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Symbiose von FH Konstanz und Symbiose von FH Konstanz und

Sportschifffahrt am Bodensee: Sportschifffahrt am Bodensee:

Zwei Jahre Biodiesel-Projekt und Zwei Jahre Biodiesel-Projekt und

der bisherige Stand der der bisherige Stand der

wissenschaftlichen Auswertungenwissenschaftlichen Auswertungen

Prof. Dr.-Ing. Klaus SchreinerHans Plaettner-Hochwarth

FH Konstanz • Institut für Verbrennungsmotoren (InVo)Brauneggerstraße 55 • 78462 Konstanz

Fon: 07531-206-307 • Fax: 07531-206-305E-Mail: schreiner@fh-konstanz.de • Web: www.klaus-schreiner.de

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Grund-Grund-sätzliches sätzliches

(Teil 1)(Teil 1)

Pflanzenöle und Pflanzenölester sollten aus Gründen des Umweltschutzes (CO2-Bilanz, Rußemissionen, Ungiftigkeit) gegenüber fossilem Dieselkraftstoff bevorzugt verwendet werden.

Der vorliegende Vortrag beschäftigt sich nur mit der Verwendung von Rapsmethylester (RME, Biodiesel). Pflanzenöle werden nicht behandelt.

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Die Umrüstung von Dieselmotoren auf den Betrieb mit Biodiesel ist ökologisch sinnvoll und entspricht dem Stand der Technik.

Biodiesel ist nicht in beliebiger Menge verfügbar. Deswegen sollte er dort eingesetzt werden, wo seine spezifischen Vorteile optimal genutzt werden können.

Wesentliche Vorteile von Biodiesel sind die biologische Abbaubarkeit und die relativ geringen Umrüstkosten.

Somit ist Biodiesel der ideale Kraftstoff für Binnengewässer und für Sportboote, die relativ wenige Betriebsstunden im Jahr betrieben werden.

Grund-Grund-sätzliches sätzliches

(Teil 2)(Teil 2)

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Im Gegensatz zu Kraftfahrzeugmotoren werden die Dieselmotoren in Sportbooten (insbesondere in Segelbooten) nur relativ wenige Stunden pro Jahr und bei relativ geringer Last betrieben.

Deswegen treten spezifische Probleme dieses Betriebes auf, die im Rahmen des Biodiesel-projekts wissenschaftlich untersucht werden sollen:

• Lastprofil• Motorölverdünnung wegen hohem

Teillastanteil• Lagerung von Biodiesel im Boot

Die im Folgenden gezeigten Ergebnisse beziehen sich auf die Saison 2000. Die bisherigen Beobachtungen in der laufenden Saison decken sich weitgehend mit diesen Ergebnissen.

ProblemeProbleme

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Das ProjektDas Projekt Biodiesel und Sportschifffahrt in der Euregio Bodensee

Ein Projekt des BSVb, der Arge Fun, des IBMV und der FH Konstanz

Dauer Drei Jahre (2000 ... 2002)

Sponsor Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen (UFOP)

Projekt-Team Hans Plaettner-Hochwarth

Dr. Hans-Luzius Studer

Dieter Haertl

Hans-Dieter Möhlhenrich

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Breiter Einsatz von Biodiesel im Bereich Wassersport unter Berücksichtigung aller erdenklichen Faktoren

Pilotprojekt für alle Binnengewässer

Aufklärung der Bootsbesitzer und der Bevölkerung

Kontakte zu den Motorenherstellern, um deren Unterstützung zu erlangen

Wissenschaftlich fundierte Untersuchungen an den Motoren

Erkennung von Schwachstellen bei der Anwendung von Biodiesel

Beachtung der besonderen Betriebsbedingungen in Segelyachten

ProjektzieleProjektziele

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Regelmäßige Motorenölanalysen

Versuche mit speziellen Korrosionsschutz-Motorenölen

Langzeit-Lager-Versuche von RME

Auswertung von Fahrtenbüchern und Teilnehmer-Befragungen

Erweiterung der Versuchsflotte

Umrüstung der Motoren unterstützen (z.B. bei der Beschaffung von RME-beständigen Schläuchen)

Optimierung der Treibstoff-Versorgung am Bodensee

Erstellung einer „Gebrauchsanweisung“ für Anwender und Werkstätten

ProjektzieleProjektziele

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Motoren-Motoren-herstellerhersteller

(Teil 1)(Teil 1)

Beta Marine Freigabe (Kubota-Grundmotor mit genereller Freigabe)

Farymann Diesel Freigabe (von Anfang an mit dabei)

IVECO aifo Keine Probleme (wenn es bei der Bestellung angegeben wird)

Lombardini Marine

Unterstützung zugesagt (arbeitet mit Fa. Krahwinkel zusammen, übernimmt keine Garantie)

MerCruiser Freigabe für Kammermotoren, für DI-Motoren liegen keine Erfahrungen vor (Patenschaften für Motoren unseres Projekts zugesagt)

nanni diesel Freigabe (Kubota-Grundmotor mit genereller Freigabe)

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Motoren-Motoren-herstellerhersteller

(Teil 2)(Teil 2)

Steyr Motorentechnik

Freigabe (Es liegt Prüfung nach § 1.4 Abs. 2 der Anlage C zur BSO für RME vor!)

