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15.08.2018 Солнце в сеть




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Chemischer Aufbau

Die Elementarzusammensetzung ausgewahlter Pflanzenole zeigt Tabelle 13.2. Demnach bestehen alle dargestellten Ole zu 77 bis 78 Gew.-% aus Kohlenstoff (C), zu 11 bis 12 % aus Wasserstoff (H) und zu 10 bis 11 % aus Sauerstoff (O). Sie unterscheiden sich damit signifikant beispielsweise von festen Biomassen (Kapitel 9.1). Pflanzenole und ihre Ester sind schnell biologisch abbaubar und im Vergleich zu Dieselkraftstoff nicht bzw. weniger toxisch.

Pflanzliche Ole bzw. Fette bestehen vorwiegend aus Triglyceriden, z. T. auch aus Mono — und Diglyceriden. Glyceride sind Ester aus dem dreiwertigen Alkohol Glycerin und in der Regel drei Fettsauren (Triglyceride), in seltenen Fallen auch ein bis zwei Fettsauren (Mono — und Diglyceride). Letztere stellen jedoch bereits

Tabelle 13.2 Zusammensetzung einiger Pflanzenole (nach /13-8/)

Kohlenstoff (C)

Wasserstoff (H) in Gew.-%

Sauerstoff (O)

Rapsol

77,5

11,8

10,7

Sonnenblumenol

77,4

11,6

11,0

Sojaol

77,7

11,7

10,6

Spaltprodukte dar. Bei der Umesterung von Pflanzenolen zu Biodiesel (Kapitel 13.3.1) wird das Glycerin durch drei einwertige Alkohole aus der Esterbindung verdrangt, ohne dass die Fettsauren verandert werden.

Die Fettsauren (Mono-Carbonsauren) bestehen aus Kohlenstoffketten mit gerader Anzahl an Kohlenstoffatomen (bei den in unseren Breiten produzierten Pflanzenolen meist 16 oder 18 Kohlenstoffatome) und werden durch die Fettsaure — biosynthese der Pflanzen gebildet. An einem Glycerinmolekul konnen unter — schiedliche Fettsauren gebunden sein. Es sind mehr als 200 verschiedene Fett­sauren bekannt. Bei der uberwiegenden Zahl der Fette sind jedoch maximal nur etwa ein Dutzend Fettsauren in nennenswerten Anteilen vertreten; alle ubrigen kommen meistens nur in Spuren vor.

Die Kohlenstoff(C)-Atome sind jeweils an das benachbarte C-Atom gebunden. Damit sind zwei der vier Bindungsstellen belegt. 1st an den beiden anderen Bindungsstellen jeweils ein Wasserstoffatom gebunden ("gesattigt"), liegt eine Einfachbindung zwischen den C-Atomen vor. Daneben treten jedoch auch Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen auf, wobei dann nur eine freie Bindungsstelle mit Wasserstoff besetzt ist ("ungesattigt"). Fettsauren ohne Doppelbindungen werden somit als gesattigte Fettsauren, solche mit einer oder mehreren Doppelbindungen als einfach oder mehrfach ungesattigte Fettsauren (Monoen — bzw. Polyensauren) bezeichnet. Die Anteile der vorkommenden Fettsauren an der gesamten Fettsauremenge in einer Olsaat, Olfrucht, in einem Fett oder Ol sind weitgehend genetisch fixiert; sie werden als Fettsauremuster bezeichnet (Tabelle 13.3, Abb. 13.24).

Tabelle 13.3 Fettsauremuster verschiedener Ole (Durchschnittswerte) /13-16/, /13-57/, /13-127/

C16:0a

C16:1a

C18:0a

C18:1a

C18:2a

C18:3a

Palmitin-

Palmitole-

Stearin-

Olsaure

Linol-

Linolen-

Sonstige

saure

insaure

saure

saure

saure

Rapsol

(00-Qualitat)

4,0

1,5

63

20

9

1,5

Sonnen-

blumenol

6,5

5,0

23

63

< 0,5

1,5

Leinol

6,5

3,5

18

14

58

Sojaol

10,0

5,0

21

53

8,0

1,0

Olivenol

11,5

1,5

2,5

75

7,5

1,0

0,5

Palmol

43,8

0,5

5,0

39

10

0,2

1,5

a Cm:n entspricht Fettsaure mit m Kohlenstoffatomen und n Doppelbindungen

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Anteil gesattigter und ungesattigter Fettsauren

Abb. 13.24 Fettsauremuster unterschiedlicher pflanzlicher und tierischer Ole und Fette (Durchschnittswerte, vereinfachte Darstellung, nach /13-125/)

Daruber hinaus konnen die Fettsauren in unterschiedlicher Reihenfolge am Glycerin angeordnet sein (Triglycerid-Verteilung). Neben den in Triglyceriden gebundenen Fettsauren konnen auch sogenannte freie Fettsauren in pflanzlichen und tierischen Olen und Fetten vorkommen; sie sind jedoch wie Di — und Monoglyceride in der Regel bereits Spaltprodukte des Fettabbaus.

