Dr. Detlev Bruhnke Dr. Detlev Bruhnke ist Mitglied des Vorstands der AVISTA OIL AG. Nach seinem Chemiestudium war er ab 1991 bei der damaligen Mineralöl Raffinerie Dollbergen GmbH in verschiedenen Positionen tätig. Neben der Laborleitung lag der weitere Fokus auf der Technologieentwicklung sowie dem Produktmanagement von Raffinerieprodukten und Schmierstoffen. Seit vielen Jahren ist er darüber hinaus in der deutschen und europäischen Verbandsarbeit aktiv. Schmierstoff + Schmierung · 3. Jahrgang · 3/ 2022 28 FaQs Reraffinate - Beitrag zur Formulierung von nachhaltigen Schmierstoffen Dr. Detlev Bruhnke, AVISTA OIL AG Das Thema Nachhaltigkeit spielt auch für die Formulierung von Schmierstoffen eine immer größere Rolle. In Bezug auf die Umweltaspekte können Reraffinate durch ihren deutlich geringeren CO 2 -Fußabdruck im Vergleich zu Primärprodukten, die Einsparung von Ressourcen und die Kreislaufführung der Produkte einen wichtigen Beitrag leisten. Wie für alle Industriebereiche hat das Thema Nachhaltigkeit in den letzten Jahren auch für die Schmierstoff branche immens an Bedeutung gewonnen. Neben den sozialen und ökonomischen Nachhaltigkeitsaspekten spielen dabei die Umweltaspekte eine besondere Rolle, nicht zuletzt um den Anforderungen aus Politik und Gesellschaft und auch zunehmend der Anwender nach umfassender Klimaneutralität gerecht zu werden. Die Europäische Union hat zur Erreichung der gesteckten Klimaziele - Klimaneutralität bis 2050 und Reduzierung schädlicher Treibhausgasemissionen um 55 % gegenüber 1990 - mit dem Green Deal ein umfassendes und ambitioniertes Gesetzgebungspaket verabschiedet [1]. Ein Baustein dieses Paketes ist der Aktionsplan für eine Kreislaufwirtschaft (Circular Economy Action Plan [2]), der u. a. dafür sorgen soll, dass Stoffkreisläufe geschlossen und der Einsatz von Sekundärrohstoffen gefördert und die damit verbundenen CO 2 -Einsparungen und die Schonung von Ressourcen optimal genutzt werden. Ein bereits seit vielen Jahrzehnten gelebtes Beispiel für eine optimale Kreislaufführung ist das Recy- FaQs 29 Schmierstoff + Schmierung · 3. Jahrgang · 3/ 2022 FAQs-|-Reraffinate - Beitrag zur Formulierung von nachhaltigen Schmierstoffen celn von gebrauchten Schmierstoffen (Abb. 1). Die Gebrauchtöle werden durch spezialisierte Unternehmen nach ihrem Einsatz gesammelt und entsprechenden Auf bereitungsanlagen zugeführt, die mittels spezieller Raffinationstechnologien („Reraffination“) daraus wieder neue, recycelte Basisöle („Reraffinate“) herstellen. Diese sind den ursprünglich aus Erdöl hergestellten Basisölen qualitativ mindestens gleichwertig, weisen aber darüber hinaus einen deutlich geringeren CO 2 -Fußabdruck (Carbon Footprint - CF) auf. Die Reraffinate werden für die Produktion neuer Schmierstoffe eingesetzt, die dann wieder für die verschiedenen Einsatzzwecke verwendet werden. Nach deren Gebrauch kann der Stoffkreislauf wieder von vorne beginnen und entsprechend geschlossen werden. Abb. 1: Kreislaufwirtschaft für Schmierstoffe Ein weiterer wesentlicher Aspekt dieser Kreislaufführung ist die Einsparung von Ressourcen. Während bei der Basisölherstellung aus Erdöl die Ausbeute im Schnitt nur ca. 2 % beträgt, sind es bei der Verwendung von Gebrauchtölen als Rohstoff 65 % (Abb. 2). Auf diese Weise kann vermieden werden, dass entsprechende Mengen an fossilen Rohstoffen