanismen und Einfluss auf die Betriebssicherheit von Mitteldestillaten am Beispiel von Heizöl EL A in technischen Applikationen

Kurzbeschreibung

Um die Reichweite fossiler Energieträger zu erhöhen und den Ausstoß klimaschädlicher Emissionen zu verringern, werden zurzeit in Deutschland Biokomponenten wie Fettsäuremethylester (FAME), bspw. aus verestertem Rapsöl (RME=Rapsölmethylester) oder hydrierte Pflanzenöle (HVO=hydrogenated vegetable oils) Mitteldestillaten wie Dieselkraftstoffen und Heizöl EL S-arm beigemischt. Mit Blick auf die chemisch-physikalischen Eigenschaften sowie Verdampfungs- und Verbrennungseigenschaften ist eine Zumischung von FAME nach der DIN SPEC 51603–6 erfahrungsgemäß möglich. Auf dem Markt wird jedoch Heizöl EL zur Zeit nur mit max. 10 % (V/V) FAME angeboten, da die möglichen Wechselwirkungen des Heizöl EL A Bio mit heizölführenden Bauteilen, insbesondere Buntmetallen wie Kupfer oder Messing, noch nicht ausreichend bekannt sind. Biokomponenten führen in den unterschiedlichen Mitteldestillat-Anwendungen (z.B. Motoren und Heizgeräte) insbesondere hinsichtlich ihrer Stabilität nach wie vor zu erheblichen technischen Herausforderungen. Sie tragen insbesondere bei längeren Lagerzeiten zu Alterungsprozessen von Brenn- und Kraftstoffen bei, durch die sich unter anderem Wasser-in-Öl-Emulsionen bilden können. Außerdem kommen mit den Biokomponenten auch Alkali- und Erdalkali-Metalle sowie Phosphor in den Brenn- bzw. Kraftstoff, die unter bestimmten Umständen zu einer mikrobiologischen Degradation führen, bei der zusätzliches Wasser sowie Emulgatoren entstehen können. Emulsionen können unter bestimmten Umständen Korrosion und – während einer mikrobiologischen Degradation – die Biofilmbildung begünstigen, was in Einzelfällen zu Betriebsstörungen der Anwendungstechnik führen kann.

Arbeitsziele des Projekts

In diesem Projekt sollen neben den Bildungsmechanismen der Wasser in Öl-Emulsionen in Mitteldestillaten auch deren Stabilität, die Auswirkungen auf die in Heizölbrennersystemen eingesetzten Materialien sowie eine Veränderung der chemisch- physikalischen Eigenschaften der Mitteldestillate am Beispiel von Heizöl EL A untersucht werden. Durch den Eintrag von freiem Wasser in das Mitteldestillat in Form kleiner Tropfen können die Charakteristika beispielsweise des Brennstoffes Heizöl EL A in Bezug auf die Viskosität, die Dichte, die korrosive Wirkung und die Oberflächenspannung stark beeinflusst werden. Des Weiteren soll die Auswirkung von Emulsionen auf die Ausbildung freier Wasserphasen und das Überleben von Mikroorganismen in der Brennstoffmatrix geklärt werden. Dadurch können die Ergebnisse zum einen produktseitig zu Modifikationen und damit zur Anwendbarkeit höherer Biozumischquoten in technischen Applikationen oder zu einer Integration einer Online-Sensorik führen und zum anderen durch die Entwicklung von Prüfmethoden auf dem verfahrenstechnischen und dienstleistungsorientierten Sektor eingesetzt werden.

Zudem können die Ergebnisse das Verständnis über das Verhalten von Mitteldestillaten insbesondere bei der Zumischung biogener Komponenten während der Lagerung und Alterung in realen Tankanlagen erweitern und darüber hinaus den „worst case“ in degradierten Produkten und deren Folgen in technischen Applikationen aufzeigen. Dadurch können Lösungswege entwickelt werden, die gezielt auf die Destabilisierung der Mikroemulsionen wirken bzw. deren Entstehung verhindern.

Durchführende Forschungsstellen

OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath

iAMB Institut für Angewandte Mikrobiologie, RWTH Aachen University

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 18163 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. – DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Projektlaufzeit

Dezember 2014 bis Juni 2017

Ansprechpartner

Simon Eiden, B.Sc.
Tel.: 02407/ 9518-137
E-Mail: S.Eiden@owi-aachen.de