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PROSA - Biobasierte Schmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten

Der vorliegende Bericht ist Teil des Forschungsvorhabens "Implementierung von Nachhaltigkeitskriterien für die stoffliche Nutzung von Biomasse im Rahmen des Blauen Engels" (kurz: "Blauer Engel Bio-Stoff") und behandelt das Thema biobasierte Schmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten. Es wurden die bestehenden Kriterien für eine nachhaltige Nutzung von Biomasse aus der Machbarkeitsstudie zu übergreifenden Aspekten biobasierter Produkte auf diese verbrauchernahe Produktgruppe angewandt. Das Vorhaben beschäftigt sich mit der Bewertung der Nachhaltigkeit biobasierter Produkte in Bezug auf deren Behandlung und in Bezug auf konkrete Anforderungen für die Vergabe des Umweltzeichens. Die Arbeitsergebnisse sollen in der Praxis Anwendung finden. Im Vordergrund steht die Auseinandersetzung mit Fragen zur Herkunft der Biomasse und die mit ihrer zusätzlichen Ressourceninanspruchnahme möglicherweise verbundenen Nutzungskonkurrenzen sowie die grundsätzliche Frage nach einer nachhaltigen Nutzung der begrenzten Ressource Fläche. Die gesamte Arbeit ist nach der vom Öko-Institut entwickelten Methode PROSA - Product Sustainability Assessment durchgeführt. PROSA umfasst mit der Markt- und Umfeld-Analyse, der Ökobilanz, der Lebenszykluskostenberechnung und der Nutzen-Analyse die erforderlichen Teil-Methoden zur integrativen Entwicklung der relevanten Vergabekriterien. Die Ökobilanz umfasst eine Analyse der Umweltauswirkungen, die bei der Herstellung, Anwendung und Entsorgung des Produktes für die Ableitung von Vergabekriterien für das Umweltzeichen gemäß ISO 14024 relevant sind. Neben Ressourcenverbrauch und Treibhauseffekt wurden Umweltauswirkungen wie Versauerung, Eutrophierungspotenzial und Naturrauminanspruchnahme betrachtet. Quelle: Forschungsbericht

Öle und Fette

Pflanzliche Öle werden als energiereiche Reservestoffe in Speicherorgane von Pflanzen eingelagert. Sie sind chemisch gesehen Ester aus Glycerin und drei Fettsäuren. In Deutschland konzentriert sich der Ölsaatenanbau auf Raps, Sonnenblume und Lein. Im Freistaat Sachsen dominiert auf Grund der Standortbedingungen und vor allem der Wirtschaftlichkeit eindeutig der Raps. Der maximal mögliche Anbauumfang von Raps liegt aus anbautechnischer Sicht bei 25 % der Ackerfläche und ist noch nicht ausgeschöpft (Sachsen 2004: 17 %). Für den landwirtschaftlichen Anbau kommen eine Reihe weiterer ölliefernder Pflanzenarten oder spezieller Sorten in Betracht. Interessant sind sie aus der Sicht der Verwertung insbesondere, wenn sie hohe Gehalte einzelner spezieller Fettsäuren aufweisen. Bei der Verarbeitung können dann aufwändige Aufbereitungs- und Trennprozesse eingespart und die Synthesevorleistung der Natur optimal genutzt werden. Der Anbauumfang ist jedoch meist noch sehr gering. Beispiele sind Nachtkerze und Iberischer Drachenkopf, aber auch Erucaraps und ölsäurereiche Sonnenblumensorten. a) stoffliche Verwertung In der stofflichen Verwertung reichen die Einsatzfelder pflanzlicher Öle von biologisch schnell abbaubaren Schmierstoffen, Lacken und Farben, über Tenside, Kosmetika, Wachse bis zu Grundchemikalien, aber auch Bitumen. b) energetische Verwertung Desweiteren können Pflanzenöle in Fahrzeugen, stationären oder mobilen Anlagen energetisch verwertet werden. Für den breiten Einsatz ist derzeit vor allem Biodiesel geeignet. Dieser kommt als reiner Kraftstoff zum Einsatz, seit 2004 auch in Beimischung zu Dieselkraftstoff. Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich durch die Verwendung von reinem Rapsöl.