zur Herstellung von Basisölen verwendet werden müssen und entsprechend eingespart werden können. Bestandteil des Aktionsplans der EU-Kommission ist auch die stärkere Inanspruchnahme der Hersteller von Produkten. Diese sollen zukünftig schon beim Design von neuen Produkten die Verantwortung für ihre Erzeugnisse entlang der gesamten Wertschöpfungskette übernehmen. Im Hinblick auf das Lebensende eines Produktes bedeutet dies u. a. auch, die Recyclingfähigkeit der hergestellten Produkte (Schmierstoffe) zu prüfen. Weitere Anforderungen insbesondere von Kunden- und Anwenderseite werden ein möglichst geringer CO 2 -Fußabdruck (Product Carbon Footprint - PCF) und der Einsatz von Sekundärrohstoffen sein. Reraffination - Aufbereitung von Gebrauchtölen zu Basisölen Die Entsorgung von Gebrauchtölen („Altölen“) ist in Deutschland durch die Altölverordnung geregelt [3], welche die Vorgaben der europäischen Richtlinie für Abfälle [4] umsetzt. Die Verordnung regelt den Aufbereitungsvorrang entsprechend der europäischen Abfallhierarchie, die Recycling von Abfällen über das Herstellen von Brennstoffen bzw. die direkte energetische Nutzung stellt. Altöle unterschiedlicher Herkunft müssen getrennt gesammelt und gelagert werden. In der Verordnung sind so genannte Sammelkategorien unter Nutzung der jeweiligen Abfallcodes der Gebrauchtöle festgelegt, von denen diejenigen der Kategorie 1 gemischt werden dürfen und vorgeschrieben der Auf bereitung zuzuführen sind. Neben dieser „Vorsortierung“ unterziehen die Auf bereitungsanlagen jede angelieferte Einzelcharge einer umfangrei- Abb. 2: Basisölausbeuten Primärraffination und Reraffination Schmierstoff + Schmierung · 3. Jahrgang · 3/ 2022 30 FAQs | Reraffinate - Beitrag zur Formulierung von nachhaltigen Schmierstoffen chen Qualitätskontrolle. Diese Maßnahmen garantieren, dass in den Anlagen stets eine kontrollierte und gleichbleibende Qualität eingesetzt wird. Die Auf bereitung von Gebrauchtölen wird nach der Altölverordnung definiert als „ Verfahren, bei dem Basisöle durch Raffinationsverfahren aus Altölen erzeugt werden, und bei denen insbesondere die Abtrennung der Schadstoffe, der Oxidationsprodukte und der Zusätze in diesen Ölen erfolgt .“ Mit den Zusätzen sind im Wesentlichen die Additive gemeint, die in den Schmierstoffen enthalten sind. Im Hinblick auf die prinzipielle Zusammensetzung von Schmierstoffen (Abb. 3) bestehen diese aus dem Basisöl als Grundkomponente mit je nach Schmierstoffsorte unterschiedlichen Anteilen zwischen etwa 50 % und 99 % und den jeweiligen den Schmierstoffeinsatz definierenden Additiven. Letztere sind sehr unterschiedliche Komponenten wie z. B. Polymere, organische und metallorganische Verbindungen. Zielstellung der Auf bereitung muss sein, das Basisöl komplett zurückzugewinnen und gleichzeitig die Additive vollständig abzutrennen. Da auf bereitungsfähige Gebrauchtöle als Gemisch - nicht getrennt nach Schmierstoffsorten - angeliefert werden, müssen die angewandten Technologien dies entsprechend berücksichtigen. Zusätzlich werden in die Schmierstoffe unterschiedliche Komponenten während des Gebrauchs eingetragen. Diese sind sehr vielfältig (Auswahl): Treibstoffreste, Reaktionsprodukte (z. B. aus der Verbrennung im Motor) wie Sauerstoffverbindungen und polyzyklische Aromaten (PAK), Kühl- und Bremsflüssigkeit, Abriebpartikel, Ruß. Insbesondere