Ein sauberer Motor lebt länger, leistet mehr und emittiert weniger Schadstoffe. Hierfür benötigt er qualitativ hochwertige Kraftstoffe. Da Grundkraftstoffe aus den Raffinerien diesen Anforderungen nicht genügen, werden sie in zunehmendem Maße mit multifunktionalen Additivsystemen versetzt.

Zusammensetzung von Mehrzweckadditiven

Unter dem Namen Keropur® bietet die BASF ihren Kunden in der Mineralölindustrie eine Palette von Additivpaketen an. Hauptwirkkomponente in diesen Additivsystemen ist das Polyisobutenamin (PIBA), ein Detergent als oberflächenaktive Substanz, das sowohl wirksamer als auch umweltfreundlicher ist als andere Produkte.

Polyisobutenamin (PIBA) in Keropur® hält die Einlaßventile blank

 
Bei der Entwicklung von Kraftstoffadditiven müssen die Forscher Produkte für ein komplexes Anforderungsprofil entwickeln:

• Sie müssen in möglichst niedriger Konzentration extrem wirksam sein.
  
• Ähnlich wie Medikamente dürfen sie keine unerwünschten Nebenwirkungen haben.
  
• Sie müssen in den verschiedenen Kraftstoffen in unterschiedlichen Fahrzeugtypen unter allen Betriebsbedingungen ihre Funktion erfüllen.

Als Detergent-Additive eignen sich langkettige Kohlenwasserstoffamine besonders gut

In der rund zwanzigjährigen Entwicklungsgeschichte der Detergentadditive hat sich eine chemische Substanzklasse durchgesetzt: langkettige Kohlenwasserstoffe mit Aminogruppen. Der Kohlenwasserstoffteil besteht meistens aus Polyisobuten. Detergentadditive wirken als Tenside und werden dem komplexen Anforderungsprofil weitgehend gerecht. Allerdings haben sie einen Schwachpunkt: Bei allen bisher eingesetzten Verfahren zur Herstellung solcher Tenside werden Chlor oder chlorhaltige Verbindungen verwendet. Damit gelangt automatisch organisch gebundenes Chlor in das gewünschte Molekül. Ziel war es, nicht nur ein chlorfreies Produkt herzustellen, sondern auch einen umweltfreundlichen Syntheseweg zu finden.

 
Benzinadditive müssen so entwickelt werden, dass sie ohne die Bildung von Rückständen verbrennen können. Neben geringen Mengen an Stickstoff sollte das Detergent (wie das Benzin selbst) daher ausschließlich aus den chemischen Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und evt. Sauerstoff aufgebaut sein. Andere Elemente, wie z. B. Halogene, sollten nicht enthalten sein, um die Bildung von Nebenprodukten und damit Schadstoffen zu verhindern (z. B. Dioxinbildung). PIB-Amine sind die am weitesten im Markt verbreiteten Detergentadditive.

Den Polymerchemikern der BASF gelang die chlorfreie Polymerisation eines völlig neuen, hochreaktiven Polyisobutens. Damit war erstmals ein Polyisobuten zugänglich, das hohe Anteile an endständigen Doppelbindungen enthielt und damit für Folgereaktionen unter weniger drastischen Versuchsbedingungen geeignet war.

Dieses Polyisobuten setzten die Wissenschaftler als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Kraftstoffadditiven ein. In dieses Polymer konnte erstmals mit chlorfreien Verfahren der notwendigeStickstoff eingebaut werden:
 
Chlorfreier Syntheseweg für PIBA
 
Durch Hydroformylierung gefolgt von reduktiver Aminierung erzeugten sie Polyisobutenamin (PIBA). In Kombination mit Trägerölen , wie z. B. Alkylenoxiden, "wäscht" PIBA organische Rückstände von den Oberflächen des Einlaßsystems im Motor bzw. bildet einen Schutzfilm, der solche Ablagerungen verhindert.

Die benötigte Menge an Benzinadditiv muß an den jeweils verwendeten Kraftstoff angepaßt werden. In Europa übliche Dosierungen liegen bei 0,3-0,5 g reinem Keropur (Additivsystem) pro Liter Benzin. Dadurch reduziert sich der Kraftstoffverbrauch um bis zu vier Prozent, der Schadstoffausstoß sogar noch mehr.

 
In der Verfahrensentwicklung führte der zur Herstellung von Polyisobuten eingesetzte fluorhaltige Katalysator zu besonderen Herausforderungen. Dieser zieht die Bildung von Fluorwasserstoff nach sich. Deshalb mußten die Verfahrenschemiker und Ingenieure das Konzept des Verfahrens und das Material der Anlage so wählen, dass das korrosive Potenzial des Fluorwasserstoffs kontrolliert werden konnte.

Zur Optimierung des Verfahrens erforderte das hochreaktive Polyisobuten eine geeignete Analytik. Die Methode der Wahl sind die 1H-NMR und 13C-NMR-Spektroskopie, um neben dem Gehalt an endständigen Doppelbindungen auch andere olefinische Strukturen zu identifizieren und zu quantifizieren.

 
Um die anwendungstechnischen Eigenschaften von Polyisobutenamin als Kraftstoffadditiv zu bestimmen und zu optimieren, waren gründliche Tests im realen Betrieb von Motoren unverzichtbar. Bei Motor und Kraftstoff handelt es sich um ein sehr komplexes System mit unzähligen Variablen. Kein Labor-Test kann die in einem Ottomotor herrschenden Bedingungen simulieren. In unserer Entwicklungsabteilung sind daher 13 Motoren ganzjährig rund um die Uhr im Einsatz. Ihr Benzinverbrauch lag bei rund 300.000 Liter im Jahr 2004.

 
Die weitere Verbesserung von Benzinadditiven ist eine dauernde Aufgabe für die Forscher und Entwickler der BASF. Bis zum Jahr 2010 wird die Zahl der zugelassenen Autos weiter steigen, vor allem in Asien. Zugleich wächst die Sorge über die zunehmende Umweltbelastung. Nur durch kontinuierliche Weiterentwicklung von Automobiltechnologie einerseits und Kraftstoffqualität andererseits kann es gelingen, die spezifischen Emissionen deutlich zu reduzieren. Neue Motortechnologien wie z. B. der direkteinspritzende Benzinmotor haben andere Anforderungen an Kraftstoffe als herkömmliche Motoren. Die Additive der BASF werden auch an diesen neuen Motoren getestet.

Mitsubishi GDI® Motor

Keropur® hält den Injektor im
direkteinspritzenden Ottomotor sauber

Das hochreaktive Polyisobuten als Grundmaterial ermöglicht auch die Synthese von Dieseladditiven. Der Einstieg in das stark wachsende Dieseladditivgeschäft mit neuen, maßgeschneiderten Systemangeboten ist ein weiterer Baustein der Wachstumsstrategie der BASF und stellt ihren Forschern neue Aufgaben.