Gentoxizität von Dieselmotoremissionen bei Verbrennung von Pflanzenölen, Mineralöldiesel und deren Mischkraftstoffen
Genotoxicity of diesel engine emissions during combustion of vegetable oils, mineral oil, and their blends
by Jörn Bünger
Date of Examination:2013-07-09
Date of issue:2013-07-08
Advisor:Prof. Dr. Ernst Hallier
Referee:Prof. Dr. Ernst Hallier
Referee:PD Dr. Andreas Schaper
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3925
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Name:Doktorarbeit Jörn 2012-07-20 aktuell ohne Cv eDiss.pdf
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Abstract
English
High particle emissions and strong mutagenic effects were observed after combustion of vegetable oil in diesel engines. This study tested the hypothesis that these results are affected by the amount of unsaturated or polyunsaturated fatty acids of vegetable oils and that blends of diesel fuel and vegetable oil are mutagenic. Three different vegetable oils (linseed oil, LO; palm tree oil, PO; rapeseed oil, RO), blends of 20% vegetable oil and 80% diesel fuel (B20) and 50% vegetable oil and 50% diesel fuel (B50) as well as common diesel fuel (DF) were combusted in a heavy duty diesel engine. The exhaust was investigated for particle emissions and its mutagenic effect in comparison to emissions of DF. The engine was operated using European Stationary Cycle. Particle mass was determined gravimetrically while mutagenicity was determined using the bacterial reverse mutation assay with tester strains TA98 and TA100. Combustion of LO caused the largest amount of total particulate matter (TPM). In comparison to DF it particularly raised the soluble organic fraction (SOF). RO presented second highest TPM and SOF, followed by PO which was scarcely above DF. B50 revealed the lowest amount of TPM while B20 reached as high as DF. RO revealed the highest number of mutations of the vegetable oils closely followed by LO. PO was less mutagenic, but still induced stronger effects than DF. B50 showed higher mutagenic potential than B20. While TPM and SOF were strongly correlated with the content of polyunsaturated fatty acids in the vegetable oils, mutagenicity had a significant correlation with the amount of total unsaturated fatty acids. Vegetable oil blends seem to be less mutagenic than the pure oils with a shifted maximum compared to blends with biodiesel and DF. This study supports the hypothesis that numbers of double bounds in unsaturated fatty acids of vegetable oils combusted in diesel engines influence the amount of emitted particles and the mutagenicity of the exhaust. And the peak of mutagenicity shifts in blends with vegetable oil. Further investigations have to elucidate the causal relationship and where the maximum of the blends lays.
Keywords: mutagenicity; diesel emissions; unsaturated fatty acids; Ames-Test
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Hohe Partikelemissionen und starke mutagene Wirkungen wurden nach der Verbrennung von Pflanzenöl in Dieselmotoren beobachtet. Diese Studie untersuchte die Hypothese, dass diese Ergebnisse durch die Menge der ungesättigten oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren aus pflanzlichen Ölen beeinflusst werden und dass Mischungen aus Dieselkraftstoff und Pflanzenöl mutagen sind. Drei verschiedene Pflanzenöle (Leinöl, LÖ; Palmöl, PÖ; Rapsöl, RÖ), Mischungen von 20% Pflanzenöl und 80% Dieselkraftstoff (B20) und 50% Pflanzenöl und 50% Dieselkraftstoff (B50) sowie herkömmlicher Dieselkraftstoff (DK) wurden in einem Dieselmotoren verbrannt. Die Abgase wurde auf partikuläre Emissionen und die mutagene Wirkung im Vergleich zu Emissionen von DK untersucht. Der Motor wurde im European Stationary Cycle betrieben. Die Partikelmasse wurde gravimetrisch gemessen während die Mutagenität unter Verwendung des bakteriellen Rückmutationsversuchs mit Tester Stämmen TA98 und TA100 bestimmt wurde.
Bei der Verbrennung von LÖ entstand die größte Partikelmasse (PM). Im Vergleich zu DK war die lösliche organische Fraktion (LOF) besonders hoch. RO präsentiert die zweithöchste PM und LOF, gefolgt von PÖ, die kaum über DK lag. B50 zeigte die niedrigste Menge an PM während B20 so hoch lag wie DK. RÖ zeigte die höchste Anzahl an Mutationen der Pflanzenöle gefolgt von LÖ. PÖ war weniger mutagen, aber immer noch stärker als DK. B50 zeigte ein höheres mutagenes Potential als B20. Während PM und LOF stark mit dem Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren in den Pflanzenölen korrelierten hatte die Mutagenität eine signifikante Korrelation mit der Menge der gesamten vorhandenen ungesättigten Fettsäuren. Pflanzenölblends scheinen weniger mutagen als die reinen Öle zu sein und das mutagene Maximum im Vergleich zu Blends mit Biodiesel und DK verschobenen.
Diese Studie unterstützt die Hypothese, dass die Zahl der Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäuren von Pflanzenölen Bei Verbrennung in Dieselmotoren die Menge der emittierten Partikel und die Mutagenität des Abgases beeinflussen. Das Maximum der Mutagenität verschiebt sich bei Pflanzenölblends im Vergleich zu Biodieselblends. Weitere Untersuchungen müssen die kausalen Zusammenhang aufzuklären und wo das Maximum der Pflanzenölblends liegt.
Schlagwörter: ungesättigte Fettsäuren; Mutagenität; Diesel Emissionen; Ames-Test