Einsatz von biobasiertem Schmierstoff in der spanenden Bearbeitung

Ein Metallbearbeiter aus der Gruppe der kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) hat im Rahmen eines Projekts zwölf CNC-Maschinen auf einen Bioschmierstoff umgestellt. Die Motivation für das Vorhaben ist vielseitig: Wissens- und Erfahrungsvorsprung, Unabhängigkeit von schwankenden Ölpreisen, Mitarbeitergesundheit und Beitrag zum Umweltschutz. Der biobasierte Kühlschmierstoff konnte dem Vergleich zum fossilbasierten Schmierstoff standhalten. Die Standzeit des Bioschmierstoffs ist um rund drei bis sechs Monate länger. Zudem wurde eine Verbesserung der Oberflächenqualität der bearbeiteten Werkstücke festgestellt. Die Maschinen müssen seltener gereinigt werden, da beim eingesetzten Bioschmierstoff das Spülvermögen und die Schmutzaufnahmekapazität im Ver gleich zum mineralischen Pendant deutlich größer sind. Zudem ist der Bioschmierstoff auf Grund einer rückfettenden Wirkung hautverträglicher als fossil-basierte Produkte. Während des Projektzeitraums von zwei Jahren wurden jährlich 1.200 kg Bioschmierstoff verbraucht. In diesem Zeitraum war der Bioschmierstoff um ca. einen Euro pro Liter teurer als das mineralische Schmiermittel. Durch die positiven Effekte des Bioschmierstoffs wurden jährliche Einsparungen von rund 700 Euro erzielt, was den höheren Einkaufspreis teilweise kompensierte.

Anwendung von Bioschmierstoffen in Windkraftanlagen

Im Projekt Winlub wurde der dauerhafte Einsatz von biobasierten Schmierstoffen in Windkraftanlagen durch diverse Forschungsinstitutionen und Unternehmen untersucht. Auf Prüfständen und in dreijährigen Feldversuchen wurden die eingesetzten Bioschmierstoffe bei wechselnden Betriebsparametern und Verunreinigungen in verschiedenen Lager- und Getriebetypen getestet und mit mineralölbasierten Schmierstoffen verglichen. Aufgrund der hervorragenden Schmiereigenschaften und der damit verbundenen im Vergleich zu mineralölbasierten Schmierstoffen geringeren Reibung sank die Temperatur in den untersuchten Rotorlagern. Dies führte zu höheren Wirkungsgraden und zu einem geringeren Bauteilverschleiß. Die funktionsbasierten Prüfkriterien wurden allesamt auch nach dreijährigem Einsatz erfüllt. Zudem konnte kein biologischer Abbau des eingesetzten Schmierstoffs innerhalb der dreijährigen Untersuchungszeit festgestellt werden.

Förderung von nachwachsenden Rohstoffen Umrüstung auf umweltfreundliche Schmierstoffe und Hydrauliköle wird gefördert