Esterverbindungen aus der Vermischung mit biologisch abbaubaren Schmierstoffen und Fettsäureester aus bestimmten Metallbearbeitungsölen stellen die Aufbereitungstechnologie vor große Herausforderungen (daher sind diese Schmierstoffe von der o. g. Kategorie 1 ausgeschlossen). Abb. 3: Zusammensetzung von Schmierstoffen [5] Abb. 4: Reraffination Technologie, vereinfachtes Prinzip 31 Schmierstoff + Schmierung · 3. Jahrgang · 3/ 2022 FAQs-|-Reraffinate - Beitrag zur Formulierung von nachhaltigen Schmierstoffen Zielsetzung der Auf bereitungsverfahren muss es somit sein, sowohl die Additive als auch die gebrauchsbedingt in den Gebrauchtölen vorhandenen Komponenten vollständig abzutrennen und den Basisölanteil in mindestens gleicher Qualität analog der Primärprodukte zurückzugewinnen. Im Laufe der Jahrzehnte sind hierzu eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren entwickelt worden. Die heute angewendeten Technologien sind in Abb. 4 als (sehr vereinfachtes) Prinzip dargestellt. Der Prozess kann grob in zwei Teilbereiche eingeteilt werden, Verfahrensschritte zur Abtrennung der o. g. Fremdbestandteile und eine anschließende Raffination (Reinigung) der erhaltenen Basisölanteile. Die Behandlung beginnt in der Regel mit einer groben Abtrennung der festen Bestandteile wie Sedimente und Partikel z. B. durch Siebung. Es schließen sich mehrere thermische Verfahrensschritte - in der Regel Destillationen z. T. unter Vakuum - an, mit denen Wasseranteile und niedrigsiedende Komponenten, Gasölfraktionen und die gesamte Basisölfraktion abgetrennt werden. Zurück bleibt ein höherviskoser Destillationsrückstand (Bodenprodukt). Alle erhaltenen Nebenprodukte, außer Abwasser und feste Rückstände, können als Sekundärrohstoffe wieder verwendet werden. Die Basisölfraktion, die einen sehr breiten Siedeschnitt darstellt, muss noch gereinigt werden. Hierzu kommen optional drei verschiedene Technologien zum Einsatz: > Bleicherdebehandlung: Das Basisöldestillat wird mit besonderen Tonerden versetzt und in einem speziell angepassten Verfahren werden ungewünschte Komponenten von der Bleicherde aufgenommen. Das Gemisch wird anschließend durch Filtration getrennt. Die gebrauchte Bleicherde muss als Abfall entsorgt werden. Daher, aber auch da das Verfahren weniger tiefgreifend ist als die anderen Optionen, spielt es in neuerer Zeit keine Rolle mehr. > Lösemittelextraktion: In einem Extraktionsschritt werden mittels eines für polare Substanzen und Aromaten hochselektiven Lösungsmittels die unerwünschten Bestandteile herausgelöst. Das Lösungsmittel kann anschließend nahezu komplett zurückgewonnen werden. Der aus dem Lösungsmittel erhaltene Extrakt kann als Heizölkomponente verwendet werden. Die erhaltenen Reraffinate zeichnen sich durch hohe Viskositätsindices, hohe Oxidationsbeständigkeit und geringe Aromaten-/ PAK-Gehalte aus. Je nach Gebrauchtölzusammensetzung sind Basisöle der API-Gruppen I, II und III möglich. > Hydrierverfahren: Diese Verfahren sind bereits seit den 1980er Jahren verbreitet. Die unerwünschten Bestandteile (Schwefel-, Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen, ungesättigte Anteile) werden durch die Reaktion mit Wasserstoff umgewandelt und anschließend abgetrennt. Vorteil ist, dass auch anfallende Nebenprodukte wie leichte Basisölanteile und Heizöl-/ Dieselfraktionen