Das Ende aller Probleme?

Als biologische Medien werden umweltschonende, biologisch schnell abbaubare und nicht toxische Medien bezeichnet. Neben dem Umweltschutzaspekt durch Vermeidung von Kontaminationen des Erdreichs, ist auch der Klimaschutz zur Reduzierung des Treibhausgases CO2 ein immer wichtiger werdendes Argument für den Einsatz dieser Stoffe. Letztendlich ausschlaggebend für den Durchbruch verschiedener biogener Medien dürfte allerdings die Gesetzgebung auf EU-Ebene sein. In vielen öffentlichen Ausschreibungen sind heute beispielsweise biogene Fluide vorgeschrieben. Die Einführung des Vergasertreibstoffes E10 ist auch auf regularische Markteingriffe zurückzuführen. Das Problem: Viele Bauteile verhalten sich im Kontakt mit biogenen Medien anders als mit herkömmlichem Benzin. In diesem Kontext ist die gesamte chemische Prozessindustrie direkt und indirekt betroffen, die in die Herstellung, Lagerung und Beförderung dieser Medien involviert ist.

In der hydraulischen Antriebstechnik werden zunehmend biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt, die frei von ökotoxikologisch kritischen Stoffen sind. Diese können herkömmliche FKM-Dichtungen jedoch stark angreifen und machen einen langfristigen Einsatzzeitraum nahezu unmöglich. Biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten bestehen entweder aus Triglyceriden, wobei es sich oft um pflanzliche Öle (z. B. Rapsöl, HETG) handelt oder um synthetische Ester (HEES). Diese Fluide sind der Schadstoffklasse I zugeordnet.

Darüber hinaus werden verstärkt auch Spezial-Hochleistungshydraulikflüssigkeiten eingesetzt. Diese sind additiviert, aber nicht auf Mineralölbasis hergestellt. Es handelt sich hierbei um synthetische, wasserfreie Flüssigkeiten (HFD), welche eine höhere Dichte als Mineralöl haben und schwer entflammbar sind. Hierzu zählen u. a. Phosphorsäureester (HFD-R), wasserfreie chlorierte Kohlenwasserstoffe (HFD-S) oder eine Mischung aus HFD-R und HFD-S, sowie wasserfreie andere Zusammensetzungen (HFD-U), bestehend aus Fettsäureestern. Allerdings greifen auch diese synthetischen Hydraulikflüssigkeiten sehr viele elastomere Dichtungswerkstoffe an.

Die immer noch aktuelle Diskussion um die 10%ige Ethanolbeimischung zum handelsüblichen Benzin (E10) ist nach wie vor brisant – sowohl auf Anwenderseite als auch bei den Dichtungsherstellern. Die Elastomerdichtungen, die dauerhaft mit dem E10-Vergaserkraftstoff in Kontakt kommen, sind keineswegs nur in den Pkws oder Lkws selbst zu finden, sondern in der Peripherie der gesamten Herstellungs- und Beförderungskette. Die Hersteller als auch Logistiker haben mit dem E10 teilweise größte Schwierigkeiten. So verkürzen sich die Wartungsintervalle teilweise sehr stark, da die eingesetzten Dichtungen nicht lang genug widerstandsfähig sind. In diesem Anwendungsbereich gibt es einen großen Bedarf an entsprechenden Dichtungslösungen.

Im Kontakt mit Rapsmethylester oder RME-Dieselgemisch sind die auftretenden Schwierigkeiten ganz ähnlich und die bisher eingesetzten Elastomerdichtungen erreichen auch hier häufig nicht die geforderten Leistungen. Dass die davon betroffene Anwendergruppe sehr groß ist, zeigt sich nicht zuletzt durch das Herstellungsvolumen alleine von Biodiesel: Im Jahr 2012 wurden weltweit etwa 20 Mio. t Biodiesel hergestellt, entsprechend einer Deckung von etwa 1 % des jährlichen Kraftstoffverbrauchs.

