Hydriertes Pflanzenöl

Als Hydrierte Pflanzenöle (HVO, englisch Hydrogenated oder Hydrotreated Vegetable Oils) werden Pflanzenöle bezeichnet, die durch eine katalytische Reaktion mit Wasserstoff (Hydrierung) in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden. Durch diesen Prozess werden die Pflanzenöle in ihren Eigenschaften an fossile Kraftstoffe (insbesondere Dieselkraftstoff) angepasst, damit sie diese als Beimischung ergänzen oder auch vollständig ersetzen können.

Hydriertes Pflanzenöl
Andere Namen

HVO

Handelsnamen

Neste MY Renewable Diesel, C.A.R.E. Diesel

Kurzbeschreibung Pflanzenölbasierte Kraftstoffkomponente oder Kraftstoff
Herkunft

biogen, synthetisch

Charakteristische Bestandteile

Alkane, linear und verzweigt

Eigenschaften
Aggregatzustand flüssig
Dichte

775–785 kg/m3

Heizwert

44 MJ/kg

Cetanzahl

70–90

Flammpunkt

> 60 °C

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1]
Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 304
EUH: 066
P: 301[1]
UN-Nummer

1202

Gefahrnummer

30

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Herstellung

Hydrierte Pflanzenöle können sowohl in bestehenden Raffinerien gemeinsam mit anderen Fetten und Mineralölkomponenten sowie in eigenen Pflanzenölanlagen hergestellt werden.

Hydrierung in Mineralölraffinerien

Bei der Hydrierung in Mineralölraffinerien werden dem bei der Aufarbeitung des mineralischen Rohöls entstehenden Vakuumgasöl Pflanzenöle wie bsp. Rapsöl in Anteilen bis zu 30 Prozent beigemischt.

Im anschließenden Hydrotreating werden dann diese Pflanzenöle gemeinsam mit der Mineralölfraktion chemisch modifiziert, indem die so genannten Heteroatome wie Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff unter Einbindung von Wasserstoff entfernt werden. Neben den aus den Pflanzenölen produzierten Kohlenwasserstoffen entstehen entsprechend als Nebenprodukte Schwefelwasserstoff (H2S), Wasser (H2O) und Ammoniak (NH3). Die Kohlenwasserstoffe werden in einem anschließenden Schritt (Hydrocracking) erneut unter Wasserstoffeinbindung in kleinere Ketten gespalten (Cracken), wobei Methan (CH4), Propan (C3H8) und Wasser als Nebenprodukte entstehen.

In einem moderneren Verfahren wird auf das Hydrocracking verzichtet und die Triglyceride werden nach der Zugabe des Pflanzenöls in einem als Mitteldestillatentschwefelung bezeichneten Verfahren gespalten. Auf diese Weise ist es möglich, Kraftstoffe mit einem Rapsölanteil von 10 bis 30 Prozent herzustellen, wobei das Pflanzenöl in Form von Paraffinen (Mischungen aus gesättigten Kohlenwasserstoffketten) vorhanden ist. Die Biologische Abbaubarkeit der Pflanzenöle geht in dem Prozess verloren, zudem steigt der Bedarf an Wasserstoff für die Hydrierungsprozesse im Vergleich einer reinen Mineralölraffination.

Pflanzenölanlagen

Hydriertes Pflanzenöl kann neben der Verarbeitung in der Mineralölraffinerie auch in speziell für Pflanzenöle und fetthaltige Rest- und Abfallstoffe konstruierten Anlagen erfolgen. Die am weitesten fortgeschrittene Technologie ist das Verfahren zur Herstellung des als NExBTL bekannten Kraftstoffs des finnischen Unternehmen Neste Oil. Während in der Anfangszeit vorwiegend Palmöl zur Herstellung verwendet wurde, konnte der Palmölanteil auf ca. 20 % reduziert werden.[2] Aus technischer Sicht könnte gänzlich auf Palmöl verzichtet werden, für die Herstellung kommen über 10 verschiedene Rohstoffe infrage.[3]

Für das Verfahren werden die Pflanzenöle und andere Fette vorbehandelt, indem Feststoffe und Wasser aus den Ölen abgeschieden werden. Dieser Prozess erfolgt analog zur Raffination von Pflanzenöl oder zur Biodieselproduktion. Daran anschließend erfolgt ein Hydrotreating-Verfahren in speziellen Festbettreaktoren mit Kobalt- oder Nickelmolybdän-Katalysatoren bei Temperaturen von 350 bis 450 °C und einem Wasserstoffpartialdruck von 48 bis 152 bar, bei dem der Kraftstoff entsteht.

