Biotreibstoff

Biotreibstoffe der ersten Generation

• Bioalkohol über Reformationsprozesse
  

  Unter geeigneten Prozeßbedingungen - hohem Druck und hoher Temperatur - kann in einem sogenannten Reformationsprozeß Methanol aus Biomasse gewonnen werden. Dabei ist die Art der Biomasse nicht entscheidend, die Energieausbeute liegt bei etwa 50%.

• Biodiesel auf der Basis ölhaltiger Pflanzen bzw. Pflanzenteile
  Die Öle werden entweder chemisch oder mechanisch durch Auspressen aus den Rohstoffen abgetrennt. Dabei können über die chemische Extraktion bis zu 99%, über die mechanische Extraktion etwa 75-80% des Ölgehalts der Pflanze nutzbar gemacht werden.
  Ein als Treibstoff eingesetztes Rapsölprodukt ist der Rapsmethylester (RME), der sich inbesondere durch seine geringe Viskosität deutlich besser für den direkten Einsatz in konventionellen Dieselmotoren eignet als das Rapsöl selbst - die Viskosität ist ein Maß für die Zähigkeit einer Flüssigkeit. Honig hat beispielsweise eine hohe Viskosität, Spiritus eine sehr geringe.

  
  Energetische Daten ([ENQU1990], Strehler et al.):

  
  ALT="egin{tabular}{lllll} Treibstoff & multicolumn{2}{c}{Energiedichte} & Ausbeut... ....2 & 3 600 Sonnenblumenuml {o}l & 10.1 & 9.3 & 12 100 end{tabular}">
  

• Bioalkohol auf der Basis zuckerhaltiger oder stärkehaltiger Pflanzen
  Bioalkohole werden durch die alkoholische Gärung von Biomassen erzeugt, wobei Zuckerpflanzen direkt, stärkehaltige Pflanzen erst nach einer Umwandlung in zuckerreiche Grundsubstanz vergärt werden. Nach Abschluß des Gärungsprozesses, wenn der Zucker verbraucht oder eine maximale Alkoholkonzentration erreicht ist, wird der Alkohol (Ethanol, CH₃CH₂OH) durch Destillation gewonnen und kann zu Benzin beigemischt werden oder aber in dafür angepaßten Verbrennungsmotoren direkt genutzt werden. Aufgrund der Herkunft wird dieser Alkohol auch Bioethanol genannt.

  
  Energetische Daten ([ENQU1990], Strehler et al.):

  
  ALT="egin{tabular}{lllll} Rohstoff & multicolumn{2}{c}{Energiedichte} & Ausbeute ... ...-2.1 Zuckerhirse$^1$ & s.o. & s.o. & 29 000 & ca. 5.2 end{tabular}">
  
  ALT="$^1$">Feste Rückstände des Gärprozesses können zur Erzeugung der Energie für die Destillation verwendet werden.

  Von Nachteil ist die begrenzte Umwandlung in Ethanol, weil die Bakterien, die für die Umwandlung verantwortlich sind, bei einer Ethanolkonzentration von etwa 10-15% absterben. Dies ist gleichbedeutend mit einem geringen Wirkungsgrad bei der Herstellung des Treibstoffes bezogen auf den Energiegehalt der eingesetzten Biomasse.

Biotreibstoffe der zweiten Generation

Sie zeichnen sich durch die Möglichkeit aus, Pflanzenreste unspezifischer Pflanzen zu nutzen oder aber durch die vollständige Nutzung unspezifischer Pflanzen.
Typische Verfahren sind

• Biomass-to-liquid-Verfahren,
• die Gewinnung von Biogas,
• die Gewinnung von Biomethan aus Biogas,
• als langfristige Option die Produktion von Biomasse mit Mikroalgen, die weitaus höhere Wirkungsgrade erwarten läßt und dadurch den Flächenverbrauch um den Faktor 10--40 reduzieren könnte.

Biotreibstoffe gehören zu Produkten aus nachwachsenden Rohstoffen mit den üblichen Vorteilen der Biomassenutzung. Die Qualität der Treibstoffe, insbesondere des Rapsmethylesters, ist derjenigen konventioneller Treibstoffe ebenbürtig.

Grenzen und Probleme der großflächigen Biomassenutzung

Großflächiger Anbau einer einzigen Pflanzenart, eine sogenannte Monokultur, ist anfällig gegenüber einem Schädlingsbefall. Viele Tiere - hier die Schädlinge - sind auf eine bestimmte Nahrungspflanze spezialisiert, können sich bei einem praktisch unbeschränkten Angebot dieser Nahrungspflanze auch explosionsartig vermehren. Arten, die diese Pflanze nicht nutzen können, werden verdrängt oder sterben aus.

Biomassenutzung der zweiten Generation vermeidet zwar diese Probleme teilweise, jedoch ist die Effizienz maximal um den Faktor 3 höher.

Der Flächenbedarf kann dadurch also nur auf ein Drittel verringert werden: Ein sehr großflächiger Anbau wäre notwendig, wollte man den Bedarf an Treibstoffen für den Verkehr in Deutschland alleine mit Methanol aus dem erstgenannten Verfahren decken:
In Deutschland werden nach [RWEE1995] ca. 2500PJ an Kraftstoffen im Verkehrssektor eingesetzt. Pro Hektar (ha) können etwa 100 Gigajoule Energie in Form des Methanols gewonnen werden, wenn man annimmt, daß pro ha 12 Tonnen Biomasse, daraus 6 Tonnen Methanol gewonnen werden können. Aus dieser Betrachtung resultiert ein Flächenbedarf von 25 Millionen Hektar oder - in anderen Einheiten ausgedrückt - von 250000 Quadratkilometern. Deutschland hat eine Gesamtfläche von 356000 Quadratkilometern, man müßte also 70 Prozent der Fläche Deutschlands alleine zur Gewinnung der Kraftstoffe für den Verkehrssektor ,,verbrauchen``. Diese Fläche entspricht der Landwirtschaftsfläche einschließlich der Hälfte der Waldfläche Deutschlands - für Nahrungsproduktion, Weideland und Erholung blieben dann kaum noch Flächen übrig! Folge ist eine Flächenkonkurrenz zwischen den Nutzungsarten.