Biotreibstoffe werden nach verschiedenen Verfahren aus Biomasse hergestellt. Biotreibstoffe werden nach der ursprünglichen Biomasse und dem Herstellungsverfahren eingeteilt.
Biotreibstoffe der ersten Generation
Sie zeichnen sich durch die Nutzung von spezifischen Pflanzenteilen und spezifischen Pflanzenarten aus. Sie werden auch spezifische Biomasse genannt.
- Bioalkohol über ReformationsprozesseUnter 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. PflanzenteileDie 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
PflanzenBioalkohole 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.
2007-11-02, update
1999-06-12: INIT