Für die Umwandlung werden etwa 1,23 Tonnen Pflanzenöl für eine Tonne Kraftstoff eingesetzt, als Nebenprodukt entsteht vor allem Brenngas.

Eigenschaften

Die bei der Mineralöldestillation aus den Pflanzenölen hergestellten Paraffine bestehen aus Mischungen von unterschiedlich langen gesättigten Kohlenwasserstoffketten. Die Dichte dieser hydrierten Pflanzenöle liegt bei etwa 780 kg/m3 und ist damit gegenüber mineralischen Dieselkraftstoff deutlich niedriger, die Cetanzahl liegt mit Werten um 70 und bis zu 99 deutlich höher als die von Dieselkraftstoff, Biodiesel und reinem Pflanzenölkraftstoff. Der in diesem Prozess hergestellte Kraftstoff, der teilweise auf Mineralöl und teilweise auf Pflanzenölen basiert, erfüllt bei entsprechender Prozessführung die Anforderungen der Normung für Dieselkraftstoff und kann entsprechend genutzt werden.

Der NExBTL-Kraftstoff besitzt aufgrund der fehlenden Mineralölkomponenten eine niedrigere Gesamtdichte von 775 bis 785 kg/m3 als diese für Dieselkraftstoff vorgeschrieben ist. Er ist frei von Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Aromaten.

Wirkung und Kompatibilität von HVO-Beimischungen und HVO Reinkraftstoffen

Auf dem Markt existieren Beimischungen und Reinkraftstoffe. Praxiserfahrungen liegen bereits zahlreich vor, vor allem aus Ländern, die bereits einen hohen Anteil ihres Dieselmarktes damit abdecken. In einigen Ländern Nordeuropas, aber auch zum Beispiel in Kalifornien, ist dies der Fall (Stand 2022 sind es 50 %). Der Hersteller und Erfinder des Kraftstoffs (Neste) gibt ebenfalls an, dass HVO als Reinkraftstoff für alle Diesel geeignet sei.[4] Gleichzeitig haben einige Hersteller ihre neueren Dieselfahrzeuge extra für HVO100, gemäß DIN EN 15940 homologiert.[5] Des Weiteren kommuniziert Neste deutliche CO2-Emissionsreduzierungen.[6] Diese Angaben wurden von zahlreichen Universitäten untersucht, unter anderem vom Karlsruher Institut für Technologie und der HTW Saar. Der deutsche ADAC und der österreichische ÖAMTC führten ebenfalls entsprechende Untersuchungen durch. Vor allem ältere Fahrzeuge erreichen deutliche Reduzierungen. Bei neueren Eu6d-Fahrzeugen ist die Abgasnachbehandlung bereits so gut, dass auch die übrigen Abgas-Werte von HVO-Kraftstoffen nicht viel höher als die von fossilen Kraftstoffen sind.[7] Die ersten HVO-Beimischungskraftstoffe (z. B. R33 BlueDiesel) wurden in Deutschland bei der Hochschule Coburg entwickelt.

HVO100

HVO Kraftstoff ist in beliebigen Mischungen erhältlich. Es kann in Reinform (100 % HVO) eingesetzt, aber auch in einem beliebigen Verhältnis mit z. B. fossilem Diesel gemischt werden. So besteht beispielsweise HVO20 aus 20 % HVO und 80 % fossilem Diesel. Neste MY Renewable Diesel ist ein HVO100-Produkt, d. h. HVO in Reinform. Darüber hinaus erfüllt dieser Diesel die Anforderungen der DIN EN 15940 für paraffinische Dieselkraftstoffe, welche die Qualität von Dieselkraftstoffen gewährleisten[8]. HVO Dieselkraftstoffe können an vielen tausend Tankstellen getankt werden.[9]

Produktnamen

HVO100 wird in Deutschland auch als C.A.R.E. Diesel[10] vermarktet, verfügt aber in Deutschland derzeit über keine Kraftstoffzulassung.[11] Dies soll sich aber bis 2024 ändern.[12] Weitere Produktnamen sind NesteMy[13] (Skandinavien, Baltikum, Benelux), HVOlution[14] (Italien) und Diesel Renouvable[15] (Spanien/Portugal). Im angelsächsischen Raum spricht man auch von Renewable Diesel.[16] In Kalifornien besteht (Stand 2023) bereits circa 50 % des Dieselmarktes aus diesem Kraftstoff.[17]

