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Biokraftstoffe – Fahrzeugtechnische Voraussetzungen und Emissionen

Alternative Kraftstoffe aus Biomasse können die Abhängigkeit vom Erdölimport mindern und gleichzeitig zur Reduzierung von klimaschädlichem CO2 beitragen. Unklar war bislang, ob ein vergrößerter Anteil biogenen Kraftstoffs beim Pkw zu Lasten der Haltbarkeit des Motor- und Abgasstrangs geht und inwieweit die Vorgaben der Abgasnormen Euro 5 und Euro 6 damit einzuhalten sind. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) ließ deshalb die fahrzeugtechnischen Voraussetzungen für eine erhöhte Beimischung von Biokraftstoffen untersuchen. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde zudem die Einhaltung der limitierten Emissionen von mit Biokraftstoffen betriebenen Pkw erforscht.

Bild zeigt eine Frau beim betanken Ihres PKW aus einer mit Stroh ummantelten Zapfsäule Biokraftstoffe können zur Reduzierung von klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid beitragen (Bild: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR))

Aufgabenstellung

Die in der Zukunft einzuhaltenden Klimaschutzziele sowie die Ressourcenverknappung fossiler Brennstoffe erfordern ein Umdenken hinsichtlich der Energienutzung und der Energieträgerwahl im Kraftfahrzeugsektor. Als möglicher Kraftstoffersatz für Benzin und Diesel kommen aus Biomasse hergestellte Kraftstoffe oder deren Beimischungen zum Einsatz. Die immer höher werdenden Anteile von biogenen Kraftstoffen und deren spezifische physikalische und chemische Eigenschaften können jedoch zu technischen Problemen in den Kraftstoff- und Abgassystemen sowie an den Brennraum begrenzenden Teilen führen. In diesem Zusammenhang stellt sich zudem die Frage, inwieweit die Euro 5- und Euro 6-Grenzwerte für die limitierten Abgaskomponenten noch eingehalten werden können. Ziel war es deshalb, aus ökonomischer wie aus technischer Sicht sinnvolle Obergrenzen für den biogenen Blend-Anteil im Kraftstoff aufzuzeigen. Darüber hinaus sollten die technischen Anforderungen an Pkw aus Altbestand sowie Neufahrzeuge für den Betrieb mit derartigen Bio-Kraftstoffen untersucht werden. Von besonderem Interesse waren hierbei Aspekte der Dauerhaltbarkeit.

Untersuchungsmethode

Eine umfangreiche Literaturrecherche diente als Basis zur Ermittlung sinnvoller und zukünftig relevanter biogener Beimischungen. Berücksichtigung fanden dabei über den Schwerpunktbereich Pkw hinaus auch Erkenntnisse aus dem Nutzfahrzeugbereich. Es wurden jeweils fünf verschiedene Beimischungen in drei Personenwagen mit Otto-Motor sowie zwei mit Diesel betriebenen Pkw auf einem Abgasrollenprüfstand getestet. Anschließend wurde je ein Diesel- und ein Benzin-Fahrzeug einer Dauerlaufuntersuchung über etwa 80.000 km unterzogen. Hierbei fand unter anderem eine Bewertung des Emissionsverhaltens, des Kraftstoffverbrauchs und der Motorleistung statt. Proben des Motoröls wurden in festen Intervallen analysiert. Nach Ende der Dauerlaufuntersuchungen wurden Motor und Kraftstoffsystem beider Fahrzeuge begutachtet.

Ergebnisse

Aus fahrzeugtechnischer Sicht begrenzt bei Biodiesel vor allem die Ölverdünnung sowie der Anstieg der Stickoxid- (NOX-) Emissionen den maximal möglichen Beimischungsanteil. Bei Bio-Alkohol stellen besonders die Materialverträglichkeit und der Kraftstoffverbrauch limitierende Faktoren für erhöhte Beimischungen dar. Obwohl die untersuchten Euro 5-Fahrzeuge nicht für den Betrieb mit erhöhten Beimengungen an Biokraftstoffen ausgelegt waren, wurden die maßgeblichen Grenzwerte für die limitierten Emissionen im Verlauf der Untersuchungen nicht überschritten. Während die Ottomotoren sogar die Euro 6-Anforderungen einhielten, zeichneten sich bei den Dieselfahrzeugen Probleme im Hinblick auf die Einhaltung des Euro-6-Grenzwertes für NOX ab. Dies könnte den Einsatz von aufwändigen Abgasnachbehandlungssystemen erforderlich machen.

Folgerungen

Prinzipiell reichen die bereits verfügbaren Abgasnachbehandlungssysteme aus, um die Euro 5- und Euro 6-Grenzwerte auch bei einer als realistisch einzustufenden Beimengung von Biokraftstoffen dauerhaft zu gewährleisten. Allerdings bedürfen Faktoren wie beispielsweise Materialverträglichkeit, Kraftstoffverbrauch und Kundenakzeptanz der weitergehenden Diskussion und Untersuchung.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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