Motoröl für Biogasanlagen

Welches Motoröl ist das richtige für Ihre stationären Gasmotoren?

Das richtige Öl für Stationäre-Gasmotoren.
Gerade im Bereich der stationären Gasmotoren ist die Auswahl des richtigen Motorenöles und die kompetente Betreuung des Dauerbetriebs von entscheidender Bedeutung für einen störungsfreien Betrieb, eine hohe Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit sowie eine lange Lebensdauer.
 
Brenngase und deren Zusammensetzung.
In den verschiedenen Anwendungsfällen der BHKW können unterschiedliche Brenngase verwendet werden. Als Brenngas bezeichnet man die für den Gasmotorenbetrieb geeigneten Gasgemische, deren Gasqualität und –zusammensetzung während des Betriebs variieren kann. Dies kann durch ein angepasstes Anlagen- und Motorenmanagement kompensiert werden, damit zu große Abweichungen von den Eigenschaften und  schädlichen Substanzen nicht die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Effizienz des Motors einschränken.
Brenngase bestehen aus Hauptkomponenten, die die nötige Energie für den Verbrennungsprozess liefern oder die Verbrennungseigenschaften direkt beeinflussen (Methanzahl), und Begleitstoffen, wie beispielsweise Verunreinigungen aus der Gaserzeugung
 
Die Hauptkomponenten bestimmen die für den physikalischen Motorbetrieb relevanten Brennstoffeigenschaften
(Klopffestigkeit, Heizwert, Verbrennungsluftverhältnis, Verbrennungstemperatur, laminare  Flammengeschwindigkeit, Zündgrenzen). Hierzu gehören beispielsweise Methan als der wichtigste Träger für Brennwert und Energiegehalt des Brenngases, Wasserstoff und höhere Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise
Propan oder Butan sowie inerte Gase wie Stickstoff und Kohlenstoffdioxid. Als Begleitstoffe können Chlor, Fluor, Schwefel oder Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Silizium oder Staub genannt werden. Die Auswirkungen dieser
Verunreinigungen sind abhängig von der vorhandenen Menge im Motorraum während des Betriebs.
 
Je niedriger der Heizwert eines Brenngases ist, desto höher ist die Menge des im Verbrennungsprozess genutzten Gases und desto größer ist auch der Anteil der Verunreinigungen. Verunreinigungen wie Schwefelverbindungen treten hauptsächlich bei Sondergasen auf, wodurch diese durch Oxidation schneller zu sauren Verbindungen reagieren können. Dadurch wird das Neutralisierungsvermögen des Schmierstoffs schneller aufgebraucht. Eine weitere Schwierigkeit dieser Gase besteht in der schwankenden Zusammensetzung
und Qualität, die sich auch während des Betriebes ständig verändern kann. Die verschiedenen Gase stellen  daher unterschiedliche Herausforderungen an Motoren und Motorenöle.
 
 
Auf den richtigen Schmierstoff kommt es an.
 
Anforderungen an Gasmotorenöle.
 
Der Einsatz in Blockheizkraftwerken, Deponien, Klär- und Biogasanlagen ist gekennzeichnet von Dauerbetrieb nahe der Höchstleistung des Motors. Die hohe Klopffestigkeit der Brenngase führt im Gasmotor zu sehr hohen  Nutzdrücken, die wiederum zu sehr hohen Verbrennungstemperaturen führen. Die Folge ist eine verstärkte  Bildung von NOX, das mit dem eingesetzten Motorenöl reagiert und zu Oxidation sowie Nitrierung des Öles – verbunden mit einem Anstieg der Viskosität – führt.
 
Ebenso besteht durch die Bildung organischer und anorganischer Säuren die Gefahr einer Ölversäuerung sowie korrosivem Verschleiß im Ölkreislauf.
 
