Fettsäuremethylester
Am Anfang war FAME fast ausschließlich als RME, Rapsölmethylester auf dem Markt. Später erweitert auf PME, Pflanzenölmethylester, sind mittlerweile aber neben Pflanzenölen auch tierische Fette als Rohstoff zulässig. Die Abkürzung FAME - fatty acid methyl ester = Fett-säure-Methylester gibt nun nur noch die chemische Beschreibung des Treibstoffes an, nicht mehr den verwendeten Rohstoff. Er muss nur regenerativ hergestellt worden sein und das Produkt anschließend die Anforderungen von EN 14 214 erfüllen.
Chemisch gesehen sind diese Öle Triglyceride. D.h. 3-Fettsäuren sind mit einem Glycerin-Molekül verestert.
Diese Moleküle sind ausgesprochen groß. 3 x 16 18 C-Atome aus den Fettsäuren plus 3 C-Atome aus dem Glycerin ergibt eine Gesamt C-Zahl von 50 60.
Zum Vergleich: Die allermeisten Dieselkraftstoff-Komponenten haben eine Molekülgröße von 10 bis maximal 30 C-Atome.
Chemisch läuft diese Umesterung wie folgt ab:
Pflanzenöl (Triglcerid) wird unter dem Einsatz von Natronlauge in die Bestandteile Fettsäure + Glycerin aufgespalten, die entstehende Fettsäure mit Methanol verestert. Danach muss das Produkt FAME gereinigt werden. Mit Wasser werden Methanol, Glycerin und Natronlauge ausgewaschen und restliches Methanol durch Ausheizen und Strippen entfernt.
Eingesetzt werden Pflanzenöl, Natronlauge und Glycerin. Als Produkte erhalten Sie FAME plus Rohglycerin (vor allem Glycerin mit Natronlauge).
Wird dieser produzierte Biodiesel nun in Kraftfahrzeugen verwendet, so ist unabhängig von seiner Qualität, die Eignung des Fahrzeuges für diesen Kraftstoff zu beachten.
FAME, Biodiesel ist chemisch gesehen ein Ester und Ester haben Lösungsmittel-Eigenschaften. Da es z.B. im Vergleich zu Ethylacetat (Lacklösemittel, Nagellackentferner) sehr große Moleküle sind, laufen diese Prozesse langsam ab. Aber sie laufen ab.
So werden z.B. im Labor angelieferte Probenbehälter aus Kunststoff außen mit der Zeit kleb-rig, aufgeklebte Etiketten lösen sich, Beschriftungen werden unleserlich. Von lackierten Ble-chen, die mit Biodiesel eingestrichen werden, können Sie nach einigen Tagen die Farbschicht abziehen.
Kritische Punkt in der Kraftstoffqualität
Die Produktion von Biodiesel ist im Gegensatz zu Dieselkraftstoff, der in einer Raffinerie kontinuierlich hergestellt wird, eine Chargen-Produktion. Ähnlich wie beim Backen nimmt man die Zutaten und stellt das Gewünschte her. Und wie beim Backen ist das Resultat von Charge zu Charge nicht immer konstant.
Das ist der Moment, wo die Analytik zu Zuge kommt.
Bei etlichen (renommierten) Herstellern von Biodiesel sind Qualitäts-Ausreißer extrem selten, aber auf diesem Markt gibt es eine nicht zu vernachlässigende Zahl von Betrieben, die mit der Einhaltung der Vorschriften größere Schwierigkeiten haben.
Folgende Punkte bedürfen der Kontrolle:
- Glycerin- und Glyceridgehalt
Ist die Umesterung unvollständig, sind noch zu viele Mono-, Di- und Triglyceride vorhanden.
Ist der nachgeschaltete Reinigungsprozess unvollständig, sind noch Glycerin oder / und
Natrium und Kalium von der Lauge nachweisbar. Zu hohe Restmengen der Glyceride sowie des Glycerins selbst führen dann zu Ablagerungen im Motor.
- Methanolgehalt und Flammpunkt
Sollte das Methanol nicht vollständig aus dem Produkt entfernt sein, ist der Methanolgehalt zu hoch und der Flammpunkt zu niedrig. Dies stellt ein Sicherheitsrisiko dar.
- Aschegehalt, Gehalt an Alkali- und Erdalkali-Metallen, Säurezahl
Grenzwertüberschreitungen in diesem Bereich sind i.a. auf einen unsauberen Produktionspro-zess zurückzuführen. Die für das Produkt erforderlichen Reinigungsschritte wurden nicht gründlich genug ausgeführt.
- Wassergehalt
FAME kann auf Grund seiner Polarität im Vergleich zu Diesel deutlich mehr an Wasser lösen. Wurde das Produkt nach der Herstellung nicht ausreichend getrocknet oder nicht trocken gelagert, so kann es Wasser enthalten, was zu Korrosion im Motor führen kann.
- Iodzahl, Oxidationsstabilität, Gehalt an Linolensäure-Methylester sowie Fettsäure-Methylester mit mehr als 4 Fettsäuren.
Enthält das verwendete Öl zu viele mehrfach ungesättigte Fettsäuren, so ist der hergestellte FAME u.U. nicht ausreichen chemisch stabil. Er neigt zum Verharzen und Oxidieren.
