Nachricht

May 19, 2023

Große Chemie: Synthetisches Öl

Solange ich fahre, wechsle ich das Öl. Eigentlich schon länger – bevor ich überhaupt meinen Führerschein bekam, habe ich viele Wartungs- und Reparaturarbeiten am Familienauto durchgeführt. Es schien natürlich

Solange ich fahre, wechsle ich das Öl. Eigentlich schon länger – bevor ich überhaupt meinen Führerschein bekam, habe ich viele Wartungs- und Reparaturarbeiten am Familienauto durchgeführt. Damals schien es selbstverständlich, dies zu tun, und das gilt auch heute noch, obwohl es insgesamt wahrscheinlich günstiger wäre, die Arbeit auszulagern. Ich mache das vor allem deshalb weiter, weil ich gerne auf dem Laufenden bleibe, was mit meinen Autos passiert.

Für den Ölwechsel sind Vorräte erforderlich, aber die letzten Male, als ich zu BigBoxMart fuhr, kam ich mit leeren Händen zurück. Ich weiß nicht, ob es sich um eines der scheinbar endlosen Lieferkettenprobleme handelt oder um etwas anderes, aber der Gang, in dem es normalerweise reichlich Öl gibt, war stark unterbesetzt. Und was da war, war größtenteils synthetisches Öl, das ich noch nie probiert habe.

Ich habe mich gegen den Umstieg auf synthetisches Motoröl gewehrt, weil mir das nur wie eine Spielerei erschien, um mir mehr von meinem hart verdienten Geld als nötig abzunehmen. Aber jetzt, da es so aussieht, als hätte ich keine andere Wahl, als synthetisches Öl zu verwenden, dachte ich, ich würde das tun, was ich normalerweise tun würde: die Details synthetischer Öle untersuchen und meine Erkenntnisse mit Ihnen allen teilen.

Ganz vorweg möchte ich sagen, dass es anscheinend viel „Folklore“ über Motoröle im Allgemeinen und synthetische Öle im Besonderen gibt und dass es bei Menschen, für die Autos mehr als nur ein Transportmittel sind, viele starke Gefühle gibt. Es ist also leicht, Videos und Blog-Beiträge zu finden, die darauf beharren, dass Kunststoffe ein Geschenk der Schmiergötter sind, und solche, die Kunststoffe auf das Schärfste verurteilen. Und natürlich betrachtet jedes Lager das andere als Ketzer, deren Vorliebe für Schmiermittel sie mit Sicherheit in einen Abgrund der Verzweiflung und des Leidens im Automobilbereich führen wird. Das ist wohl unsere polarisierte Welt.

Auch wenn ich mich in den Motorölkriegen nicht wirklich für eine Seite entscheiden möchte, möchte ich auf keinen Fall etwas tun, was den sorgfältig gepflegten Motoren meiner Autos möglicherweise schaden könnte. Da ich noch nie mit synthetischen Ölen gefahren bin, hatte ich das Gefühl, dass ein wenig Sorgfalt angebracht ist: Ist es möglich, dass synthetische Öle Schäden an älteren Motoren verursachen, die nur mit herkömmlichen Ölen betrieben wurden?

Die kurze Antwort lautet: wahrscheinlich nicht. Als synthetische Öle erstmals auf den Markt kamen, war ihre Chemie nicht vollständig mit der aktuellen Motorentechnologie kompatibel. Insbesondere die frühen Kunststoffe auf Esterbasis verursachten Probleme bei Motordichtungen, die Polyesterharze enthielten. Diese Zeiten sind längst vorbei, da sich sowohl die Motordichtungstechnologie als auch die synthetischen Ölformulierungen verbessert haben. Moderne Kunststoffe wurden auf ihre Kompatibilität mit allen Arten von Materialien getestet, die üblicherweise in Motordichtungen verwendet werden, wie Nitril, Silikon, Polyacrylate und Fluorelastomere wie Viton. Es hat sich gezeigt, dass Öle, die über die entsprechenden Prüfzertifizierungen verfügen, bei Kontakt mit synthetischem Öl kein übermäßiges Quellen oder Schrumpfen, keine Verhärtung oder Verringerung der Festigkeit des Dichtungsmaterials verursachen.

