Korrosion in Biokraftstoffen
Förderinstitution: Fachagentur Nachwachsend Rohstoffe e.V. (FNR)
Projektnummer: 22014811
Kurzdarstellung
Regenerative Kraftstoffe biogener Herkunft haben ein erhebliches Potenzial zur Einsparung von Treibhausgasen (THG). Insbesondere Biokraftstoffe der zweiten Generation aus Biomasse sowie Ethanol aus Zuckerrohr erfüllen die THG-Vorgaben der EU (Directive 2009/28/EC) bis 2020. Im Zusammenhang mit biogenen Kraftstoffen kann es aufgrund der höheren Löslichkeit von Wasser und Verunreinigungen zur Korrosion an metallischen Werkstoffen kommen. Infolge Werkstoffdegradation und abgelösten Korrosionsprodukten kann dies zu Bauteilschäden führen.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde grundlagenorientiert eine systematische Untersuchung des Korrosionsverhaltens relevanter Werkstoffe und Beschichtungen der Automobilindustrie durchgeführt. Dazu wurden zunächst korrosionsbeeinflussende Größen in Kraftstoffen im weltweiten Vergleich identifiziert und bewertet. Im Rahmen von Auslagerungsversuchen nach VDA 230-207 fanden Untersuchungen zur Materialverträglichkeit in vereinfachten Prüfkraftstoffen statt. Aufgrund der Feldrelevanz lag der Fokus dabei auf ethanolhaltigen Ottokraftstoffen. Mittels vollfaktorieller Versuchspläne und statistischer Auswerteverfahren erfolgte die Untersuchung von Haupteffekten und Wechselwirkungen relevanter Kraftstoffkomponenten auf das Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungen und hochlegierten Stählen. Ethanol, Wasser, Chlorid und Essigsäure wurden als korrosionsstimulierende Komponenten in Ottokraftstoffen identifiziert. Mittels statistischer Versuchsplanung gelang es, den Einfluss dieser Komponenten auf das Korrosionsverhalten am Beispiel des Aluminiumwerkstoffes EN AW-1050A sowie am ferritischen Stahl 1.4016 quantitativ anhand von Korrosionsmerkmalen wie Massenabtrag, Angriffsdichte und Angriffstiefe zu beschreiben. Die Ergebnisse liegen sowohl für Standard-Ottokraftstoffe mit einem Ethanolgehalt zwischen 10 % V/V und 30 % V/V als auch für hochethanolhaltige Kraftstoffe (Ethanolgehalt bis zu 80 % V/V) vor. Die Auswertung hat ergeben, dass eine Erhöhung des Ethanolanteils im Kraftstoff nicht zwangsläufig mit einer vergrößerten Korrosion einhergehen muss. Relevant ist das Zusammenwirken der Kraftstoffkomponenten. Es ist möglich, Kraftstoffgrenzwerte für eine akzeptable Korrosionsbeanspruchung festzulegen.
Werkstoffseitig wurde der Einfluss der Legierungszusammensetzung von Aluminiumwerkstoffen auf das Korrosionsverhalten in Kraftstoffen mit unterschiedlichen Wassergehalten untersucht. Mittels Variation der Hauptlegierungselemente technisch relevanter Aluminiumwerkstoffe gelang die Beschreibung der Korrosionsanfälligkeit in Abhängigkeit des Wasseranteils im Kraftstoff. Es wurde deutlich, inwiefern das Korrosionsverhalten durch die jeweilige Legierung beeinflusst wird. Eine korrosionsgerechte Werkstoffauslegung bei gegebener Kraftstoffformulierung ist damit möglich.
Auslagerungsversuche mit anwendungsnahen Werkstoffverbunden ergänzten die Erkenntnisse zum Korrosionsverhalten. Abschließend erfolgte eine stichprobenartige Validierung der Ergebnisse in Feldkraftstoffen.
Projektbegleitend fand eine Zusammenarbeit mit der brasilianischen Forschungsstelle (INT) statt. Hintergrund der Zusammenarbeit war der Austausch von Felderfahrungen mit Biokraftstoffen sowie ein technologischer Wissenstransfer der Korrosionsprüfung.