mithydriert werden können. Die Reaktionsprodukte (in der Regel gasförmige Komponenten) müssen abgetrennt werden. Je nach Verfahrensführung werden Basisöle der API-Gruppen II und III hergestellt. Qualitäten der Reraffinate Die ständige Weiterentwicklung moderner Reraffinationstechnologien insbesondere in den letzten 15- 20 Jahren hat zu höherer Effizienz und verringerten Umweltbelastungen durch umweltfreundlichere und nahezu abfallfreie Verfahren geführt. Insbesondere aber gibt es keine Diskussionen mehr in Bezug auf mögliche Qualitätsunterschiede im Vergleich zu den Primärprodukten: Moderne Reraffinationstechnologien ermöglichen die Herstellung von Basisölen, die qualitativ den Primärprodukten mindestens gleichwertig sind, diese aber teilweise bereits in einigen Qualitätsparametern übertreffen. Als Beispiel ist in Abb. 5 einmal ein Qualitätsvergleich eines mittels Lösungsmittelextraktion hergestellten Reraffinats mit einem vergleichbaren Primär- Abb. 5: Vergleich Basisölqualitäten von Reraffinaten (Beispiel API-Group I) Schmierstoff + Schmierung · 3. Jahrgang · 3/ 2022 32 FAQs | Reraffinate - Beitrag zur Formulierung von nachhaltigen Schmierstoffen basisöl (Solvent Neutral, API-Group I) dargestellt. Die durchschnittliche Qualität des Primärproduktes ist als 0 gesetzt, die Abweichungen des Reraffinats dazu als + oder -. Für alle der dargestellten Parameter ergeben sich teilweise deutliche Qualitätsvorteile, insbesondere für den VI, den Noack und den Aromaten-/ PAK-Gehalt. In den Tabellen (Tab. 1: Reraffinate API-Gruppe I, Tab. 2: Reraffinate API-Gruppe II) wird dies auch noch einmal durch Realwerte verdeutlicht. Parameter Einheit Reraffinate API-Gruppe I (unterschiedliche Viskositätslagen) Farbe 0,5-1,0 1,0-2,0 1,0-2,0 Dichte 15 °C kg/ m³ 852-856 857-860 860-865 Viskosität 40 °C mm²/ s 22-26 32-36 40-46 Viskosität 100 °C mm²/ s 4,4-4,9 5,5-6,1 6,4-7,1 Viskositätsindex 113-118 115-119 115-119 Neutralisationszahl mg KOH/ g ≤ 0,03 ≤ 0,03 ≤ 0,03 Flammpunkt COC °C > 220 > 230 > 230 Pourpoint °C ≤ -12 ≤ -9 ≤ -9 Noack %m/ m 11-16 6-10 5-9 Schwefel %m/ m ≤ 0,20 ≤ 0,20 ≤ 0,20 Kupferkorrosion Grad 1 1 1 C Aromaten % 2 2 2 Tab. 1: Typische Qualitätsdaten von Reraffinaten API-Gruppe I [6, und eigene Ergänzungen] Parameter Einheit Reraffinate API-Gruppe II (unterschiedliche Viskositätslagen) Farbe L 0,5 L 0,5 L 0,5 Dichte 15 °C kg/ m³ 850 854 858 Viskosität 40 °C mm²/ s 12,8 29,5 59 Viskosität 100 °C mm²/ s 3,13 5,37 8,52 Viskositätsindex 105 115 117 Pourpoint °C -15 -12 -9 Noack %m/ m 1,5 150°C 9 250°C 3 250°C Schwefel mg/ kg 10 10 13 Tab. 2: Typische Qualitätsdaten von Reraffinaten API-Gruppe II [6] Zwei starke Marken aus dem Hause Finke Finke Mineralölwerk GmbH Rudolf-Diesel-Straße 1 • 27374 Visselhövede Tel. 0 42 62 - 7 98 • info@finke-oil.de • www.finke-oil.de AVIATICON AVIATICON Lebensmittelschmierstoffe - der Verantwortung bewusst Lubriplate ® Schmierstoffe - Made in Germany - - halten Technik in Bewegung Anzeige 33 Schmierstoff + Schmierung · 3. Jahrgang · 3/ 2022 FAQs-|-Reraffinate - Beitrag zur Formulierung von nachhaltigen Schmierstoffen Reraffinate und Nachhaltigkeit Die Auf bereitung von Gebrauchtölen ist ein gutes Beispiel für eine Kreislaufführung eines Produktes im Sinne einer modernen und nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Verbunden damit sind positive Umweltauswirkungen