Wenn Sie also in den letzten etwa 30 Jahren einen Motor haben bauen lassen und ein synthetisches Öl verwenden, das den Empfehlungen des Herstellers entspricht, sollte alles in Ordnung sein.

Aber was genau macht synthetisches Motoröl synthetisch? Und wie unterscheidet es sich von herkömmlichem Motoröl? Wie sich herausstellt, gibt es zwischen den beiden Ölen weniger Unterschiede, als man denkt, aber die Art und Weise, wie sie sich unterscheiden, ist ziemlich interessant, und die Unterschiede offenbarten die Welt der Schmiertechnik auf eine Weise, die ich vorher nie wirklich zu schätzen wusste.

Alle Motoröle, ob traditionell oder synthetisch, sind hochentwickelte Produkte, die eine verwirrende Vielfalt an Additiven enthalten, von denen jedes eine bestimmte Aufgabe hat. Allerdings beginnen alle Motorenöle mit einem Grundöl, das in eine von fünf großen Gruppen fällt, basierend auf Eigenschaften wie Schwefelgehalt, Viskosität und der Menge an gesättigten Kohlenwasserstoffen, die es enthält – mehr dazu später:

Grundöle der Gruppen I, II und III werden alle aus Rohöl gewonnen, und die Methoden zur Raffinierung des Rohrohstoffs in leichtere Fraktionen, die für Motoröl geeignet sind, bestimmen weitgehend die Schwefelmenge im Grundöl sowie die Konzentration an ungesättigten Fettsäuren Kohlenwasserstoffverbindungen darin. Gesättigte Kohlenwasserstoffe sind solche, bei denen jeder Kohlenstoff im Grundgerüst des Polymers vollständig mit Wasserstoffen besetzt ist; mit anderen Worten, gesättigte Verbindungen haben keine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen. Dies ist wichtig, da ungesättigte Bindungen potenzielle Oxidationsstellen darstellen, die die Eigenschaften des Grundöls beeinträchtigen können.

Da die Grundöle für herkömmliche Mineralöle also direkt aus der Erde in Form von Rohöl stammen, muss das sicherlich bedeuten, dass synthetisches Öl nicht mit fossilen Brennstoffen in Verbindung gebracht wird. Wie sich herausstellt, ist das nicht der Fall. Eines haben wir aus dieser „Big Chemistry“-Reihe gelernt: Fast alles, was wir im täglichen Leben verwenden, stammt ganz oder teilweise aus Petrochemikalien. Und das Gleiche gilt auch für synthetisches Öl.

Grundöle der Gruppe IV bestehen fast ausschließlich aus Poly-α-Olefinen oder PAOs. PAOs sind wie Kunststoffe synthetische Polymere, aber anstatt über enorm lange und kompliziert gekreuzte Seitenketten zu verfügen, bestehen PAOs meist aus einer kleinen Anzahl miteinander verbundener kurzer Seitenketten. Aber Kunststoffe und PAOs haben viele Gemeinsamkeiten, was die Ausgangsmaterialien und die Prozesse betrifft, die zu ihrer Herstellung erforderlich sind.

Der Ausgangspunkt für die meisten Polymere ist Erdgas. Die Hauptverbindung in Erdgas ist Methan (CH4), der einfachste mögliche Kohlenwasserstoff und ein Mitglied der Alkanfamilie, deren Grundgerüst aus vollständig gesättigten Kohlenstoffen besteht. Die meisten Erdgasvorkommen weisen jedoch auch eine erhebliche Konzentration komplizierterer Alkane auf, beispielsweise Butan mit vier Kohlenstoffatomen, Propan mit drei Kohlenstoffatomen und Ethan mit zwei Kohlenstoffatomen. Ethan ist der Ausgangspunkt vieler Polymerchemie und kann durch selektive Kondensation aus Roherdgas isoliert werden.

