The operation of an internal combustion engine requires fuel. This fact has been known since the development of the first engines in the late 1800´s. As fossil fuels are a limited source of power, more sustainable ways of energy supply need to be investigated, tested and implemented. Alternative fuels such as Biodiesel have been investigated and used for more than 30 years, especially in Austria.
This master thesis focuses on the use of non-fossil diesel fuels for powering construction machines such as Excavators, Wheel Loaders and Off-Highway Trucks. Those machines are mostly powered by diesel engines and as they consume huge amounts of fuel while moving earth, they are an interesting area of improvement.
The author drew the conclusion that all construction machines, powered by diesel engines, can be run on pure Biodiesel when particular application parameters are met and the consequences are taken into account. Furthermore the author encourages the representatives of the earthmoving business to perform field tests for proving the suitability of Biodiesel for the use in diesel engines. This could furthermore lead to a reduced dependence on fossil diesel in this industrial sector.
Inhaltsverzeichnis
1. Problem- und Aufgabenstellung
2. Einleitung
2.1 Inhalt der Arbeit
2.2 Definition der Methode
2.3 Arbeitsumfeld bzw. Praxisbezug
2.4 Verweis auf verwandte Arbeiten
3. Grundlagen
3.1 Globale Rahmenbedingungen
3.1.1 Produktionspotential für Biotreibstoffe
3.1.2 Treibstoffverbrauch in Österreich
3.1.3 Das Kyoto - Protokoll
3.2 Grundlagen der Erdbewegung
3.2.1 Lösen des Materials
3.2.1.1 Lösen durch Bagger
3.2.1.2 Lösen durch Lader
3.2.1.3 Lösen durch Schubraupen
3.2.2 Laden des Materials
3.2.3 Transportieren des Materials
3.2.4 Einbauen des Materials
3.2.5 Zusammenfassung der Erdbewegungsgrundlagen
3.2.6 Der Baumaschinenmarkt
3.3 Erforderliche Dieselmotorgrundlagen
3.3.1 Aufbau und Funktionsweise eines Dieselmotors
3.3.2 Abgase im Dieselmotor
3.3.3 Treibstoffanforderungen
3.4 Biodieselgrundlagen
3.4.1 Herstellung von Biodiesel
3.4.1.1 Umesterung
3.4.2 Rohstoffe für Biodiesel
3.4.2.1 Rapsöl
3.4.2.2 Sonnenblumenöl
3.4.2.3 Sojaöl
3.4.2.4 Jatropha
3.4.2.5 Palmöl
3.4.2.6 Altspeiseöl
3.4.2.7 Tierfett
3.4.2.8 Rohölpotential in Österreich
3.4.3 Produktionskapazitäten für Biodiesel
3.4.3.1 Produktionskapazitäten für Biodiesel in Österreich
3.4.3.2 Weltweite Produktionskapazitäten
3.4.4 Eigenschaften von Biodiesel
3.4.4.1 Chemische Zusammensetzung
3.4.4.2 Analyse und Standardisierung
3.4.4.3 Estergehalt
3.4.4.4 Dichte
3.4.4.5 Kinematische Viskosität
3.4.4.6 Flammpunkt
3.4.4.7 Verdampfungstemperatur bei Umgebungsdruck
3.4.4.8 Kälteverhalten
3.4.4.9 Schwefelgehalt
3.4.4.10 Koksrückstand
3.4.4.11 Cetanzahl
3.4.4.12 Sulfatasche
3.4.4.13 Wassergehalt
3.4.4.14 Gesamtverschmutzung
3.4.4.15 Korrosionswirkung auf Kupfer
3.4.4.16 Oxidationsstabilität
3.4.4.17 Säurezahl
3.4.4.18 Methanolgehalt
3.4.4.19 Iodzahl
3.4.4.20 Gehalt an Linolensäure - Methylester
3.4.4.21 Gehalt an FAME mit mehr als drei Doppelbindungen
3.4.4.22 Freies Glycerin
3.4.4.23 Monoglyceride, Diglyceride und Triglyceride
3.4.4.24 Gesamtglycerin
3.4.4.25 Phosphorgehalt
3.4.4.26 Alkalizahl
3.4.4.27 Zusammenfassung der Biodieselparameter
3.4.5 Vergleich von Biodiesel und fossilem Diesel
3.4.5.1 Vorteile von Biodiesel
3.4.5.2 Nachteile von Biodiesel und Lösungsansätze
3.4.5.3 Zusammenfassung der Unterschiede