Konventionelle Dichtungswerkstoffe können bei dauerhaftem Kontakt mit diesen Fluiden unterschiedliche negative Veränderungen aufweisen. Es kommt bei diesen Dichtungswerkstoffen zu Änderungen der physikalischen Eigenschaften. Hierzu zählen beispielsweise eine Volumenänderung (Quellung) oder auch eine Änderung der Werkstoffhärte. Zudem kann auch die chemische Beständigkeit (z. B. durch Hydrolyse) stark reduziert werden. Alle Veränderungen reduzieren die Dichtungseigenschaften z. T. erheblich und führen früher oder später zur Leckage bzw. zum vorzeitigen Austausch der Dichtungen.

C. Otto Gehrckens (COG) hat speziell für diese Einsatzgebiete einen FKM-Dichtungswerkstoff mit der Bezeichnung BF 750 entwickelt. Bei diesem Werkstoff handelt es sich um ein hochfluorhaltiges Polymer der 3. Generation auf Basis von Fluorkautschuk (FKM). Dieser Werkstoff wurde von der COG-Mischungsentwicklung speziell für die hohen Anforderungen im Einsatz in biogenen Medien entwickelt und in einem unabhängigen Labor getestet. Das Ergebnis überzeugte vollends, denn im normalen Einsatz sind praktisch keine Werkstoffveränderungen aufgetreten. Auch bei Ausweitung der Tests auf unübliche Extremsituationen überzeugte der FKM-Werkstoff BF 750 mit Ergebnissen, die weit unterhalb jeder Toleranzgrenze liegen (siehe Tabelle).

Neben den rein biogenen Fluiden und Kraftstoffen wurden auch entsprechende Verschnitte mit konventionellen Kraftstoffen in die Untersuchung mit einbezogen.

Neben einer sehr guten Heißwasser- und Dampfbeständigkeit, ist dieser FKM-Werkstoff auch resistent gegenüber allen herkömmlichen Kraftstoffen und vielen anderen Medien wie beispielsweise Alkoholen und Säuren.

prozesstechnik-online.de/cav0613460

cav: Trägt der Einsatz biologischer Medien nun eher zur Lösung von Problemen bei oder werden dadurch nur neue Probleme geschaffen?

Krüger: Beides oder zumindest kommt es auf die Perspektive an. Der zunehmende Einsatz biologischer Fluide hat viele Vorteile, aber auch nicht zu vernachlässigende Nachteile. Zu den Vorteilen können die Reduzierung der Umweltbelastung bei Leckageproblemen und die Reduzierung des CO2-Ausstoßes gezählt werden. Über letzteren Punkt sind sich die Experten dabei noch nicht einig. Aber die Minderung der Abhängigkeit vom Erdöl kann insbesondere unter langfristigen Aspekten als sehr positiv bewertet werden.

cav: Das hört sich doch gut an.

Krüger: Schon, jedoch müssen demgegenüber die teilweise deutlich negativen Auswirkungen auf unterschiedliche Bauteile, die mit diesen Medien dauerhaft in Kontakt kommen, als nachteilig gewertet werden. Eine abschließende Bewertung kann nach heutigem Stand der Dinge noch nicht vorgenommen werden. Entscheidend für die Anwender ist aber, dass viele bisher problemlos eingesetzte Dichtungswerkstoffe in dem veränderten Umfeld nicht mehr zum Einsatz kommen können. Auch die Kostenspirale wird durch den notwendigen Einsatz höherwertiger Werkstoffe nach oben gedreht. Ob die Materialkosten allerdings unter langfristigen Gesichtspunkten betrachtet tatsächlich merklich steigen, bleibt abzuwarten.

cav: Und was ist nun die Quintessenz?

Krüger: Es liegt jetzt an den Herstellern eine Anpassung an die jeweilige Anwendung vorzunehmen und neue, spezielle Werkstoffe zu entwickeln. Diese müssen auf die Kontaktmedien getestet sein und die sehr hohen Anforderungen erfüllen. Nur so kann gewährleistet werden, dass diese über einen langen Zeitraum sicher funktionieren. Für den Anwender ist ein universell geeigneter und ausreichend getesteter Dichtungswerkstoff wie BF 750 für den Einsatz mit biogenen Medien optimal. Er bietet eine größtmögliche Sicherheit.