wie die Schonung von Ressourcen und Vermeidung von CO 2 -Emissionen. Für einen quantitativen Nachweis hat die Organisation der europäischen Auf bereiter, GEIR, bereits 2005 eine Lebenszyklusanalyse (LCA, ISO 14040) durch das Heidelberger Institut ifeu durchführen lassen. Die Daten dieser Studie sind 2018 durch ein Update noch einmal aktualisiert worden [7]. Die Ergebnisse sind in Abb. 6 dargestellt. Wie zu erwarten ist der größte Effekt beim Ressourcenverbrauch zu sehen. Dieser ist im Mittel (dargestellt ist der Mittelwert von vier betrachteten Reraffinationstechnologien) achtmal niedriger als die Primärproduktion. Auch für die weiteren betrachteten Umweltauswirkungen - Versauerung, Feinstaubemission, Eutrophierung - sind Einsparungen deutlich sichtbar. In Bezug auf die CO 2 -Emissionen (betrachtet als CO 2 -Äquivalente) ergeben sich im Mittel Vermeidungspotentiale von 50 %. In der Einzelbetrachtung erreicht eine der betrachteten Technologien sogar bis zu 75 %. GEIR hat 2022 ein weiteres Update in Auftrag gegeben (Veröffentlichung im 3. Quartal 2022 erwartet). Anlass ist ein umfangreiches Update der zu Grunde liegenden Daten für die Primärraffination. Es ist zu erwarten, dass dadurch die Differenzen noch einmal deutlich zu Gunsten der Reraffination ansteigen. Für AVISTA OIL durch ifeu durchgeführte, extern verifizierte Berechnungen ergeben für mittels der eigenen Lösungsmittelextraktion hergestellte Reraffinate ein CO 2 -Vermeidungspotential von bis zu 90 %. Bei der Ermittlung des Product Carbon Footprints von Schmierstoffen machen die eingesetzten Rohstoffe ca. 90 % aus [8], davon entfällt ein großer Teil auf die verwendeten Basisöle. Mit ihrem deutlich geringeren Carbon Footprint als vergleichbare Primärbasisöle, in Verbindung mit der Einsparung von Ressourcen und der Kreislaufführung der hergestellten Produkte, stellen Reraffinate eine wichtige Alternative bei der Formulierung von nachhaltigen Schmierstoffen dar. Literaturangaben [1] https: / / ec.europa.eu/ info/ strategy/ priorities-2019-2024/ european-green-deal_de; Stand: 26. 07. 2022 [2] https: / / environment.ec.europa.eu/ strategy/ circulareconomy-action-plan_de; Stand: 26. 07. 2022 [3] https: / / www.gesetze-im-internet.de/ alt_lv/ ; Stand: 26. 07. 2022 [4] htt ps: / / eu r-lex.eu ropa .eu/ lega l-content/ DE/ T XT/ PDF/ ? uri=CELEX: 02008L0098-20180705&from=EN; Stand: 26. 07. 2022 [5] Bruhnke, Detlev/ Baly, Hatem: Kernsolvate ® - die neue Generation Re-Raffinate und ihre Anwendung. In: mineralöltechnik 11 November 2007. Beratungsgesellschaft für MINERALÖL- ANWENDUNGSTECHNIK mbH, Hamburg 2007. S. 1-21 [6] Baumgärtel, Stephan: Vortrag: Ressourceneffizienz - Kernkompetenz einer Branche- und Wettbewerbsfähigkeit. Bundesverband Altöl e. V., Workshop Ressourceneffizienztag - Altöl, Münster 11. 10. 2013 [7] Summary: https: / / www.geir-rerefining.org/ wp-content / uploads/ GEIR-ifeu-LCA-07. 09. 18-SUMMARY.pdf; Stand 27. 07. 2022; Formular zur Anforderung der gesamten Studie: https: / / www.geir-rerefining.org/ lca-for-regeneration-of-waste-oil-to-base-oil/ ; Stand: 27. 02. 2022 [8] Moore, Sidney: Sustainability bridges the gap. In: LU- BES’N’GREASES, Vol. 27 Issue 6, June 2021. S. 31 »« Eingangsabbildung: © H_ Ko - stock.adobe.com Abb. 6: LCA, Vergleich der Lasten Basisölproduktion durch Primarraffination mit Reraffination