Ministerium für Raumordnung, Landwirtschaft und Umwelt Pressemitteilung Nr.: 211/00 Magdeburg, den 31. Juli 2000 Förderung von nachwachsenden Rohstoffen Umrüstung auf umweltfreundliche Schmierstoffe und Hydrauliköle wird gefördert Im Rahmen des neuen Markteinführungsprogramms "Biogene Treib- und Schmierstoffe" fördert das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (BML) Projekte zur Umrüstung von Maschinen, die in umweltsensiblen Bereichen eingesetzt werden, sowie zur Umrüstung von wasserbaulichen Anlagen auf biologisch schnell abbaubare Schmierstoffe und Hydrauliköle auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Darauf wies heute das Ministerium für Raumordnung, Landwirtschaft und Umwelt in Magdeburg hin. Zweck der Förderung ist es, die Praxistauglichkeit von biologisch schnell abbaubaren Schmierstoffen und Hydraulikölen auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu demonstrieren und damit eine stärkere Marktpräsenz zu erreichen. Der Einsatz von biologisch schnell abbaubaren Schmierstoffen und Hydraulikölen bietet besonders für Maschinen in umweltsensiblen Bereichen ( z. B. Maschinen in Kieswerken, Baumaschinen und kommunale Fahrzeuge) als auch in wasserbaulichen Anlagen die Möglichkeit, bei Unfällen und Leckagen die Umwelt zu schonen, da sie keine oder nur geringe Umweltbelastungen verursachen. Weitere Informationen auch hinsichtlich der Förderbedingungen sind über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR). Hofplatz 1, 18276 Gülzow, Tel. 03843/69300 zu erhalten. Impressum: Ministerium für Raumordnung, Landwirtschaft und Umwelt Pressestelle Olvenstedter Str.4 39108 Magdeburg Tel: (0391) 567-1946 Fax: (0391) 567-1920 Mail: pressestelle@mrlu.lsa-net.de Impressum:Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft und Energiedes Landes Sachsen-AnhaltPressestelleLeipziger Str. 5839112 MagdeburgTel: (0391) 567-1950Fax: (0391) 567-1964Mail: pr@mule.sachsen-anhalt.de

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH durchgeführt. Ausgehend von kostengünstigen Nährsubstraten produziert die Firma Hermetia Baruth GmbH hochwertige Insektenproteine, die erfolgreich als allergenfreies Spezialhaustierfutter vermarktet werden. Als Nebenprodukt fallen im Herstellungsprozess Insektenfette an, für die es derzeit noch keine ökonomisch sinnvolle Anwendung gibt. Ziel des Vorhabens BioLube ist die Entwicklung bio-basierter und biologisch-abbaubarer Hochleistungsschmierstoffe auf Basis von Insektenfett für den breiten technischen Einsatz als Hydrauliköl, Schmieröl und Spezialschmierfett. Einsatzgebiete der Zielprodukte sind in fast allen technischen Bereichen zu finden, vor allem aber in umweltsensiblen Bereichen z.B. in der Forst- und Bauwirtschaft, in der Schifffahrt und im Abwassermanagement. Für die Herstellung von Bioschmierstoffen werden derzeit fast ausschließlich additivierte Fettsäureester auf Pflanzenölbasis eingesetzt. Trotz der vergleichsweise schlechten Umweltwirkung sind Palmöl und Palmkernöl die derzeit bedeutendsten Ausgangsöle. Die Umweltwirkung von Bioschmierstoffen aus Insektenfett, für dessen Herstellung Rest- und Abfallstoffe zum Einsatz kommen, würde vergleichsweise deutlich besser ausfallen. Bioschmierstoffe aus Insektenfett könnten darüber hinaus eine höherwertige Alternative zu fossilen Schmierstoffen darstellen mit besseren Schmierstoffeigenschaften wie Tieftemperatureignung und Verdampfungsneigung, wenn eine umfassende und kostengünstige Veredelung des Insektenfetts gelingt. Die Nutzung von Bioschmierstoffen führt beim Anwender zu einem Zusatznutzen z.B. in Form von Energie- und Kosteneinsparungen durch leichteren Maschinenlauf, Reduzierung von Wartungs-, Reparatur-, Stillstandzeiten, einer erhöhten Sicherheit im Fall von Havarien und ein Nachhaltigkeitsvorsprung gegenüber Wettbewerbern.

