HYDROGEIT - Der Wasserstoff-Guide

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Biodiesel
Bereits im Jahr 1912 gab Rudolf Diesel in seiner Patentschrift zu bedenken:

"Der Gebrauch von Pflanzenöl als Kraftstoff mag heute unbedeutend sein. Aber derartige Produkte können im Laufe der Zeit ebenso wichtig werden wie Petroleum und diese Kohle-Teer-Produkte von heute."

Als alternative Kraftstoffe für Dieselfahrzeuge eignen sich demnach Biodiesel und Rapsmethylester (RME) durchaus. Das Ausgangsprodukt von Biodiesel ist in der Regel Rapsöl. Es können aber aus technischer Sicht auch Sonnenblumen- und Sojaöl verwendet werden, die eventuell mit Palmöl und Talg oder Schmalz vermischt werden. Derartige Vermengungen sind aber nicht zu empfehlen und sollten vermieden werden.

Die Zusammensetzung von Biodiesel wurde ursprünglich nach der deutschen Qualitätsnorm E DIN 51606 geregelt und nur dementsprechender Kraftstoff war eigentlich für den Verkauf freigegeben. Es gibt jedoch teilweise Biodieseltankstellen und Zulieferer, die sich daran nicht halten und dem Kraftstoff billige Komponenten beimischen. Es empfiehlt sich daher, Biodiesel nur dort zu kaufen, wo ein DIN-Aufkleber auf den ordnungsgemäßen Zustand des Kraftstoffes hinweist.

Mit Veröffentlichung der europäischen Norm für Biodiesel (DIN EN 14214) durch das Deutsche Institut für Normung e.V. wurde im Oktober 2003 die bisherige nationale Norm (E DIN 51606) abgelöst.

Der Biodiesel-Preis in Deutschland stieg zur Jahreswende von 0,719 pro Liter im Dezember 2001 auf 0,749 Euro im März 2002. Im Vergleich dazu lag der Preis für mineralischen Dieselkraftstoff bei 0,773 Euro im Dezember und bei 0,838 Euro im März. Die mittlere Differenz von Biodiesel zum mineralischen Dieselkraftstoff ist von 4,3 Cent auf 8,9 Cent gestiegen. Der Grund für den deutlichen Preisanstieg für mineralischen Dieselkraftstoff liegt in der Mineralölsteuererhöhung um ca. 3 Cent pro Liter. Biodiesel ist von dieser Steuererhöhung ausgenommen.
Der Absatz von Biodiesel erhöhte sich innerhalb der letzten Jahre durchgehend. Der Biodieselanteil am gesamten Dieselbedarf lag im Jahr 2002 bei rund 3 Prozent.

Tab. 1: Biodiesel-Produktionsmenge

1995         1997         2000         2001         2002         2003
45.000 t  100.000 t  250.000 t  490.000 t  835.000 t  1.100.000 t
Quellen: IWR, UFOP

Deutschland ist bei der Herstellung von Biodiesel weltweit führend, gefolgt von Italien (310.000 Tonnen im Jahr 2001) und Frankreich (300.000 Tonnen). Der Jahresabsatz von Biodiesel innerhalb Deutschlands wird auf rund 700.000 Tonnen (Ende 2003) geschätzt. Davon werden rund 70 Prozent direkt an Lkw-Flotten geliefert und etwa 30 Prozent über Tankstellen an Endkunden verkauft. Die Vorreiter im Verkauf des alternativen Kraftstoffs auf Rapsbasis sind Nordrhein-Westfalen, Bayern und Niedersachsen.

Bislang wird in Deutschland an über 1.900 Tankstellen Biodiesel angeboten (von insgesamt 17.000 Tankstellen; Stand: Mai 2005). Der Marktanteil an der gesamten Kraftstoffmenge von Biodiesel und Agraralkohol beträgt damit in Deutschland 1,2 Prozent. Gegenüber dem EU-Durchschnitt (0,5 Prozent) ist dies mehr als das Doppelte. Dies liegt nicht zuletzt an der Mineralölsteuerbefreiung, die Mitte 2002 verlängert wurde. Bis zum Jahr 2005 beabsichtigt die Europäische Union den Anteil von Biotreibstoffen auf mindestens 2 Prozent und bis 2010 auf 5,75 Prozent des gesamten Kraftstoffverbrauchs zu steigern.
Insbesondere nach dem Wegfall der Agrardiesel-Steuerbefreiung ist der Einsatz von Biodiesel speziell für Landwirte eine reizvolle Alternative.