Volkswagen AG marine

Generelle Freigabe für alle SDI- und TDI-Motoren

Volvo Penta Mündliche Zustimmung zu unserem Projekt, Übernahme von Patenschaften zugesagt (eventuelle Freigabe in den nächsten Monaten)

Yanmar Keine Freigabe, aber Zusage von Patenschaften durch den Importeur MARX GmbH&Co, Hamburg

Achtung: Freigaben gelten nur für Motoren ab einem bestimmten Baujahr! In Einzelfällen muss mit dem Motorenhersteller verhandelt werden. Dies wurde bereits in einigen Fällen mit Erfolg praktiziert.

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RME-RME-TankstellenTankstellen

Kressbronn Erste RME-Seetankstelle im Wassersportzentrum (Beim Hafen-meister, Herrn Grassel, nachfragen)

Kressbronn Kanister-Depot beim Hafenmeister des MYCO

Wallhausen Kanister-Depot bei der Seetankstellen Rechner

Konstanz Kanister-Depot bei Yachtausrüstung und Yachtcharter Dieter Engert, neben der Clubanlage des DSMC

Konstanz RME-Tankstellen bei Fa. Ley (Nähe Flughafen)

Friedrichshafen Tankstelle Schindele, fünf Minuten vom Hafen des WYC entfernt

Fischbach RME-Tankstelle bei Fa. Welsch (Esso)

Fussach Kanister-Depot bei der Seetankstelle Schwenninger

Achtung: Unbedingt auf Qualität DIN E 51606 achten!

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Am Biodiesel-Projekt sind zur Zeit 21 Segelboote und 3 Motorboote beteiligt.

Bei den Motoren handelt es sich um Dieselmotoren mit folgenden Spezifikationen:

Details zu Details zu den den

beteiligten beteiligten BootenBooten

Segelboote Motorboote

Leistung 4 kW ... 20 kW 70 kW ... 110 kW

Zylinderzahl 1, 2 und 3 4 und 6

Motoren-hersteller

Volvo (11)Yanmar (6)

BMW-Hatz (2)Farymann (1)

Bukh (1)

Volvo (1)Mercedes (1)

TBM Andoria (1)

Brenn-verfahren

Direkteinspritzer und Vorkammer

Direkteinspritzer und Vorkammer

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Die Betriebszeiten der Boote wurden mit Fahrtenbüchern dokumentiert. Die Ergebnisse des Jahres 2000 sind:

Insgesamt wurden die Motoren 555 Stunden betrieben. Die durchschnittliche Motorlaufzeit pro Einsatztag betrug 1:15 Stunden.

Lastprofil Lastprofil in der in der Saison Saison 20002000

10%

78%

12%

Leerlauf

Teillast

Volllast

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Lastprofile Lastprofile der der

einzelnen einzelnen Boote in Boote in

der Saison der Saison 20002000

0%

25%

50%

75%

100%

1 2 3 4 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

Leerlauf Teillast Volllast

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Kaltstartprobleme bei drei von 16 Teilnehmern (Motor nimmt schlecht Gas an oder geht wieder aus): Sail-Drive-Antrieb mit erhöhtem Reibmoment bei kaltem Öl

Weißrauch bei zwei Booten beim Kaltstart

Ein Boot hat eine RME-typische bläuliche Abgasfarbe

Wasser im Kraftstofftank bei einigen Teilnehmern nach der Winterpause

Ergebnisse Ergebnisse der der

Befragung Befragung der Projekt-der Projekt-teilnehmer teilnehmer

(Teil 1)(Teil 1)

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Der Kraftstoffverbrauch und die Leistung sind nahezu unverändert.

Die Laufruhe ist bei einigen Booten besser.

Der störende Dieselgeruch entfällt.

Die Schwärzung des Abgases und die Verschmutzung des Bootsrumpfes sind bei einigen Booten deutlich besser geworden.

Die Teilnehmer sind mit dem Projekt und der Projektbetreuung im Allgemeinen sehr zufrieden.

Ergebnisse Ergebnisse der der

Befragung Befragung der Projekt-der Projekt-teilnehmer teilnehmer

(Teil 2)(Teil 2)

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Beim Betrieb mit Biodiesel besteht eine erhöhte Gefahr der Schmierölverdünnung durch Kraftstoff. Darüber hinaus sollen eventuelle Motorprobleme durch Verschmutzung, Verschleiß oder Wasser frühzeitig erkannt werden. Deswegen werden bei allen Motoren regelmäßig (mindestens am Ende jeder Saison) Ölproben gezogen und diese analysiert.

Im Labor bei der Fa. Wearcheck werden insgesamt 29 Ölkenngrößen ermittelt. In den folgenden Diagrammen werden nur die fünf Größen dargestellt, die bei einigen Booten auffällig waren.

