Eine genaue Qualitätskontrolle von Biodiesel hängt von zwei kritischen Labormessungen ab: Säurezahl (AV) und Flammpunkt, die beide gemäß EN 14214 (europäische Norm) und ASTM D6751 (nordamerikanische Norm) vorgeschrieben sind, bevor eine Charge zur Auslieferung oder Einmischung freigegeben wird.
Warum Säurezahl und Flammpunkt wichtig sind
Die Säurezahl misst die Konzentration freier Fettsäuren (FFAs) und anderer saurer Verbindungen, die im fertigen Biodiesel verbleiben. Eine hohe AV beschleunigt die Korrosion von Kraftstoffsystemkomponenten, fördert Ablagerungen an Einspritzdüsen und weist auf eine unvollständige Reaktion oder unzureichende Wäsche hin. EN 14214 legt eine maximale AV von 0,50 mg KOH/g fest, während ASTM D6751 ebenfalls einen Höchstwert von 0,50 mg KOH/g vorschreibt, gemessen nach der Methode ASTM D664.
Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der Biodieseldampf beim Kontakt mit einer Zündquelle kurzzeitig entzündet. Er ist in erster Linie ein Sicherheitsklassifizierungsparameter, dient jedoch auch als Indikator für Methanolverunreinigungen. Restliches Methanol senkt den Flammpunkt drastisch – reiner Biodiesel hat einen Flammpunkt über 130 °C (266 °F), während bereits 0,1 % Methanol in der Masse ihn auf unter 60 °C absenken kann. Sowohl EN 14214 als auch ASTM D6751 fordern einen Mindestflammpunkt von 130 °C (geschlossener Tiegel).
Prüfverfahren für die Säurezahl
Die Säurezahl wird durch Titration mit einer standardisierten Kaliumhydroxid-(KOH-)Lösung bestimmt, gemäß ASTM D664 oder EN 14104.
1. Ca. 2–5 g der Biodieselprobe in einen sauberen 250-mL-Erlenmeyer-Kolben einwiegen. Die genaue Masse auf vier Dezimalstellen aufzeichnen.
2. 50–100 mL eines Titrationslösungsmittels hinzufügen – in der Regel eine Mischung aus Isopropanol und Toluol (Verhältnis 1:1 v/v) – und die Probe vollständig auflösen.
3. 3–5 Tropfen des Phenolphthalein-Indikators hinzufügen (oder für dunkle oder gefärbte Proben die potentiometrische Titration verwenden).
4. Mit standardisierter 0,1 M KOH in Isopropanol bis zum Endpunkt titrieren: eine anhaltende blassrosa Färbung für mindestens 30 Sekunden (visuelle Methode) oder der Wendepunkt (potentiometrisch).
5. AV nach folgender Formel berechnen:
AV (mg KOH/g) = (V × M × 56,1) / W
wobei V das verbrauchte Volumen der KOH-Lösung (mL), M die KOH-Molarität, 56,1 die molare Masse von KOH (g/mol) und W die Probenmasse (g) ist.
Eine Blindtitration nur mit Lösungsmittel durchführen und das Blindwertvolumen vor der Berechnung von V abziehen.
Prüfverfahren für den Flammpunkt
Der Flammpunkt wird mit einem Pensky-Martens-Gerät mit geschlossenem Tiegel (PMCC) gemäß ASTM D93 oder ISO 2719 gemessen.
- Den Tiegel auf etwa 10–15 °C unterhalb des erwarteten Flammpunkts vorheizen.
- Den Probenbecher bis zur markierten Füllstandsmarkierung befüllen – in der Regel etwa 70 mL Biodiesel.
- Den Flammzünder in 1-°C-Schritten betätigen, während mit der vorgeschriebenen Drehzahl (90–120 rpm) gerührt wird.
- Die Temperatur aufzeichnen, bei der eine deutliche blaue Flamme über die Probenoberfläche huscht.
- Bei Abweichung des lokalen Luftdrucks von 101,3 kPa eine Druckkorrektur vornehmen, mithilfe der Formel: Korrigierter FP = Gemessener FP + 0,25 × (101,3 − P), wobei P der gemessene Druck in kPa ist.
Wichtige praktische Hinweise für Bedienpersonal
- Proben vor der Prüfung stets auf Raumtemperatur abkühlen lassen; heißer Biodiesel kann unregelmäßig niedrige Flammpunktwerte liefern.
- Den KOH-Titranten mindestens wöchentlich neu standardisieren – KOH in Lösung absorbiert atmosphärisches CO₂ und verliert mit der Zeit an Konzentration.
- Alle Probenbehälter mit Chargennummer, Probenahmeort und Uhrzeit kennzeichnen, um eine vollständige Rückverfolgbarkeit sicherzustellen.
- Wenn die AV den Grenzwert überschreitet, sofort den Prozessverantwortlichen informieren – dies weist häufig auf ein Rohstoffqualitätsproblem oder unzureichende Wäsche hin.
- Wenn der Flammpunkt unter 130 °C liegt, Methanol-Verschleppung vermuten und die Methanolrückgewinnungskolonne sowie das Vakuumstrippingsystem überprüfen.
Häufige Fehler, die vermieden werden sollten
- Die Verwendung eines feuchten oder verschmutzten Probenkolbens bringt Wasser ein, das den Titrationendpunkt stört und das AV-Ergebnis verfälscht.
- Überfüllen des PMCC-Tiegels kann zu einem vorzeitigen Flammpunkt und einem fälschlicherweise zu niedrigen Ergebnis führen.
- Das Unterlassen einer Blindwertkorrektur bei der Säurezahltitration führt zu einem systematisch positiven Fehler.
- Fehlinterpretation des Titrationendpunkts bei gefärbten Proben – für dunklen Biodiesel oder Produkte aus gebrauchten Ölen stets die potentiometrische Titration bevorzugen.
Eine konsequente und sorgfältige Durchführung dieser beiden Prüfungen ist die wichtigste Verteidigungslinie gegen das Verlassen des Werks durch nicht spezifikationsgerechte Produkte und ist ein unverzichtbarer Bestandteil jedes Chargenfreigabeprotokolls.