Dieselverschmutzung in Baustellentanks

Ein Projekt in Zusammenarbeit mit BAKO AG

A) Alterungsversuch mit Dieselproben nach 7 Monaten je links mit Wasserabsorber (braune Kugeln, Mitte ohne Zusatz und rechte Kolonne mit Wasser Lagerung (A-C) Probe Nr. NP20-037,(D-F) Probe Nr. AU19-0824 und (G-I) Referenz 2. B) Mikroskop Aufnahme von den Ablagerung. Bilder: J.Stenqvist HLS FHNW

A) GC-MS Analyse der Probe Nr. NP20-037 mittels GC-MS (Agilent, scan 35-400 m/z) Eindeutige Signale der Fettsäurenmethylester (eng. Abk.: FAMEs) bei 18.6 Sekunden. B) Biodieselkonzentration von allen zentrifugierten Dieselproben und den zwei Referenzen ab Tankstelle (Ref 1 & 2) Bild: J.Stenqvist HLS FHNW

Handelsüblicher Filterkorb gefüllt mit Molekularsiebkugeln eingebaut in BAKO-Tank.

Maschinenausfälle bei Kunden und das vermehrte Auftreten von verschmutztem Diesel in Baustellentanks anlässlich der wiederkehrenden Prüfungen, hat die Firma BAKO AG dazu bewogen eine Studie über die Ursachen dieser Verschmutzungen anzugehen. In Zusammenarbeit mit Dr. Sina Saxer und Johan Stenqvist von dem NanoLab der Hochschule für Life Sciences FHNW in Muttenz und mit finanzieller Unterstützung des High Tech Zentrums Aargau sowie dem Erhalt eines Innovationscheckes von Innosuisse, konnten die notwendigen Untersuchungen gemacht werden.

In einer ersten Phase wurden Proben von Diesel und „Schlamm“ von verschmutzten Tanks anlässlich der wiederkehrenden Tank Prüfungen entnommen und das NanoLab führte eine Literaturstudie zum Thema Dieselverschmutzung durch. Für Referenzzwecke diente Diesel der ortsansässigen Tankstellen. Bereits in der Literaturstudie zeigte sich, dass Anteile von Biodiesel; unabhängig vom prozentualen Anteil die Bildung von organischem Sediment im Diesel begünstigt. Dieser wird mikrobiologisch von Pilzen, Hefen und Bakterien gebildet, die sich gerne von langen Kohlenwasserstoffketten (C10-18) ernähren, gerade die Fettsäurenmethylester (engl.Abk.: FAME) die nur im Biodiesel vorhanden sind bieten da einen guten Nahrungsgrundlage, zudem ist Biodiesel weniger giftig also für alle Mikroorganismen besser verträglich. Temperaturen zwischen 20-35°C sind ideal und begünstigen dieses biologisches Wachstum zusätzlich. Eine grosse Rolle für das Wachstum spielt auch der Wassergehalt, dieser ist im Biodiesel mind. 3x höher als im Mineralischen Diesel. Ein geringer Anteil an Biodiesel fördert zudem auch den mikrobiologischen Abbau von Mineralischem Diesel. Die gebildeten Sedimente sind grösstenteils verantwortlich für verstopfte Filter, Einspritzsysteme etc. sie können über gebildete Metaboliten aber auch zu sogenannter mikrobiologisch induzierten Korrosion führen. 

Für die Labor-Untersuchung der Dieselproben wurden die Verunreinigten Phasen & der Restdiesel gemessen und mit unterschiedlichen Methoden (Wasseranalyse, Trübungsmessungen, etc) untersucht. Um die Sedimentzunahme zu untersuchen wurde im NanoLab die teilweise stark kontaminierten Dieselproben zuerst zentrifugiert und die schon vorhandenen untere Sediment-Phase (Flüssigkeit & Feststoff) entfernt. Ziel war es zu verstehen ob die Mikrobiologische Verunreinigung weiter wächst oder ob das Endstadium erreicht wurde. Die Veränderungen waren so auch besser sichtbar. Die obere Dieselphase wurde dann gedrittelt wobei einer Probe 5% destilliertes Wasser zugefügt; der zweiten je 1g Wasserabsorber pro 10mL Probe beigegeben wurde während die dritte Probe ohne Zugabe als Referenz diente. Diese Proben wurden während 7 Monaten dunkel, bei Raumtemperatur gelagert. Es war sehr interessant, dass die Proben mit Wasser, schon über Nacht eindeutige Ablagerungen und Trübungen zeigten, während die Proben mit Trocknungsmittel auch nach den 7 Monaten Ablagerungsfrei blieben (Bild 1), mit Ausnahme einer Probe, die sehr stark verunreinigt war und auch in sämtlicher Analytik (z.B.Trübungsuntersuchung) herausstach. Aber auch bei dieser Probe war ein signifikanter Unterschied zwischen mit und ohne Wasser ersichtlich. 

