Charakteristische Eigenschaften für Rapsölkraftstoff

Eine Reihe von Bechergläsern, die mit Rapsöl gefüllt sind

Kennwerte, die den charakteristischen Eigenschaften zugeordnet werden, sind typisch für Rapsöl und unterliegen nach derzeitigem Kenntnisstand nur geringen Schwankungen. Diese Qualitätsmerkmale dienen vor allem dazu, Rapsölkraftstoff zu beschreiben und von anderen genormten Kraftstoffen, aber auch anderen Pflanzenölkraftstoffen und Altfetten, unterscheidbar zu machen.

Kraftstoffeigenschaften

Dichte

Die Dichte dient zur Ermittlung der Masse eines Kraftstoffvolumens bei einer bestimmten Temperatur. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt und steigender Anzahl Doppelbindungen, nimmt die Dichte von Pflanzenölen zu. Der Handel mit Kraftstoff wird zumeist volumenbezogen abgewickelt. Auch die Einspritzung in den Verbrennungsraum erfolgt volumetrisch. Der Energiegehalt wird jedoch meist auf die Masse bezogen. Anhand der Dichte lassen sich Pflanzenöle voneinander unterscheiden und Verunreinigungen mit anderen Kraftstoffen nachweisen. Die Dichte von Rapsölkraftstoff beträgt nahezu konstant 920 kg/m³ bei 15 °C.

Flammpunkte

Der Flammpunkt ist die gemessene Temperatur bei der sich in einem geschlossenen Gefäß Dämpfe entwickeln, die zu einem durch Fremdzündung entflammbaren Dampf-Luft-Gemisch führen. Der Flammpunkt hat vor allem Bedeutung bei der Einstufung von Flüssigkeiten in Gefahrenklassen. Rapsölkraftstoff weist einen Flammpunkt nach Pensky-Martens von ca. 230 °C auf. Bereits geringfügige Mischungen verschiedener Kraftstoffe mit Rapsölkraftstoff, zum Beispiel durch den Transport, haben Abweichungen vom charakteristischen Flammpunkt zur Folge.

Heizwert (Energiegehalt)

Der Heizwert ist der Messwert für die Wärme (Energie), die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes pro Volumen oder Masse freigesetzt werden kann. Die Messung erfolgt z. B. im Bombenkalorimeter. Beim Heizwert wird unterschieden zwischen dem oberen Heizwert und dem unteren Heizwert. Der obere Heizwert, auch als Brennwert bezeichnet, schließt die Energie, die bei der Kondensation des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfs freigesetzt wird, mit ein und ist deshalb höher als der untere Heizwert. Der untere Heizwert errechnet sich aus dem oberen Heizwert abzüglich der Verdampfungswärme des Wassers. Für die Beschreibung von Kraftstoffen wird der für die motorische Verbrennung relevante untere Heizwert herangezogen.
Der volumenbezogene Heizwert ist aufgrund der höheren Dichte von Rapsöl mit ca. 34.590 kJ/l nur um etwa 3 % geringer als der Heizwert für Dieselkraftstoff mit 35.870 kJ/l. Folglich ist der Kraftstoffverbrauch eines Pflanzenölmotors annähernd gleich hoch wie bei Dieselmotoren. Im Gegensatz dazu liegt der volumenbezogene Heizwert von Biodiesel mit ca. 32.650 kJ/l etwa 9 % niedriger als bei Dieselkraftstoff.

Kinematische Viskosität

Die Viskosität des Kraftstoffs nimmt Einfluss auf das Förderverhalten und die Zerstäubung des Kraftstoffs an den Einspritzdüsen (Tröpfchenspektrum und Geometrie des Einspritzstrahls). Die Viskosität ist in hohem Maße temperatur- und druckabhängig. Dies ist besonders bei den vorherrschenden hohen Drücken in modernen Einspritzsystemen zu berücksichtigen. Hohe Viskositäten führen durch das verschlechterte Fließ-, Pump- und Zerstäubungsverhalten zu Kaltstartproblemen. Zu geringe Viskositäten erschweren den Heißstart, führen zu Leistungsverlust bei hohen Temperaturen und zu Pumpenverschleiß. Es wird unterschieden zwischen dynamischer Viskosität und kinematischer Viskosität. Bei Kraftstoffen wird die kinematische Viskosität ermittelt.
Die kinematische Viskosität für Rapsöl beträgt bei 40 °C ca. 35 mm²/s (etwa 10 mal so hoch wie bei Dieselkraftstoff). Temperatur, Fettsäuremuster und Ölalterungsgrad haben Einfluss auf die Viskosität, wohingegen sich die Art des Ölgewinnungsverfahrens (Kaltpressung in dezentralen Anlagen, Extraktion und Raffination in zentralen Ölmühlen) nicht auswirkt.