Folgende besonderen Anforderungen stellen sich daher an das Gasmotorenöl:
- hohe thermische Stabilität,
- hohe Alterungsbeständigkeit und
- gutes Neutralisationsvermögen (alkalische Reserve).
 
Im Bereich Gasmotorenöle gibt es je nach Anwendungsfall verschiedene Anforderungen, denen die Öle durch unterschiedliche Eigenschaften gerecht werden. Es lässt sich auch hier wieder zwischen Anwendungen mit Erdgas oder gereinigtem Biogas (verringerter Schwefelanteil) und Anwendungen mit Sondergasen unterscheiden.
 
 
Technischer Hintergrund.
 
Die Sulfatasche (SA) eines Motorenöles entsteht aus bestimmten, im Öl enthaltenen Additivkomponenten, den so
genannten Aschebildnern. Diese Aschebildner beeinflussen die Motorsauberkeit, das Neutralisationsvermögen, die Alterungsbeständigkeit und die Verschleißschutzeigenschaften des Öles. Das Element Zink ist einer der Aschebildner und wird in herkömmlichen Motorenölen als metallorganische Wirkstoffverbindung in Form von ZnDTP (Zinkdialkyldithiophosphat) eingesetzt. Es sorgt hier für einen hohen Verschleißschutz und Korrosionsschutz sowie gute Antioxidationseigenschaften. Allerdings gelangt dieses Additiv aufgrund der mit Öl benetzten Zylinderlaufbuchsen in den Brennraum des Motors. Dort entstehen bei der Verbrennung
Aschekomponenten, die Ablagerungen an Kolben, Zylinderkopf, Ventilen sowie im Katalysator zur Folge haben. Diese Ablagerungen sorgen für Verschleiß von Bauteilen und führen langfristig zu Leistungsverlusten und vorzeitigem Ausfall des Motors.
 
Je höher der Anteil an ZnDTP, desto höher sind Verschleißschutz und Antioxidationseigenschaften –jedoch auch der Anteil an gebildeter Sulfatasche.
 
Wirkstoffe, die Kalziumverbindungen enthalten, sind Hauptbestandteil so genannter Detergentien. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Ölkohleablagerungen an Kolbenringen, Nuten und Stegen der Kolben. Diese Ablagerungen können schleifend auf die  Zylinderlaufbuchsen wirken und zu Spiegelflächenbildung führen. Diese Detergentien sind ebenso für das Neutralisationsvermögen bzw. die alkalische Reserve (ausgedrückt in der Basenzahl, TBN) eines Motorenöles verantwortlich, verhindern somit eine Übersäuerung des Öles und schützen dadurch vor korrosivem Verschleiß im Ölkreislauf.
 
Je höher der Anteil der Detergentien bzw. Kalziumverbindungen, desto höher ist sowohl die Motorsauberkeit als auch die TBN– jedoch ebenfalls der Anteil an gebildeter Sulfatasche.
 
Der hier entstehende Konflikt lässt sich deutlich erkennen:
Ein hoher Anteil an Detergentien und ZnDTP im Öl sorgt für ein hohes Neutralisationsvermögen, hohen  Verschleißschutz und hohe Alterungsbeständigkeit, hat jedoch gleichzeitig einen hohen Sulfataschebeitrag zur Folge. Somit ist es unmöglich, ein Universalprodukt für alle Gasmotoren zu entwickeln. Da je nach Brenngastyp verschiedene Sulfataschebegrenzungen vom Motorenhersteller empfohlen bzw. vorgeschrieben werden, können die einzelnen Eigenschaften des Öles nur begrenzt optimiert werden.
 