Neben den Glyceriden sind in den Fetten und Olen zusatzlich einige Fettbegleitstoffe (vor allem Phospholipide, Tocopherole und Sterine) enthalten, die z. T. auch Auswirkungen auf die technische Verwendbarkeit haben konnen.

— Phospholipide sind eine vielfaltige Stoffgruppe, zu der auch das Lecithin zahlt. Sie wirken im Samen stabilisierend auf das als Energiereserve fur den Keim — prozess gespeicherte Ol. In gewonnenen Pflanzenolen setzen sie jedoch die Oxidationsstabilitat herab und verursachen vor allem in technischen Prozessen Storungen durch die Hydratisierbarkeit der meisten Phospholipide (d. h. Quel — lung mit Wasser, Ausflockung und dadurch z. B. Verstopfung von Filtern oder Einspritzdusen). AuBerdem ist Phosphor in Ablagerungen im Motor oder in Abgasnachbehandlungssystemen (z. B. RuBfilter) nachweisbar und wirkt sich schadlich auf den Oxidationskatalysator aus. Deshalb sollte der Phosphorgehalt technisch genutzter Ole so niedrig wie moglich sein.

— Tocopherole (Vitamin E) liegen in zahlreichen Verbindungen vor und stellen einen naturlichen Oxidationsschutz der Ole dar, der mit zunehmender Alterung des Ols abgebaut wird.

— Sterine stellen den Hauptanteil des "Unverseifbaren" an Olen dar. Sie sind polyzyklische Alkohole und leiten sich vom Steran ab. Sterine konnen bei niedrigen Temperaturen in den festen Aggregatszustand ubergefuhrt werden und dadurch zu verfahrenstechnischen Problemen fuhren.

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der verschiedenen Ole und Fette (z. B. Schmelzpunkt, Viskositat, Loslichkeit) werden wesentlich von ihrer Zusammensetzung bestimmt, insbesondere von der Art der Fettsauren und von ihrer Verteilung auf die Glycerinmolekule.

— In Fetten und Olen ist Wasser kaum loslich. Ole mit kurzkettigen Fettsauren weisen demgegenuber eine starkere Loslichkeit von Wasser auf. Liegen in Olen Hydroxidgruppen (z. B. Rizinusol) vor, steigt die Loslichkeit fur Wasser stark an.

— Pflanzenole sind loslich in Petrolether, Hexan, Benzol, Trichlorethylen, Tetrachlorkohlenstoff und anderen lipophilen Losemitteln.

— Ein hoher Anteil ungesattigter Fettsauren im Ol hat einen niedrigen Schmelz — punkt zur Folge (d. h. Ole mit einem hohen Anteil ungesattigter Fettsauren sind bei Zimmertemperatur flussig, mit einem hohen Anteil gesattigter Fettsauren halbfest oder fest; dabei werden im allgemeinen Sprachgebrauch Pflanzenole, die bei Raumtemperatur in fester Form vorliegen, als Fette bezeichnet).

— Ole mit einem hohen Anteil gesattigter Fettsauren sind an der Luft relativ bestandig. Autoxidation durch den Einfluss von Licht, Luft, Wasser, Warme und Mikroorganismen fuhrt zur Bildung von Peroxiden, Aldehyden, Ketonen und Sauren; es schlieBen sich Isomerisierungs- und Polymerisationsvorgange an. Dem "Trocknen" oder "Verharzen" liegt die sekundare Knupfung von C-C — und C-O-C-Bindungen zugrunde. Pflanzenole neigen weniger zur Autoxi — dation als tierische Ole, da sie einen hoheren Anteil antioxidativ wirkender Tocopherole aufweisen. Nach der "Verharzungsneigung" werden Ole in trocknende, halbtrocknende und nicht trocknende Ole eingeteilt.

— Mit Hilfe von Katalysatoren konnen ungesattigte Fettsauren Wasserstoff an — lagern. Der Vorgang wird als Fetthartung bezeichnet und z. B. bei der Herstellung von Margarine verwendet.

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