Zündwilligkeit (Cetanzahl)

Die Cetanzahl ist ein Maß für die Zündwilligkeit von Dieselkraftstoff. Die Messung der Cetanzahl erfolgt in einem genormten Einzylinder-Prüfmotor (CFR- oder BASF-Prüfmotor) unter jeweils konstantem Zündverzug zwischen Kraftstoffeinspritzung und Verbrennungsbeginn. Kraftstoffe mit geringer Zündwilligkeit (Cetanzahl) bewirken einen höheren Zündverzug, was ein schlechteres Kaltstartverhalten, höhere Druckspitzen und damit höhere Abgas– und Geräuschemissionen zur Folge haben kann. Untersuchungen für Dieselkraftstoff zeigen, dass mit steigender Cetanzahl die NOx-Emissionen zurückgehen.
Das für Dieselkraftstoff angewandte Prüfverfahren ist für Rapsölkraftstoff nur bedingt geeignet, da die verwendeten Prüfmotoren nicht pflanzenöltauglich sind. Neuere Prüfverfahren mit sogenannten "constant volume"-Messgeräten sind dagegen besser geeignet. Damit kann über die Dauer des Zündverzugs eine abgeleitete Cetanzahl (ACN) ermittelt werden. Typische Werte für die ACN von Rapsölkraftstoff liegen bei etwa 44.

Iodzahl

Die Iodzahl ist ein Maß für die Anzahl an Doppelbindungen der Fettsäuremoleküle. Der Kennwert gibt an, wie viel Gramm Iod von 100 g Öl oder Fettsäuren gebunden werden. Die Bestimmung der Iodzahl erfolgt durch Titration. Je niedriger die Iodzahl ist, desto höher ist der Sättigungsgrad der Moleküle. Die Iodzahl ist ein charakteristisches Merkmal für unterschiedliche Pflanzenöle. Sie gibt Aufschluss über die Neigung zu Ablagerungen im Brennraum und an Einspritzdüsen bei der motorischen Verbrennung. Pflanzenöle mit hoher Iodzahl sind meist weniger alterungsbeständig als Pflanzenöle mit hohem Sättigungsgrad. Rapsöl ist bei einer mittleren Iodzahl von ca. 115 g pro 100 g Öl in kühler, dunkler Umgebung und Vermeidung von oxidationsfördernden Bedingungen weitgehend lagerstabil.

Schwefelgehalt

Pflanzenöle weisen einen von Natur aus geringen Schwefelgehalt auf. Bei der Kraftstoffverbrennung werden mehr als 95 % des Schwefels zu SO2 umgesetzt. Der verbleibende Schwefel wird an Partikel angelagert. Im Oxidationskatalysator steigt in Abhängigkeit von Katalysatortyp und Katalysatortemperatur der Anteil des Schwefels, der zu SO3 umgesetzt wird. Aus SO3 und Wasserdampf bilden sich Schwefelsäuretröpfchen, die sich am Ruß anlagern und zur Erhöhung der Gesamtpartikelmasse führen. Schwefelverbindungen können sich an die katalytisch aktive Schicht des Katalysators anlagern und bewirken dadurch eine irreversible Verminderung der Umsetzrate. Katalysatorkonzepte zur Verminderung der Partikelemissionen erfordern deshalb neue Katalysatortechniken oder extrem niedrige Schwefelgehalte im Kraftstoff. Schwefel im Kraftstoff kann außerdem zur Versauerung des Motorenöls beitragen. Der Schwefelgehalt hat auch Auswirkung auf die Langlebigkeit des Motors. Die bei der Verbrennung entstehenden sauren Verbindungen führen zu korrosivem Verschleiß. Rapsölkraftstoff weist in der Regel einen Schwefelgehalt kleiner 10 mg/kg auf, so dass bei der Verbrennung nur geringe Mengen an SOx und partikelgebundenen Sulfaten freigesetzt werden.