Deshalb ist es wichtig, das am besten  geeignete Gasmotorenöl für den jeweiligen Einsatzzweck auszuwählen. Beim Betrieb von Motoren mit  Brenngasen niedriger Schadstoffbelastung (z.B. Erdgas) werden in der Regel aschearme  (SA <0,5 Gew.-%) Motorenöle von den Motorenherstellern empfohlen, da eine hohe Motorsauberkeit gegenüber einem hohen Neutralisationsvermögen bevorzugt wird. Beim Betrieb mit Brenngasen erhöhter  Schadstoffbelastung wie z.B. Schwefel, Chlor und Fluor werden hingegen meist Motorenöle mit einem höheren Sulfataschegehalt (maximal 1 Gew.-%) zugelassen, um das Neutralisationsvermögen zu erhöhen und dadurch längere Ölwechselintervalle zu erreichen.

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Das richtige Öl für Stationäre-Gasmotoren.
Gerade im Bereich der stationären Gasmotoren ist die Auswahl des richtigen Motorenöles und die kompetente Betreuung des Dauerbetriebs von entscheidender Bedeutung für einen störungsfreien Betrieb, eine hohe Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit sowie eine lange Lebensdauer.
 
Brenngase und deren Zusammensetzung.
In den verschiedenen Anwendungsfällen der BHKW können unterschiedliche Brenngase verwendet werden. Als Brenngas bezeichnet man die für den Gasmotorenbetrieb geeigneten Gasgemische, deren Gasqualität und –zusammensetzung während des Betriebs variieren kann. Dies kann durch ein angepasstes Anlagen- und Motorenmanagement kompensiert werden, damit zu große Abweichungen von den Eigenschaften und  schädlichen Substanzen nicht die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Effizienz des Motors einschränken.
Brenngase bestehen aus Hauptkomponenten, die die nötige Energie für den Verbrennungsprozess liefern oder die Verbrennungseigenschaften direkt beeinflussen (Methanzahl), und Begleitstoffen, wie beispielsweise Verunreinigungen aus der Gaserzeugung
 
Die Hauptkomponenten bestimmen die für den physikalischen Motorbetrieb relevanten Brennstoffeigenschaften
(Klopffestigkeit, Heizwert, Verbrennungsluftverhältnis, Verbrennungstemperatur, laminare  Flammengeschwindigkeit, Zündgrenzen). Hierzu gehören beispielsweise Methan als der wichtigste Träger für Brennwert und Energiegehalt des Brenngases, Wasserstoff und höhere Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise
Propan oder Butan sowie inerte Gase wie Stickstoff und Kohlenstoffdioxid. Als Begleitstoffe können Chlor, Fluor, Schwefel oder Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Silizium oder Staub genannt werden. Die Auswirkungen dieser
Verunreinigungen sind abhängig von der vorhandenen Menge im Motorraum während des Betriebs.
 
Je niedriger der Heizwert eines Brenngases ist, desto höher ist die Menge des im Verbrennungsprozess genutzten Gases und desto größer ist auch der Anteil der Verunreinigungen. Verunreinigungen wie Schwefelverbindungen treten hauptsächlich bei Sondergasen auf, wodurch diese durch Oxidation schneller zu sauren Verbindungen reagieren können. Dadurch wird das Neutralisierungsvermögen des Schmierstoffs schneller aufgebraucht. Eine weitere Schwierigkeit dieser Gase besteht in der schwankenden Zusammensetzung
und Qualität, die sich auch während des Betriebes ständig verändern kann. Die verschiedenen Gase stellen  daher unterschiedliche Herausforderungen an Motoren und Motorenöle.
 
 
Auf den richtigen Schmierstoff kommt es an.
 
Anforderungen an Gasmotorenöle.
 
Der Einsatz in Blockheizkraftwerken, Deponien, Klär- und Biogasanlagen ist gekennzeichnet von Dauerbetrieb nahe der Höchstleistung des Motors. Die hohe Klopffestigkeit der Brenngase führt im Gasmotor zu sehr hohen  Nutzdrücken, die wiederum zu sehr hohen Verbrennungstemperaturen führen. Die Folge ist eine verstärkte  Bildung von NOX, das mit dem eingesetzten Motorenöl reagiert und zu Oxidation sowie Nitrierung des Öles – verbunden mit einem Anstieg der Viskosität – führt.
 
