Verfahren zur Reduzierung der Schadstoffemission

Abstract

 Zur Senkung von Schadstoffemissionen bei Otto- und Dieselmotoren wird die Verwendung von Verbindungen der Formel

in der R₁, R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen stehen als Additiv vorgeschlagen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Additiv für Kraftstoffe, mit welchem die Schadstoffemmission reduziert werden kann, sowie Kraftstoffe, welche das Additiv enthalten und ein Verfahren zur Reduktion der Schadstoffemission.

[0002] Neben dem eindeutigen Nachweis der Veränderung des Klimas durch zunehmende Erwärmung, u.a. bedingt durch den CO₂-Ausstoß bei der Oxidation fossiler Brennstoffe, wird die Umwelt darüber hinaus belastet beim Ottomotor durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe und beim Dieselmotor durch Fein- und Feinststaub sowie durch Stickoxide. Die Reduzierung dieser Schadstoffe beim Ottomotor durch Oxidationskatalysatoren und beim Dieselmotor durch Partikelfilter zeigt die Bedeutung dieser Schademissionen. Der ideale Weg wäre hier die vollständige Verbrennung der fossilen Brennstoffe direkt im Energiegewinnungsprozess und nicht die nachträgliche Beseitigung im Abgas. Der Vorteil läge nicht nur in der Reduktion der Schademissionen, sondern auch in der zusätzlichen Energiegewinnung und damit Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und damit letztendlich auch in der Reduktion der CO₂-Emission

[0003] Lösungen dieses Problems wurden bereits in vielfältiger Weise aufgezeigt. Die WO 00/17290 beschreibt Glyoxal oder dessen Acetale bzw. Hemiacetale als Additiv. Langzeitbeobachtungen zeigten jedoch, dass die Reproduzierbarkeit der dort offenbarten Ergebnisse relativ großen Schwankungen unterlag und darüber hinaus Einspritzpumpen Schäden nahmen durch Phasentrennung, die in einigen Fällen erst nach Wochen auftrat. Die Phasentrennung trat dabei nicht nur bei der wässrigen Phase des Glyoxals in Verbindung mit den dort verwendeten Emulgatoren auf, sondern auch bei den verwendeten Acetalen, was zunächst überrascht, da Acetale gemeinhin als kohlenwasserstofflöslich gelten.

[0004] Es bestand daher die Aufgabe, Additive zu finden, welche die vorgenannten Probleme nicht aufweisen.

[0005] Überraschend wurde nun gefunden, dass Verbindungen der Formel 1:

in denen R₁, R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen stehen bei einer Zugabe zu Kraftstoffen die Schadstoffemissionen und/oder den Verbrauch senken.

[0006] Die Erfindung löst somit die obige Aufgabe durch ein Verfahren zur Reduktion der Schadstoffemission, bei dem eine Verbindung der Formel 1 dem Kraftstoff in einer Menge von 0,01 bis 10 Vol.-% zugesetzt wird. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftstoffadditiv umfassend eine Verbindung der Formel 1 sowie durch Kraftstoffe enthaltend eine Verbindung der Formel 1.

[0007] Vorzugsweise handelt es sich bei den Alkylresten um Methyl-, Ethyl-, iso-Propyl-, n-Propyl-, iso-Butyl-, n-Butyl- oder tert.-Butylreste. Die Reste können gleich oder verschieden sein.

[0008] Besonders bevorzugt sind Methyl-, Ethyl-, i-Propyl- und n-Propylreste. Weiterhin sind Verbindungen der Formel 1 bevorzugt, in welchen R₁ für Methyl steht und die Reste R₂ und R₃ gleich sind und für Methyl oder Ethyl oder Propyl stehen. Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel 1, bei denen zumindest zwei der Reste Methyl sind. Ganz besonders bevorzugt sind R₁, R₂ und R₃ Methylgruppen, d.h. die Verbindung der Formel 1 ist 1,1-Dimethoxy-propan-2-on.

[0009] Die erfindungsgemäß einzusetzende Menge an Additiv ist gering, es werden 0,01 bis 10 Vol.-%, vorzugsweise 0,05 bis 5 Vol.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 Vol.-% und insbesondere 0,25 bis 0,5 Vol.-% zugefügt.

[0010] Die Erfindung löst das obige Problem nicht nur vollständig, sondern bringt speziell für Dieselmotoren auch deutlich bessere Ergebnisse in der Reduktion des Feinstaubes.

[0011] Auffallend ist bei der Verwendung des 1,1-Dimethoxy-propan-2-on, dass es sich spontan wesentlich besser löst als die in WO 00/17290 vorgeschlagenen Acetale und darüber hinaus bereits eine drastische Reduktion der Schadstoffemission bei Verwendung sehr niedriger Konzentrationen von nur 1 ‰ bewirkt.

[0012] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren naher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 a und 1 b den Effekt von 1, 2 und 3 Vol.-% Additiv auf Feinstaub bei einem Diesel-Motor Ford 1,8 l ohne Partikelfilter

Figur 2 den Effekt von 0,5 und 0,8 Vol.-% Additiv auf Feinstaub bei einem Diesel-Motor BMW 530D 193 PS mit Partikelfilter

Figur 3 den Effekt von 0,25 Vol.-% Additiv auf Feinstaub bei einem Diesel-Motor BMW 530D 193 PS mit Partikelfilter

Figur 4 den Effekt von 0,1 Vol.-% Additiv auf Feinstaub bei einem Diesel-Motor BMW 530D 193 PS mit Partikelfilter

Figur 5 den Effekt von 1 Vol.-% Additiv auf den Gehalt an Kohlenwasserstoffen im Abgas bei Leerlauf bei einem Otto-Motor Ford Focus 1,9 l ohne Katalysator