Eigenschaften
Bio-Diesel verfügt über sehr gute Schmiereigenschaften. Das liegt an dem relativ hohen Sauerstoff-Gehalt (11 %) und seinem chemischen Aufbau. Der Verschleiß in der Einspritzpumpe sowie im Motor wird dadurch erheblich reduziert. Ein geringer Anteil Bio-Diesel als Zusatz für konventionellen Diesel-Kraftstoff verbessert auch dessen Schmiereigenschaften, die auf Grund der Entschwefelung in der Raffinerie relativ niedrig liegt.
Der Schmelzpunkt von Ölen und Fetten hängt im wesentlichen von der Anzahl der Doppelbindungen ab. Je höher diese Anzahl ist, desto niedriger ist der Schmelzpunkt.

Bio-Diesel verfügt nach der Umesterung über folgende Eigenschaften:
Dichte bei 15 °C: 0,875 - 0,890 kg/l
Energiedichte: 8,9 kWh/l
kinemat. Viskosität: 7 - 8 mm2/s bei 20 °C
Cetan-Zahl: 54 - 58
Flammpunkt: 100 - 135 °C
Schmelzpunkt: -12 bis -22 °C
Schwefel-Anteil: < 10 ppm
Wasser-Anteil: < 300 ppm
Gesamt Glyzerin-Anteil: < 0,25 %
Freies Glyzerin: < 0,02 %
Methanol-Anteil: < 0,3 %

· Der Energiegehalt ist höher als bei Benzin und nur unwesentlich schlechter als bei Diesel.
· Ist fast schwefelfrei.
· Enthält keine Aromate und kein Benzol.
· Besitzt eine hohe Schmierfähigkeit.
· Zieht Wasser an, hygroskopisch.
· Wirkt wie ein Lösungsmittel, greift Lack an, verdünnt Motoröl.
· Reduziert durch den relativ hohen Sauerstoffgehalt (etwa 11 %) die Russ-Emissionen im Vergleich zum herkömmlichen Diesel-Kraftstoff.
· Bio-Diesel gibt bei der Verbrennung etwa so viel Kohlenstoff-Dioxid ab, wie die Pflanze beim Wachstum aufgenommen hat.
· Die meisten Abgaswerte werden im Vergleich zum herkömmlichen Diesel unterschritten.
· Wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. CO2-Produktion nur so hoch, wie die Pflanzen beim Wachstum aufgenommen haben (geschlossener CO2-Kreislauf).
· Ist biologisch abbaubar, gefährdet bei Unfällen nicht den Boden, Unter normalen Bedingungen werden innerhalb von 28 Tagen 99% des Bio-Diesels durch Mikroorganismen "aufgefressen".
· Ist kein Gefahrgut (ungiftig)
· Ein zu hoher Wassergehalt verstopft bei Kälte den Kraftstoff-Filter.
· Glyzerin lagert sich ab und beschädigt die Einspritz-Pumpe.
· Alkali kann den Filter verstopfen.
· Anhand der Messung des Flammpunktes lässt sich der Verschmutzungsgrad des Kraftstoffes nachmessen.
· Viskosität und Flammpunkt sind in ähnlicher Größenordnung wie bei Diesel-Kraftstoff.

