Effiziente Solubilisierung von Rapssäuremethylester (RME) durch aminhaltige Tenside

Pascal Wulff, Mai 2008

Der Einsatz von wasserhaltigem mikroemulgiertem Kraftstoff, sogenanntem HydroFUEL, stellt eine Möglichkeit dar, sowohl Ruß- als auch Stickoxidemissionen von Dieselmotoren stark zu reduzieren. Die bereits im Jahr 2003 unter dem Titel "Microemulsions and their use as fuel" von Strey, Nawrath und Sottmann zum Patent [DE10334897A1] angemeldeten Wasser-Diesel-Mikroemulsionen besitzen aufgrund ihrer thermodynamischen Stabilität und minimalem Energieeintrag für die Herstellung gegenüber Emulsionen entscheidende Vorteile. In dieser Arbeit gelang es, das Forschungsfeld auf biogene Kraftstoffe zu erweitern und effiziente Biodiesel-Mikroemulsionen zu formulieren. Unter anderem wurde das Phasenverhalten von Wasser-Biodiesel-Mikroemulsionen der Form Wasser/gefrierpunkterniedrigende Additive ? Biodiesel ? nichtionisches/ionisches Tensid untersucht. Systematische Variationen des Salzes, der Alkohole sowie der ionischen und nichtionischen Tenside wurden durchgeführt. Das aus teilneutralisierter Ölsäure bestehende ionische Tensid wurde unter Einsatz verschiedener Basen zur Neutralisation und durch eine Variation des Neutralisationsgrades optimiert. In infrarotspektroskopischen Untersuchungen konnte eine Nebenreaktion des Oleat-Anions mit freier, nucleophiler Base erkannt werden. Sie konnte qualitativ als Bildung eines Ölsäureamides aufgeklärt werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen konnten temperaturinvariante Mikroemulsionskraftstoffe mit einem Wasseranteil von 20Gew.% unter Einsatz von weniger als 20Gew.% Tensid formuliert werden. In einer Variation des nichtionischen Tensids entwickelte sich gerade ein, in den Nebenreaktionsprodukten entdecktes, Amid der Ölsäure zum effizientesten Tensid. Zur Aufklärung der Strukturgröße sowie der internen Grenzfläche wurde Kleinwinkelneutronenstreuung (SANS) eingesetzt. Die ermittelten Parameter liegen in der für Mikroemulsionen typischen Größenordnung. Die in einer Kooperation mit der Fachhochschule Köln durchgeführten motorischen Tests von Wasser-Biodiesel-Mikroemulsionen weisen eine zum Teil drastische Verbesserung des Emissionsverhaltens auf, einschließlich einer 10%igen Senkung der CO₂-Emissionen. Zusätzlich zeigte sich eine 10%ige Steigerung des Wirkungsgrades.