Mikroskopie Aufnahmen (Bild 1B) zeigen, dass die Sedimente aus flüssigen und festen Teilen zusammengesetzt sind, wobei die Flüssigkeit wässrig ist und die Feststoffe aus Metallteilchen aber auch aus organischen Materialien bestehen. Mittels Methylenblau Färbung konnte man Pilz Filamente erkennen, die genaue biologische Zusammensetzung müsste aber noch weiter untersucht werden. Sämtlich Proben wurden auch mittels GC-MS (Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung) auf Ihre Zusammensetzung analysiert (Bild 2). Die FAMEs die nur im Biodiesel vorhanden sind, ermöglichen eine eindeutige Unterscheidung zwischen Biodiesel und Mineralischem Diesel. Da die Proben aber über mehrere Jahre in den Tanks lagerten und diese ständig neu befüllt wurden, wurde angenommen, dass es sich um Mischungen aus beidem handelte. Die beiden Tankstellen Referenzproben waren mit (6.9 & 6.0 %) sehr nahe an dem zulässigen FAME Anteil Wert von 7% gemäss der gültigen Norm für Dieseltreibstoff EN590. Die verschmutzten Proben wiesen grösstenteils geringere Biodiesel Anteile (0.6-7% ) aus. Es konnte kein spezifischer Hinweis zwischen dem Gehalt an Biodiesel und Schleimwachstum festgestellt werden. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass nach Auskünften von Baufirmen im Werkhof oft Diesel ohne Biodieselanteil eingekauft wird, hingegen die Befüllung der Tanks auf der Baustelle mit handelsüblichem Diesel mit 7% prozentigem FAME-Anteil erfolgt. Somit sind in den Tanks ständig Mischungen vorhanden und es ist nicht klar ersichtlich zu welchem Zeitpunkt und unter welchen Bedingungen das Wachstum erfolgte. Anhand der Langzeitstudien konnte man aber eindeutig feststellen, dass Wasser die Sedimentbildung verstärkt. Um die Bildung von „Dieselschlamm“ zu verhindern wäre es demnach als erstens wichtig die Arbeitsschritte so anzupassen, dass der Tank möglichst wasserfrei bleibt. Zudem kann eine gewisse Menge an Restwasser im Diesel mit einem im Tank verbauten (regenerierbar) Wasserabsorber wie Molekularsieb, über eine bestimmte Zeit entfernt werden. Die Firma BAKO AG entwickelte dazu ein neues Produkt (Bild 3) das aktuell noch in der Testphase ist. Nach erfolgreichem Abschluss sollte es dann als ergänzendes Angebot zum Unterhalt von Baustellentanks angeboten werden.

1 G.Dodos, F. Zannikos, Microbiological Growth Study of Biodiesel Fuel, SAE Int. J. Fuels Lubr.  2013, 6(2), 419-429 

2 M. Dos Santos Bernardes, Biofuel’s Engineering Process Technology, 2011, IntechOpen, ISBN: 978-953-307-480-1

3 J.C.Pasqualino, D.Montané, J.SalvadóSynergic effects of biodiesel in the biodegradability of fossil-derived fuels. Biomass and Bioenergy, 2006, 30 (10), 874–879.

Kontakt

Sina Saxer

Head of nanoLab

Address:

FHNW – School of Life Sciences
nanoLab
Hofackerstrasse 30
4132 Muttenz
Switzerland

Der vollständige Bericht der Fachhochschule Nordwestschweiz kann bei der Firma BAKO AG unter der E-Mail Adresse info@bako-ag.ch bestellt werden.

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