Aufgabe Modul B - 1.2, 1.3.1 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2021

Alternative Kraftstoffe

Mit Blick auf den Klimawandel und endliche Erdölressourcen wird zunehmend nach geeigneten Alternativen zu den herkömmlichen Kraftstoffen Benzin und Diesel gesucht. Weiterentwicklungen finden z. B. im Bereich Biodiesel statt.

Biodiesel ist ein Fettsäuremethylester, der aus Pflanzenölen gewonnen werden kann. Setzt man bereits in der Lebensmittelproduktion genutzte Pflanzenöle, z. B. gebrauchtes Frittieröl, ein, so entsteht ein abfallstoffbasierter Biodiesel. Dieser Kraftstoff hat gegenüber fossilem Diesel ein großes $\text{CO}_2$-Einsparungspotenzial.

Material 1: Herstellung von Biodiesel

$R_1$, $R_2$ und $R_3$ sind organische Reste, z. B.:

Material 2: Messdaten der quantitativen Wasserbestimmung mittels NIR-Spektroskopie

Lösung Nr. · 1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6

Wassergehalt in Vol% · 0,0470 · 0,0500 · 0,0430 · 0,0520 · 0,0470 · 0,0460

Material 3: Gaschromatogramm einer Biodieselprobe

Peak-Nr. · Fettsäuremethylester · Retentionszeit $t_R$ in min

1 · C6:0 · 6,031

4 · C16:0 · 17,996

11 · C20:0 · 22,857

12 · C20:1 · 23,166

Peak-Nr. · Fettsäuremethylester · Retentionszeit $t_R$ in min

13 · C20:2 · 23,808

14 · C20:3 · 24,551

15 · C20:4 · 24,730

18 · C24:0 · 29,574

geändert nach: https://www.agilent.com/cs/library/applications/5991-0441EN.pdf (abgerufen am 01.06.2019).

Hinweis: Die Kurzbezeichnung des Fettsäuremethylesters bezieht sich auf den Fettsäurerest. Die erste Ziffer gibt die Anzahl an C-Atomen an, die zweite Ziffer die Anzahl an Doppelbindungen. Die Bezeichnung C9:1 kennzeichnet demnach einen Fettsäuremethylester mit neun C-Atomen und einer Doppelbindung im Rest wie Non-5-ensäuremethylester.

1.2

Freie Fettsäuren im Biodiesel sind unerwünscht, denn sie verursachen Korrosion und bilden mit basischen Stoffen Seifen. Diese können zu einer Verstopfung von Filtern führen. Der Anteil der freien Fettsäuren wird über die Säurezahl (SZ) bestimmt. Die Säurezahl ist die Masse an $\mathrm{KOH}$ in Milligramm, die zur Neutralisation von einem Gramm der untersuchten Substanz verbraucht wird.

Zur Bestimmung der SZ im Biodiesel wird die eingewogene Probe unter Zugabe von Toluol in Ethanol gelöst. Die freien Fettsäuren werden bei einer Titration gegen Phenolphthalein mit einer ethanolischen $\mathrm{KOH}$-Lösung neutralisiert.

Für Biodiesel beträgt der obere Grenzwert $\mathrm{SZ}_{\max} = 0,50\,\mathrm{mg\,KOH/g\,Probe}$.

$6,805\,\mathrm{g}$ einer Biodieselprobe werden gelöst und mit $4,250\,\mathrm{mL}$ ethanolischer Kalilauge-Maßlösung ($c(\mathrm{KOH}) = 0,1000\,\mathrm{mol/L}$) neutralisiert.

Berechnen Sie die Säurezahl $\mathrm{SZ}$ und prüfen Sie, ob der Grenzwert eingehalten wird.

Ja

Nein

1.3.1

Kraftstoff muss klar sein und darf nur sehr wenig Wasser enthalten, da dieses einen schädigenden Einfluss auf Motoren hat. Der in den gesetzlichen Bestimmungen festgelegte Grenzwert für den Wassergehalt beträgt $0,050\,\mathrm{Volumenprozent\,(Vol\%)}$.

Biodiesel kann mittels Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR-Spektroskopie) auf den Wassergehalt hin untersucht werden. Die Präzision des NIR-Gerätes wird in einer Messreihe (Material 2) untersucht. Die Wiederholpräzision der Methode gilt als akzeptiert, wenn der Variationskoeffizient $v < 1,0\,\%$ beträgt.

Prüfen Sie, ob die vorliegenden Daten die Spezifikation erfüllen.

Lösung Nr. · 1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6

Wassergehalt in $\mathrm{Vol\%}$ · 0,0470 · 0,0500 · 0,0430 · 0,0520 · 0,0470 · 0,0460

Ja

Nein