Teilvorhaben 1: Schmierstoffe aus CO2-Ölen

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Schmierstoffe aus CO2-Ölen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Klüber Lubrication München GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Projekt CO2 Lubricants zielt auf die Umwandlung von CO2 in Schmierstoffe. Am Anfang steht die Bereitstellung von CO2 einerseits als atmosphärisches Konzentrat und andererseits als Gas aus Verbrennungsprozessen. Dieses CO2 wird zur Anzucht optimierter Algenkulturen verwendet, die einen hohen Anteil an Lipiden produzieren. Diese Lipide werden pur oder in weiterverarbeiteter Form für die Herstellung von Hochleistungsschmierstoffen verwendet. Die Öl-freien Reste der Algen können zur Kultivierung von Ölhefen eingesetzt werden. Aus den Ölhefen können dann die gewünschten Schmierstoffe extrahiert werden. Die hergestellten Schmierstoffe sollen zum Schluss auf ihre Leistungsfähigkeit in realen tribologischen Anforderungen hin untersucht werden. Untersuchung der CO2-Öle bzgl. physikalisch-chemischer Eigenschaften (u. a. Untersuchungen zur Temperatur-, Oxidationsstabilität, chem. Verunreinigungen, Tieftemperatur-, Korrosionsverhalten und zu den tribologischen Eigenschaften). Zur Verbesserung von z.B. Temperaturstabilität und Viskosität werden die Öle bei Bedarf weiterverarbeitet (extern durch Unterauftrag). Es folgen Formulierungen von Schmierstoffkonzepten aus CO2-Ölen für ausgewählte Anwendungen inklusive Überprüfung deren Leistungsfähigkeit. Untersucht wird die Verträglichkeit von gängigen Schmierstoffadditiven mit den CO2-Ölen. Fertige Schmierstoffkonzepte werden anhand üblicher Parameter überprüft (Stabilität, Korrosion, tribologische Eigenschaften, Materialverträglichkeit) Als letztes folgt die Überprüfung der Schmierstoffkonzepte mit anwendungsnahen Prüfungen (FE8, FE9, R0F) (teilweise extern). Zu Vergleichszwecken werden Benchmark-Schmierstoffe aus kommerziell erhältlichen nachwachsenden Ölen (HOSO, Estolide,...) für die gleichen Anwendungen wie bei den CO2-Ölen hergestellt und abgeprüft. Bereitstellung von Schmierstoffkonzepten für den Partner AUDI. Unterstützung des Partners AUDI in allen auftretenden schmierungstechnischen und tribologischen Fragestellungen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hermetia Baruth GmbH durchgeführt. Ausgehend von kostengünstigen Nährsubstraten produziert die Firma Hermetia Baruth GmbH hochwertige Insektenproteine, die erfolgreich als allergenfreies Spezialhaustierfutter vermarktet werden. Als Nebenprodukt fallen im Herstellungsprozess Insektenfette an, für die es derzeit noch keine ökonomisch sinnvolle Anwendung gibt. Ziel des Vorhabens BioLube ist die Entwicklung bio-basierter und biologisch-abbaubarer Hochleistungsschmierstoffe auf Basis von Insektenfett für den breiten technischen Einsatz als Hydrauliköl, Schmieröl und Spezialschmierfett. Einsatzgebiete der Zielprodukte sind in fast allen technischen Bereichen zu finden, vor allem aber in umweltsensiblen Bereichen z.B. in der Forst- und Bauwirtschaft, in der Schifffahrt und im Abwassermanagement. Für die Herstellung von Bioschmierstoffen werden derzeit fast ausschließlich additivierte Fettsäureester auf Pflanzenölbasis eingesetzt. Trotz der vergleichsweise schlechten Umweltwirkung sind Palmöl und Palmkernöl die derzeit bedeutendsten Ausgangsöle. Die Umweltwirkung von Bioschmierstoffen aus Insektenfett, für dessen Herstellung Rest- und Abfallstoffe zum Einsatz kommen, würde vergleichsweise deutlich besser ausfallen. Bioschmierstoffe aus Insektenfett könnten darüber hinaus eine höherwertige Alternative zu fossilen Schmierstoffen darstellen mit besseren Schmierstoffeigenschaften wie Tieftemperatureignung und Verdampfungsneigung, wenn eine umfassende und kostengünstige Veredelung des Insektenfetts gelingt. Die Nutzung von Bioschmierstoffen führt beim Anwender zu einem Zusatznutzen z.B. in Form von Energie- und Kosteneinsparungen durch leichteren Maschinenlauf, Reduzierung von Wartungs-, Reparatur-, Stillstandzeiten, einer erhöhten Sicherheit im Fall von Havarien und ein Nachhaltigkeitsvorsprung gegenüber Wettbewerbern.