Ethangas kann durch Dampfcracken in Ethylengas umgewandelt werden, wobei hohe Temperaturen und Drücke genutzt werden, um gesättigte Kohlenwasserstoffe aufzuspalten und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen einzuführen. Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Doppelbindung werden als Alkene bezeichnet, die Alkenversion von Ethan heißt Ethylen. Und Ethylen ist mit seiner chemisch reaktiven und zentral angeordneten Doppelbindung ein äußerst nützlicher Baustein.

Der nächste Schritt auf dem Weg zu synthetischem Öl ist die Herstellung längerkettiger Alkene aus Ethylen. Der dafür verwendete chemische Prozess, der Ziegler-Prozess, ist komplex und sprengt den Rahmen dieses Artikels – und ehrlich gesagt auch mein Verständnis. Es genügt jedoch zu sagen, dass ein aluminiumhaltiger organischer Katalysator zum Zusammenkleben mehrerer Ethylenverbindungen verwendet wird. Das Ziegler-Verfahren ermöglicht eine genaue Kontrolle der Oligomerisierungsreaktion und kann Alkene spezifischer Länge produzieren. Wenn das Kohlenstoffgerüst aus zehn Kohlenstoffen mit einer einzelnen Doppelbindung besteht, spricht man von 1-Decen.

Alkene, die auch Olefine genannt werden, zeichnen sich dadurch aus, wo sich entlang des Kohlenstoffrückgrats ihre Doppelbindung befindet. Wenn sich die Doppelbindung neben dem ersten oder Alpha-Kohlenstoff befindet, wird das resultierende Molekül Alpha-Olefin oder α-Olefin genannt. 1-Decen ist das am häufigsten bei der Herstellung von Poly-α-Olefinen verwendete α-Olefin. Dies erfolgt durch die Reaktion von 1-Decen mit einem Katalysator aus Bortrifluorid (BF3) und entweder Wasser oder einem Alkohol. Diese Reaktion zielt auf die empfindliche Doppelbindung am α-Kohlenstoff von 1-Decen ab und verbindet sie mit dem α-Kohlenstoff eines anderen 1-Decen-Moleküls.

Anders als bei Kunststoffen darf die Polymerisationsreaktion nur wenige Runden dauern, wodurch kleine Oligomere von 1-Decen entstehen. Typisch sind fünf oder sechs Runden, die zu einem PAO führen, das völlig frei von Schwefelverbindungen und ungesättigten Bindungen ist – die verbleibende Doppelbindung aus der letzten Reaktion wird durch die Reaktion des PAO mit Wasserstoffgas unter Druck gesättigt. Dadurch wird die letzte mögliche Oxidationsstelle entfernt, wodurch ein stabiles PAO-Grundöl entsteht.

PAOs werden in großen Mengen hergestellt und an Mischanlagen geliefert, wo die Grundöle miteinander vermischt werden, um die richtige Viskosität zu erreichen. Zusatzstoffe wie Detergentien, Dispergiermittel, Antischaummittel und Antiverschleißmittel werden hinzugefügt, um die Spezifikationen des Endprodukts zu erfüllen.

Auch wenn der Name irreführend sein mag, sind synthetische Motoröle in vielen Fällen ihren Mineralöl-Pendants überlegen. Bei der Herstellung eines Motoröls aus einem mineralischen Grundöl ist es nahezu unmöglich, potenziell leistungsbeschränkende Probleme, insbesondere Oxidationsstellen, zu vermeiden. Andererseits kann bei synthetischen Ölen die Einführung dieser Oxidationsstellen fast vollständig vermieden werden, was zu einem Endprodukt führt, das länger hält und während seiner gesamten Lebensdauer eine bessere Leistung erbringt. Rafe von Lubrication Expert hat ein tolles Video zu diesem Thema:

Ich weiß nicht, ob ich es jemals schaffen werde, 25.000 Meilen zu fahren, ohne das Öl zu wechseln, was Hersteller von Synthetikölen oft als möglich anpreisen, aber jetzt weiß ich, was hinter dieser Behauptung steckt und dass die Kosten für Synthetiköl hoch sind am wenigsten durch den technischen Aufwand gerechtfertigt, der in ihnen steckt.