Die Kenngrößen werden zur besseren Übersicht normiert dargestellt. Die Normierungsgrößen sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Motoröl-Motoröl-analysenanalysen

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Die Normierungswerte sind etwa die Grenzen des Unbedenklichkeitsbereiches. Werte größer als 100% sind deswegen noch nicht kritisch, sondern zunächst nur auffällig und damit interessant.

Kenngröße Normierungswert

Eisen 150 mg/kg

Chrom 25 mg/kg

Aluminium 30 mg/kg

Staub 30 mg/kg

Kraftstoff 5 %

Details zu Details zu den den

Motoröl-Motoröl-analysenanalysen

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

Gleicher Motor (BMW/Hatz)Fahren schon mehrere Jahre mit RME

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

1996: Motorschaden

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Normierte Normierte Ölanalyse Ölanalyse von Boot von Boot

12 aus fünf 12 aus fünf Saisons im Saisons im

RME-RME-BetriebBetrieb

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Eisen Chrom Alu Staub Kraftstoff

Ölprobe 1996 nach 40 Stunden

Ölprobe 1997 nach 62 Stunden

Ölprobe 1998 nach 41 Stunden

Ölprobe 1999 nach 34 Stunden

Ölprobe 2000 nach 37 Stunden

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

Staub?

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

Alu?

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

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50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

Kraftstoff

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

Kraftstoff

0%

25%

50%

75%

100%

1 2 3 4 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

Leerlauf Teillast Volllast

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Normierte Normierte Öl-Öl-

analysen-analysen-werte werte in %in %

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Boot-Nummer

EisenChromAluStaubKraftstoff

Boot gesunken

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Normierte Normierte Ölanalyse Ölanalyse von Boot 6 von Boot 6

nach nach Diesel- und Diesel- und

RME-RME-BetriebBetrieb

in %in %

0

50

100

150

200

250

Eisen Chrom Alu Staub Kraftstoff

Diesel-Betrieb nach 100 Stunden

RME-Betrieb nach 30 Stunden

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Gegenüber den bei PKW-Motoren bekannten Umrüstmaßnahmen (biodieselbeständige Kraftstoffschläuche und Dichtungen) müssen bei Bootsmotoren weitere Besonderheiten beachtet werden:

Biodieselbeständige Tankdeckeldichtung, damit kein Wasser in den Tank gelangen kann.

Biodieselbeständiger Tank und Reservetank, mit dem der Kraftstoff an Bord gebracht wird.

Biodiesel ist nur begrenzt haltbar. Deswegen müssen Boote, die den Tankinhalt nicht jedes Jahr aufbrauchen, den Restbestand gegebenenfalls anderweitig entsorgen.

Details zum Details zum Einsatz von Einsatz von Biodiesel in Biodiesel in

Sport-Sport-bootenbooten

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Die Fachhochschule Konstanz ist die einzige Hochschule, die direkt am Bodensee liegt. Deswegen sind alle Aktivitäten, die den Bodensee betreffen, von besonderem Interesse für die FH Konstanz.

Das Institut für Verbrennungsmotoren (InVo) sieht seine Aufgabe darin, sich für den umweltgerechten Einsatz von Verbrennungs-motoren auf dem Bodensee einzusetzen.

Das Biodieselprojekt ist ein ideales Projekt, um Studierenden aktuelle und ökologisch interessante Fragestellungen auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren als Themen für Studien- und Diplomarbeiten zu geben.

Bedeutung Bedeutung des des

Projektes Projektes für die FH für die FH KonstanzKonstanz

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Zusammen-Zusammen-fassungfassung

Die Teilnehmer am Biodiesel-Projekt sind fast ausnahmslos mit ihrer Entscheidung zur Teilnahme sehr zufrieden.

Im Rahmen des Projekts werden eventuelle Schwachstellen des Einsatzes von Biodiesel in Sportbooten (Haltbarkeit von Biodiesel, hygroskopische Eigenschaften) aufgezeigt und Lösungen für deren Beseitigung erarbeitet.

Die bisherigen Erfahrungen mit Biodiesel in Sportbooten sind dermaßen positiv, dass sein Einsatz für die meisten Motoren wahrscheinlich empfohlen werden kann.

Für die Fachhochschule Konstanz ist die Beteiligung am Biodieselprojekt eine attraktive Möglichkeit, ihre ökologische und technolo-gische Kompetenz in der Region zu demonstrieren.

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Am Institut für Verbrennungsmotoren wurden bislang folgende Studienarbeiten durchgeführt:

Gloxin, Alexander; Henßler, Felix:

Biodiesel und Sportschifffahrt in der Euregio BodenseeStudienarbeit FH Konstanz 2000

Joachim, Jürgen:

Auswertung der Betriebserfahrungen in der Saison 2000Studienarbeit FH Konstanz 2001

Die Arbeiten können als pdf-Dateien im Internet downgeloadet werden unter der Adresse:

www.klaus-schreiner.de/biodiesel.htm

Literatur-Literatur-verzeichnisverzeichnis