Herstellung und Vermarktung
Raps ist ein so genannter Tiefwurzler, der mit seiner Pfahlwurzel und seinen zahlreichen Nebenwurzeln verdichteten Boden durchdringt und für eine gute Durchlüftung des Erdreiches sorgt. Da er elf Monate im Jahr den Boden bedeckt, verhindert er außerdem unerwünschte Boden-Erosion. Der Rapsanbau lässt ich gut in getreidereiche Fruchtfolgen integrieren, so dass Flächen-Stillegungen vermieden werden können.
Die Pflanzenöle werden durch das Auspressen und Extrahieren der Früchte oder der Samen von Ölpflanzen in Ölmühlen gewonnen. Raps enthält beispielsweise etwa 40 % Öl. Bei der Herstellung von Biodiesel bleibt üblicherweise ein Restöl-Anteil im Schrot von 2 - 3 % übrig.
Verschiedene Öle und Fette unterscheiden sich voneinander lediglich in der Länge der Kohlenwasserstoff-Ketten und der Anzahl ihrer Doppelbindungen. Im wesentlichen bestehen die Öle aus Glyzerin als Grundträger und den an ihm angelagerten Fettsäure-Molekülen (gradzahlige Kohlenwasserstoff-Ketten mit 16 bis 22 C-Atomen), die sich unter Abspaltung von Wasser mit dem Glyzerin verbunden haben. Fette und Öle bestehen zu 97 % aus derartigen Verbindungen, die Triglycerid genannt werden. Der Rest sind freie Fettsäuren, Vitamine, Wasser, Phosphor-Verbindungen und geringe Schwefel-Anteile.
Beim Rapsöl ist das Glyzerin-Molekül an drei lange Fettsäure-Ketten (C18-Ketten) gebunden. Diese reagieren bei der Umesterung mit Methanol. Das Hauptziel der Umesterung ist die Verringerung der Viskosität von etwa 60 auf 4 mm2/sec wie bei Dieselöl. Der Katalysator, der diese Reaktion unterstützt, kann zum Beispiel 0,5 % Natronlauge (wasserfrei) sein. Bei diesem Prozess wird das langkettige, verzweigte Molekül gegen drei einzelne, kürzere Moleküle ausgetauscht. Es entsteht Fettsäure-Methylester bzw. Bio-Diesel. Häufig ist auch die Bezeichnung Raps-Methylester (RME) gebräuchlich. In der E DIN 51606 wird als Bezeichnung die englische Kurzform FAME (Fatty Acid Methyl Ester) verwendet. Darüber hinaus entsteht Glyzerin (früher "Ölsüß"), dass selbst die alten Griechen schon kannten ("glykys"). Diese süßschmeckende Substanz wird auch in der Pharma-, Kunststoff- und Lack-Industrie genutzt.

Die Reaktion verläuft folgendermaßen:

Triacylglycerin + Methanol + Katalysator = Fettsäure-Methylester + Glycerin

Die gebildeten Fettsäure-Methylester zeigen eine gewisse Ähnlichkeit mit dem "Cetan" (linearer Kohlenwasserstoff mit 16 C-Atomen). Cetan gilt als sehr zündwillig und wird deshalb als Maß für die Zündwilligkeit von Diesel-Kraftstoff herangezogen (Cetan-Zahl). Je höher die Zahl ist, desto zündwilliger ist das Dieselöl und desto geringer ist der Zündverzug und damit der Druckanstieg pro Zeiteinheit im Zylinder. Das verringert den Motorverschleiß und erhöht die Laufruhe. Herkömmlicher Diesel hat eine Cetan-Zahl von 51 (nach EU-Norm 590), nach der Zugabe von Additiven liegt sie bei 53. Neuer Diesel-Kraftstoff, der für noch mehr Laufruhe sorgen soll, weist eine Cetan-Zahl von 55 auf.

Das Kohlenstoff-Dioxidproblem ist bei Bio-Diesel gegenüber herkömmlichem Diesel-Kraftstoff etwas entschärft, denn die Verbrennung setzt nur jene Menge CO2 frei, welche im Zuge ihres Anbaus gebunden wurde.

Größere Umrüst-Maßnahmen sind für den Kfz-Betrieb mit Bio-Diesel nicht notwendig. Es sind jedoch nicht alle Diesel-Fahrzeuge vom Hersteller für den Betrieb mit Bio-Diesel freigegeben. Deswegen sollte vor der Betankung mit diesem Kraftstoff die Werkstatt oder der Hersteller konsultiert werden.

Biodiesel kostet im Durchschnitt 10 Cent pro Liter weniger als herkömmlicher Dieselkraftstoff.
Der Treibstoffpreis lag Ende 2003 bei 0,76 bis 0,78 Euro pro Liter. Im Vergleich dazu lag der Preis für mineralischen Dieselkraftstoff zwischen 0,86 und 0,89 Euro.

Nach der Novellierung des Mineralölsteuer-Gesetzes sind seit Juni 2002 alle biologischen Kraftstoffe von der Steuer befreit, nachdem zuvor nur Pflanzenöle über dieses Privileg verfügen konnten. Die Steuerbefreiung gilt damit für:

· Biodiesel,
· Biogas,
· synthetisches Benzin,
· Bioethanol,
· Biomethanol und
· Wasserstoff aus Biomasse.

Die Erweiterung dieses Gesetzes beruht auf der Annahme von Verkehrs- und Umweltexperten, dass Biokraftstoffe künftig vermehrt in optimierten Motoren beziehungsweise in der Brennstoffzellen-Technik zum Einsatz kommen werden.



Einen guten Überblick über alternative Kraftstoffe verschafft das bereits in 2. Auflage erschienene Buch von Dipl.-Ing. Sven Geitmann:

Alternative Kraftstoffe - Womit fahre ich am besten?


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