Teilvorhaben 1: Entwicklung eines Verfahrens zur Gewinnung von Lupenen

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Entwicklung eines Verfahrens zur Gewinnung von Lupenen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung durchgeführt. Nach dem heutigen Stand der Technik werden als Schmierfett-Additive vor allem Metallseifen, anorganische Füllstoffe, Kunststoffe und Polyharnstoffe als die verdickende Komponente in Schmierfetten eingesetzt. Jedoch auch die Gruppe der pentazyclischen Triterpene spielt wegen ihrer ölverdickenden Wirkung, unter Ausbildung einer 3-dimensionalen Gelnetzwerkes, eine wichtige Rolle. Diese Eigenschaft ist für die Herstellung von Schmierfetten bisher noch nicht erschlossen worden. Das Gesamtziel des Vorhabens ist es, eine neuartige, leistungsfähige Schmierfettplattform zu entwickeln, die ausschließlich auf pflanzlichen Verdickersystemen basiert. Ein derartiges Produkt existiert bisher nicht am Markt. Als Ausgangsmaterialien werden dafür pflanzliche Öle sowie Lupenverbindungen aus Rindenreststoffen der Holzverarbeitung verwendet. Lupene weisen eine hohe Zahl an funktionellen Gruppen auf, mit denen es möglich ist, pflanzliche Öle zu einem Fett zu verdicken und damit ein stabiles Oleogel zu bilden. Das neuartige Schmierfett soll durch die Kombination von Ölen und Lupenen Härtegrade nach NLGI (National Lubricating Grease Institute) von 0 bis 3 erreichen und dadurch einen großen Einsatzbereich für dieses Produkt eröffnen.

Teilvorhaben 3: Eignung biogener Fette für Blatt und Turmlager

Das Projekt "Teilvorhaben 3: Eignung biogener Fette für Blatt und Turmlager" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rothe Erde GmbH, Werk Lippstadt durchgeführt. Das gemeinsame Ziel des Verbundvorhabens ist die Ermittlung und Optimierung der Leistungsfähigkeit biologisch schnell abbaubarer Schmierstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe in Getrieben und Wälzlagern moderner Windkraftanlagen. Die Umsetzung des Forschungsvorhabens soll dazu beitragen- dem Umweltschutz Rechnung zu tragen, - begrenzte fossile Rohstoffe durch nachwachsende Rohstoffe zu substituieren, - der heimischen Landwirtschaftneue Märkte zu eröffnen, - die vorteilhaften Eigenschaften biologischabbaubarer Schmierstoffe zur Leistungssteigerung von Windkraftanlagen nutzbar zu machen. Arbeitsplanung: Zur Verwirklichung dieser Zielvorstellungen wurde ein Projektteam gebildet, das universitäre mit praxisnahe industrielle Forschungs-/Entwicklungsarbeit verbindet. Im Zentrum des Vorhabens steht die Umstellung von Getriebeölen und Schmierfetten ausgewählter Windkraftanlagen auf biogene Schmierstoffe und deren überwachter Betrieb, wobei auch moderne Online-Sensorik zum Einsatz kommen s oll. Ergebnisverwertung: Durch Nachweis des Leistungspotenzials der biogenen Öle und Schmierfette in Windkraftanlagen ergibt sich eine deutlich verbesserte Basis für deren Verbreitung.

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