4. Anwendung von Biodiesel bei Baumaschinen
4.1 Mögliche Mischungsverhältnisse
4.2 Bekannte Einsatzgebiete von B100
4.3 Vorgaben und Erfahrungen der Motorenhersteller
4.3.1 Vorgaben von JCB
4.3.2 Richtlinien von CATERPILLAR
4.3.3 Erfahrungen vom Motorenhersteller DEUTZ
4.3.4 Erfahrungen diverser anderer Hersteller
4.4 Kriterien bei der Verwendung von Biodiesel bei Baumaschinen
4.4.1 Durchschnittliche Motorbelastung
4.4.2 Max. Motorbelastung
4.4.3 Einsatzhäufigkeit
4.4.4 Einsatzhöhe
4.4.5 Einsatzort
4.4.6 Lieferantenverfügbarkeit
4.4.7 Lagerhaltung
4.4.8 Rußpartikelfilter & NOx-Emissionen
4.4.9 Motorbaujahr
4.4.10 Zusammenfassung der Einsatzkriterien
5. Diskussion
5.1 Überlegungen zum Thema Substitution von Erdöl durch Pflanzenöle
5.2 Marktsituation der Biodieselproduktion
5.2.1 Ethischer Standpunkt
5.2.2 Wirtschaftlicher Standpunkt
5.3 Biotreibstoffe der Zukunft
5.3.1 Biodiesel durch Algen
5.3.2 Greendiesel
5.3.3 Fischer – Tropsch – Diesel
5.4 Abgeleitete Thesen
5.5 Schlusswort
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit untersucht die Einsatzmöglichkeiten von Biodiesel als Treibstoff für Baumaschinen, bewertet die technische Eignung basierend auf existierender Literatur und analysiert die Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Substitution von fossilem Diesel in dieser Branche.
- Globale Rahmenbedingungen für Biotreibstoffe und Dieselverbrauch
- Technische Grundlagen und Betriebseigenschaften von Baumaschinen
- Qualitätsanforderungen und Eigenschaften von Biodiesel (Normen EN14214/ASTM6751)
- Vorgaben und Erfahrungen der führenden Baumaschinenhersteller
- Einsatzkriterien und ökonomisch-ethische Diskussion der Biodieselproduktion
Auszug aus dem Buch
3.2.1.1 Lösen durch Bagger
„Das Eindringen des Löffels in das Material wird durch die Losbrechkraft des Löffels und der Reißkraft des Löffelstiels erreicht.“ (Eymer 1995, S. 60). Durch die Kinematik und Bewegungsfreiheit von Ausleger, Stiel und Löffel kann der Hydraulikbagger in die Tiefe graben. Der Oberwagen ist nicht drehbegrenzt. Das Schaufelvolumen ist im Vergleich zur Maschinengröße und dem Einsatzgewicht jedoch sehr gering.
Grundsätzlich unterscheidet man zwei Bauformen von Baggern:
• Kettenbagger: Diese Maschinen werden von zwei unabhängigen Kettenlaufwerken bewegt. Der große Vorteil von Kettengeräten ist jener, dass die Fahrbahn der Maschine immer mitgeführt wird. Dies erklärt sich dadurch, dass der kritische Teil des Kraftschlusses zwischen der Kette und dem Antriebszahnrad des Laufwerks stattfindet. Der Kraftschluss zwischen dem Boden und den Ketten ergibt sich durch das Eindringen der gezackten Kettenplatten in den Untergrund. Daher wird ein Durchrutschen der Ketten weitestgehend verhindert. Aufgrund der Bauform des Laufwerks erreichen Kettenbagger jedoch nur geringe Fahrgeschwindigkeiten bis etwa 10 [km / h]
• Mobilbagger: Diese Geräte sind mit vier Antriebsrädern ausgestattet und verfügen dadurch über eine größere Mobilität (Fahrgeschwindigkeiten bis zu 40 [km / h]). Diese Maschinen können auch zum Straßenverkehr zugelassen werden, was die Einsatzflexibilität stark erhöht
Zusammenfassung der Kapitel
1. Problem- und Aufgabenstellung: Der Autor erläutert den historischen Hintergrund des Biodieseleinsatzes, die Notwendigkeit alternativer Kraftstoffe aufgrund fossiler Abhängigkeit und das Ziel der Arbeit, Einsatzsituationen für Baumaschinen zu analysieren.