Eisenbahn

Im Eisenbahnbereich findet der Treibstoff HVO 100 Einsatz als Ersatz von Dieselkraftstoff auf nicht-elektrifizierten Eisenbahnstrecken, womit 90 % der CO2-Emissionen eingespart werden sollen. DB Energie verwendet aus Europa importiertes HVO, welches ohne Palmöl und Palmfettsäure-Destillate auskommt.[18] Bei der Deutschen Bahn sind erste Betriebsteile auf HVO umgestellt:

Literatur
  • Hydrierung. In: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin und Heidelberg 2009; S. 746–748. ISBN 978-3-540-85094-6

Einzelnachweise
  1. Sicherheitsdatenblatt. 1. Oktober 2019, abgerufen am 12. Dezember 2019 (englisch).
  2. Sustainably produced palm oil. 29. März 2016, abgerufen am 12. Dezember 2019 (englisch).
  3. Renewable raw materials. 18. März 2016, abgerufen am 12. Dezember 2019 (englisch).
  4. Neste MY Renewable Diesel. Neste Germany GmbH, abgerufen am 22. Januar 2024.
  5. Von führenden Fahrzeugherstellern freigegeben. Neste Germany GmbH, abgerufen am 22. Januar 2024.
  6. Weniger Emissionen. Neste Germany GmbH, abgerufen am 22. Januar 2024.
  7. Kraftstoffvergleich: VW Touran 2.0 TDI DSG (WLTP-Zyklus). ADAC, abgerufen am 22. Januar 2024 (Infogramm).
  8. Was ist HVO? 13. April 2022, abgerufen am 5. Dezember 2023.
  9. HVO / XTL – Tankstellen Karte – eFuelsNow. Abgerufen am 29. Dezember 2023 (deutsch).
  10. C.A.R.E. Diesel
  11. Medienbericht: Behörden lassen sauberen Diesel nicht zu
  12. BMDV - Bundeskabinett beschließt Novelle des Saubere-Fahrzeuge-Beschaffungs-Gesetzes. Abgerufen am 29. Dezember 2023.
  13. Neste MY Förnybar Diesel (HVO100). 22. August 2022, abgerufen am 29. Dezember 2023 (schwedisch).
  14. ENI Italien: HVO100 von ENI. In: https://oilproducts.eni.com/en_GB/products/fuels/automotive/hvolution/hvolution. ENI, 28. Dezember 2023, abgerufen am 28. Dezember 2023 (englisch).
  15. Repsol launches the first Spanish service stations with 100% renewable fuel. Abgerufen am 29. Dezember 2023 (britisches Englisch).
  16. Renewable Diesel. Abgerufen am 29. Dezember 2023 (amerikanisches Englisch).
  17. For first time 50% of California diesel fuel is replaced by clean fuels. California Air Resources Board, abgerufen am 29. Dezember 2023.
  18. Versorgung Biokraftstoff HVO 100. DB Energie, abgerufen am 12. Januar 2023.
  19. Biokraftstoff HVO. DB Regio, September 2022, abgerufen am 12. Januar 2023.
  20. Wir stellen um: 57 Züge tanken statt Diesel sauberen Biokraftstoff. DB Regio Baden-Württemberg, abgerufen am 12. Januar 2023.
  21. Grüner unterwegs in Hessen und NRW: DB Regio und NVV setzen bei der Kurhessenbahn auf Biokraftstoff. DB Energie, 18. November 2022, abgerufen am 12. Januar 2023.
  22. Neuer Biokraftstoff für das Klima bei DB Cargo. Deutsche Bahn, 7. März 2022, abgerufen am 12. Januar 2023.
  23. Auf dem grünen Weg. DB Cargo, 3. Januar 2023, abgerufen am 12. Januar 2023.
  24. Grüner unterwegs in NRW: DB Regio setzt im Sauerland erstmals auf Biokraftstoff. DB Regio, 28. Juni 2023, abgerufen am 19. Oktober 2023.
  25. LOK Report - Bayern: HVO-Einführung auf der Kahlgrundbahn. Abgerufen am 24. Juli 2023 (deutsch).
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