Ebenso besteht durch die Bildung organischer und anorganischer Säuren die Gefahr einer Ölversäuerung sowie korrosivem Verschleiß im Ölkreislauf.
 
Folgende besonderen Anforderungen stellen sich daher an das Gasmotorenöl:
- hohe thermische Stabilität,
- hohe Alterungsbeständigkeit und
- gutes Neutralisationsvermögen (alkalische Reserve).
 
Im Bereich Gasmotorenöle gibt es je nach Anwendungsfall verschiedene Anforderungen, denen die Öle durch unterschiedliche Eigenschaften gerecht werden. Es lässt sich auch hier wieder zwischen Anwendungen mit Erdgas oder gereinigtem Biogas (verringerter Schwefelanteil) und Anwendungen mit Sondergasen unterscheiden.
 
 
Technischer Hintergrund.
 
Die Sulfatasche (SA) eines Motorenöles entsteht aus bestimmten, im Öl enthaltenen Additivkomponenten, den so
genannten Aschebildnern. Diese Aschebildner beeinflussen die Motorsauberkeit, das Neutralisationsvermögen, die Alterungsbeständigkeit und die Verschleißschutzeigenschaften des Öles. Das Element Zink ist einer der Aschebildner und wird in herkömmlichen Motorenölen als metallorganische Wirkstoffverbindung in Form von ZnDTP (Zinkdialkyldithiophosphat) eingesetzt. Es sorgt hier für einen hohen Verschleißschutz und Korrosionsschutz sowie gute Antioxidationseigenschaften. Allerdings gelangt dieses Additiv aufgrund der mit Öl benetzten Zylinderlaufbuchsen in den Brennraum des Motors. Dort entstehen bei der Verbrennung
Aschekomponenten, die Ablagerungen an Kolben, Zylinderkopf, Ventilen sowie im Katalysator zur Folge haben. Diese Ablagerungen sorgen für Verschleiß von Bauteilen und führen langfristig zu Leistungsverlusten und vorzeitigem Ausfall des Motors.
 
Je höher der Anteil an ZnDTP, desto höher sind Verschleißschutz und Antioxidationseigenschaften –jedoch auch der Anteil an gebildeter Sulfatasche.
 
Wirkstoffe, die Kalziumverbindungen enthalten, sind Hauptbestandteil so genannter Detergentien. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Ölkohleablagerungen an Kolbenringen, Nuten und Stegen der Kolben. Diese Ablagerungen können schleifend auf die  Zylinderlaufbuchsen wirken und zu Spiegelflächenbildung führen. Diese Detergentien sind ebenso für das Neutralisationsvermögen bzw. die alkalische Reserve (ausgedrückt in der Basenzahl, TBN) eines Motorenöles verantwortlich, verhindern somit eine Übersäuerung des Öles und schützen dadurch vor korrosivem Verschleiß im Ölkreislauf.
 
Je höher der Anteil der Detergentien bzw. Kalziumverbindungen, desto höher ist sowohl die Motorsauberkeit als auch die TBN– jedoch ebenfalls der Anteil an gebildeter Sulfatasche.
 
Der hier entstehende Konflikt lässt sich deutlich erkennen:
Ein hoher Anteil an Detergentien und ZnDTP im Öl sorgt für ein hohes Neutralisationsvermögen, hohen  Verschleißschutz und hohe Alterungsbeständigkeit, hat jedoch gleichzeitig einen hohen Sulfataschebeitrag zur Folge. Somit ist es unmöglich, ein Universalprodukt für alle Gasmotoren zu entwickeln. Da je nach Brenngastyp verschiedene Sulfataschebegrenzungen vom Motorenhersteller empfohlen bzw. vorgeschrieben werden, können die einzelnen Eigenschaften des Öles nur begrenzt optimiert werden.
 
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