2. Einleitung: Beschreibt den Aufbau der Arbeit, die gewählte qualitative Forschungsmethode auf Literaturbasis sowie den persönlichen Praxisbezug des Autors zur Baumaschinenbranche.
3. Grundlagen: Vermittelt technisches Wissen zu den globalen Rahmenbedingungen, der Funktionsweise von Dieselmotoren, den Eigenschaften verschiedener Biodieselrohstoffe und den relevanten Qualitätsnormen.
4. Anwendung von Biodiesel bei Baumaschinen: Analysiert praktische Mischungsverhältnisse, Herstellervorgaben und spezifische Einsatzkriterien wie Motorbelastung und Einsatzbedingungen für den Betrieb mit Biodiesel.
5. Diskussion: Beleuchtet die ethische und wirtschaftliche Marktsituation der Biodieselproduktion und bietet einen Ausblick auf zukünftige Kraftstofftechnologien wie Algen-Biodiesel oder BTL-Diesel.
Schlüsselwörter
Biodiesel, Baumaschinen, Erdbewegung, Dieselmotoren, Pflanzenölmethylester, Nachhaltigkeit, Kraftstoffnormen, Rapsöl, Motorenhersteller, Emissionsreduktion, Energieversorgung, Substitutionspotential, Biokraftstoffe, Maschinenbelastung, Marktanalyse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Machbarkeit und den Rahmenbedingungen für den Einsatz von Biodiesel als Treibstoff in Baumaschinen, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die Grundlagen der Erdbewegung, die Eigenschaften von Biodiesel, die geltenden Normen für Kraftstoffe sowie die praktischen Erfahrungen und Vorgaben der Baumaschinenhersteller.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, Klarheit darüber zu schaffen, dass Biodiesel für Baumaschinen unter bestimmten Bedingungen ein vollwertiger Ersatz für fossilen Diesel sein kann, und dies durch eine fundierte Analyse zu belegen.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Der Autor stützt sich auf eine qualitative Analyse von Fachliteratur, bestehenden Normen und technischen Spezifikationen, um logische Schlussfolgerungen und Thesen für den praktischen Einsatz zu formulieren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die technischen Anforderungen an Biodiesel, den Vergleich zu fossilem Diesel, die verschiedenen Rohstoffpotenziale in Österreich sowie die spezifischen Einsatzanforderungen der Baumaschinen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselbegriffe sind Biodiesel, Baumaschinen, Erdbewegung, Nachhaltigkeit, Kraftstoffqualität und Herstellervorgaben.
Welche Rolle spielen die Motorenhersteller?
Die Hersteller definieren durch ihre Freigaben, ob und in welchem Mischungsverhältnis Biodiesel verwendet werden kann, ohne die Produktgarantie zu gefährden, was eine zentrale Hürde für die breite Einführung darstellt.
Welche negativen Auswirkungen durch Biodiesel können auftreten?
Zu den genannten Herausforderungen gehören eine mögliche Motorölverdünnung bei geringer Belastung, eine geringere Kraftstoffstabilität, potenzielle Ablagerungen sowie höhere NOx-Emissionen.
Warum ist das Einsatzprofil der Maschine wichtig?
Die Motorlast und die Art des Einsatzes bestimmen, wie gut die Maschine mit den leicht unterschiedlichen chemischen und physischen Eigenschaften von Biodiesel umgehen kann.
Was sind laut Autor die Biotreibstoffe der Zukunft?
Der Autor sieht Potenzial in der zweiten Generation von Treibstoffen, wie Algen-basiertem Biodiesel, Greendiesel (Hydroprocessing) und dem Fischer-Tropsch-Verfahren (BTL), die eine bessere Ressourceneffizienz versprechen.
- Quote paper
- MSc. Johannes Maschl (Author), 2009, Biodieseleinsatz bei Baumaschinen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/124198