Figur 6 den Effekt von 1 Vol.-% Additiv auf den Gehalt an Kohlenwasserstoffen im Abgas bei erhöhtem Leerlauf bei einem Otto-Motor Ford Focus 1,9 l ohne Katalysator

[0013] Die Figuren 1a, 1b und 2 demonstrieren den Effekt des Zusatzes von 1,1-Dimethoxy-propan-2-on (Synonym: Milchsäurealdehyddimethylacetal) auf den Feinstaub bei Dieselmotoren. Gemessen wurde der Feinstaubgehalt nach dem Absorptionsverfahren mit einem Mega compaa GM3 (Gutmann Messtechnik GmbH, DE) nach Vorschrift des Herstellers. Das Additiv wurde mit einem Messzylinder abgemessen und während der angegebenen Zeiten dem Treibstoff zugefügt. Gestartet wurde jeweils ohne Additiv, die unterschiedlichen Ausgangswerte beruhen auf dem aktuellen Verschmutzungsgrad des Motors.

[0014] Die Figuren 1 a und1 b zeigen Messungen des Schadstoffausstoßes ohne Partikelfilter. Es zeigt sich, dass mit 1 Vol.-% Additiv bereits eine Reduktion des Feinstaubes unter den Grenzwert möglich ist, den Partikelfilter für die amtliche Zulassung erreichen müssen. Das Ausmaß der Reduktion hängt aber auch vom Ausgangszustand des Motors ab, vorteilhaft wird eine besonders starke Wirkung bei schlechteren Ausgangswerten des Schadstoffausstoßes erreicht.

[0015] Wird ein moderner Partikelfilter eingesetzt, erweist sich die Substanz als noch wirksamer (Figur 2). Es kommt zu einer Reduktion bis zu 93 Vol.-% initial, die sich nach längerer Laufzeit bei einer Reduktion von 60-70 % des Feinstaubes einpendelt. Ein Zusatz von einem halben Volumenprozent bewirkt bereits den initialen enormen Effekt einer Partikelsenkung von ca. 93 %. Bei diesem Versuch war zeitweise gar kein Feinstaub mehr nachweisbar. Eine weitere Zugabe auf einen Gehalt von 0,8 Vol.-% verbessert die Wirkung nur noch um etwa 10%.

[0016] Die in Figuren 3 und 4 dargestellten Messungen belegen, dass für 1,1-Dimethoxy-propan-2-on bei ca. 0,25 Vol.-% immer noch eine Reduktion des Feinstaubes um 21,5 % bei Diesel mit Partikelfilter erreicht wird (Figur 3) und selbst bei 0,1 Vol.-% (Fig. 4) ein Effekt erkennbar ist.

[0017] Der Vorteil gegenüber WO 00/17290 liegt in der Verwendung einer Monosubstanz und der damit verbundenen besseren Steuerbarkeit des Zusatzes.
Dieselmotoren, die mit einem derart additivierten Treibstoff betrieben werden, zeigen eine auffallende Laufruhe, was auf einen besonders harmonischen Verbrennungsablauf schließen lässt.

[0018] Die Substanz wirkt auch bei Ottomotoren, wie die Figuren 5 und 6 zeigen: Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe (abgekürzt HC) werden bei einem Ottomotor (Ford 1,9 l, 4-Zylinder Reihenmotor, 105 PS) nach Zusatz von 1 Vol.-% Additiv bei Leerlauf um ca. 81% und bei erhöhtem Leerlauf um ca. 92% reduziert, Kohlenmonoxid war nicht mehr nachweisbar. Die Messung erfolgte mit einem Sun Scope (Hersteller: Sun Electric, Mettmann, DE) vor dem Katalysator. Gut zehn Minuten nach Zugabe des Additiv erhöhte sich in einem Fall die Leerlaufdrehzahl spontan um etwa 50 % ohne dass die Treibstoffzufuhr verändert worden wäre. Dies lässt auf einen Reinigungseffekt schließen. Bei mehreren Messungen nach dem Katalysator waren HC nicht mehr nachweisbar.

Ansprüche

1. Verfahren zur Reduktion von Schadstoffemissionen bei Verbrennung fossiler Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv eine Verbindung der Formel 1

in der R₁, R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen stehen dem Kohlenwasserstoff zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv in einer Konzentration 0,01 bis 10 Vol.-%, vorzugsweise 0,05 bis 5 Vol.-% und insbesondere 0,1 bis 1 Vol.-% dem Kohlenwasserstoff zugefügt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv ein Gemisch verschiedener Verbindungen der Formel 1 verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv eine Verbindung der Formel 1 verwendet wird, in der zumindest zwei der Reste für Methyl stehen, vorzugsweise R₁, R₂ und R₃ für Methyl stehen.

5. Kraftstoff auf Basis eines Kohlenwasserstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion von Schadstoffemissionen eine Verbindung der Formel 1

in der R₁, R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen stehen enthalten ist.

6. Kraftstoff gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass 0,01 bis 10 Vol.-%, vorzugsweise 0,05 bis 5 Vol.-% und insbesondere 0,1 bis 1 Vol.-% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel 1 enthalten ist.

7. Additiv zur Reduktion von Schadstoffemissionen von Kraftstoffen auf Basis von Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verbindung der Formel 1

in der R₁, R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen stehen ist.

8. Additiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gemisch verschiedener Verbindungen der Formel 1 ist.

9. Additiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verbindung der Formel 1 ist, in der zumindest zwei der Reste für Methyl stehen, vorzugsweise R₁, R₂ und R₃ für Methyl stehen.

Zeichnung