Ester-Gehalt
Er gibt Auskunft über die Reinheit des FAMEs. Ist zur Herstellung z.B. gebrauchtes Öl (Frit-tierfett) verwendet worden, so wird der Estergehalt erniedrigt sein, da ein Teil der Fettsäuren durch thermische Belastung bereits gecrackt wurde. Aber auch nichtveresterbare Bestandteile ("Unverseifbare") in Öl, die während der Produktion nicht abgetrennt wurden, senken den Anteil an Estern.
prEN 14 103: FAME, Bestimmung des Ester-Gehaltes und des Gehaltes an Linolensäure-Methylester.
Die Bestimmung wird nicht nach der 100% (minus Verunreinigungen)-Methode, sondern mit innerem Standard durchgeführt. Wundern Sie sich also nicht, Ergebnisse über 100% sind möglich.
Grenzwert: Ester-Gehalt mindestens 96,5 Gew.-%
Ablehnungsgrenzwert: Ester-Gehalt mindestens 94,7 Gew.-%
Säurezahl
Die Säurezahl bestimmt den Gehalt an freien organischen und mineralischen Säuren an.
EN 14 104: FAME, Bestimmung der Säurezahl
Grenzwert maximal 0,50 mg KOH pro g Probe
Ablehnungsgrenzwert maximal 0,54 mg KOH pro g Probe
Iodzahl
Die Iodzahl beschreibt, wie viel Iod durch FAME chemisch gebunden werden kann und ist ein Maß für den Gehalt an ungesättigten und mehrfach ungesättigten Fettsäuren in FAME.
EN 14 111: FAME, Bestimmung der Iodzahl
Grenzwert maximal 120 g Iod pro 100 g Probe
Ablehnungsgrenzwert maximal 123 g Iod pro 100 g Probe
Gehalt an Linolensäure-Methylester
Dieser Methylester hat 3 ungesättigte Verbindungen in der Fettsäure, ist also instabil gegen Oxidation und Verharzung. Der Parameter wird symtomatisch über die Oxidationsstabilität und zusätzlich pauschal über die Iodzahl bestimmt. Der Gehalt an Linolensäure-Methylester kann bei der Bestimmung des Gesamt-Estergehaltes aus der selben Analyse ohne Mehraufwand zusätzlich ermittelt werden.
prEN 14 103: FAME, Bestimmung des Ester-Gehaltes und des Gehaltes an Linolensäure-Methylester.
Grenzwert maximal 12,0 Gew.-% Linolensäure-Methylester
Ablehnungsgrenzwert maximal 14,8 Gew.-% Linolensäure-Methylester
Methanol-Gehalt
Ein Sicherheitsaspekt, Methanol ist flüchtig, leichtentzündlich und toxisch. Ist zuviel davon in FAME, wird der Flammpunkt signifikant abgesenkt sein. (Der Umkehrschluss ist weniger eindeutig)
EN 14 110: FAME, Bestimmung des Methanol-Gehaltes
Dabei wird durch Erhitzten das enthaltene Methanol aus dem FAME in die Gasphase ausgetrieben und nachgewiesen.
Grenzwert maximal 0,20 Gew.-% Methanol
Ablehnungsgrenzwert maximal 0,23 Gew.-% Methanol
Bei diesen Gehalten finden Sie bereits eine signifikante Absenkung des Flammpunktes.
freie Glycerin und Glyceriden
Zu hohe Werte sind das Resultat einer unsauberen Umesterung. Finden Sie zu viele Glyceride, war die Umesterung nicht vollständig. Wird Glycerin nachgewiesen, wurde das Produkt nicht ausreichend gereinigt. Beides führt zu motorischen Problemen. Der Koksrückstand kann ansteigen.
EN 14 105: FAME, Bestimmung der Gehalte an freiem Glycerin, Gesamt-Glycerin, Mono-, Di- und Triglycerid (Referenzverfahren)
Sollte die Bestimmung des freien Glycerins durch Störungen (z.B. Dieselanteile) nicht möglich sein, bestimmen Sie ihn mit
EN 14 106: FAME, Bestimmung des Gehaltes an freiem Glycerin
Schiedsverfahren ist EN 14 105, da die Bestimmung direkt in der Probe durchgeführt wird.
Gehalte an Alkali- und Erdalkali-Metallen
Diese Metalle, i.a. potentielle Prozesslaugen-Rückstände, werden wie folgt bestimmt:
EN 14 108: FAME, Bestimmung des Gehaltes an Natrium und
EN 14 109: FAME, Bestimmung des Gehaltes an Kalium
prEN 14 538: FAME, Bestimmung Calcium- und Magnesium-Gehaltes mit ICP-OES
Grenzwerte: maximal 5,0 mg/kg Alkali, Summe Natrium + Kalium maximal 5,0 mg/kg Erdalkali, Summe Calcium + Magnesium
Ablehnungsgrenzwerte: maximal 7,1 mg/kg Alkali, Summe Natrium + Kalium maximal 8,1 mg/kg Erdalkali, Summe Calcium + Magnesium
Phosphor-Gehalt
Phosphorhaltige Verbindungen können als organische Bestandteile des verwendeten Öles in die Produktion gelangen. Enthält FAME zuviel Phosphor, können Ablagerungen in den Brennräumen die Folge sein. Der Phosphorgehalt wird nach
EN 14 107: FAME, Bestimmung des Phosphor-Gehaltes durch ICP Grenzwert maximal 5,0 mg Phosphor pro kg Probe
Ablehnungsgrenzwert maximal 6,1 mg Phosphor pro kg Probe
