HYDROGEIT - Der Wasserstoff-Guide

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

"Der Gebrauch von Pflanzen�l 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 füt Dieselfahrzeuge eignen sich demnach Biodiesel und Rapsmethylester (RME) durchaus. Das Ausgangsprodukt von Biodiesel ist in der Regel Raps�l. Es können aber aus technischer Sicht auch Sonnenblumen- und Soja�l verwendet werden, die eventuell mit Palm�l und Talg oder Schmalz vermischt werden. Derartige Vermengungen sind aber nicht zu empfehlen und sollten vermieden werden.

Die Zusammensetzung von Biodiesel wurde urspr�nglich nach der deutschen Qualit�tsnorm E DIN 51606 geregelt und nur dementsprechender Kraftstoff war eigentlich füt 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 ordnungsgem��en Zustand des Kraftstoffes hinweist.

Mit Ver�ffentlichung der europ�ischen Norm füt Biodiesel (DIN EN 14214) durch das Deutsche Institut füt Normung e.V. wurde im Oktober 2003 die bisherige nationale Norm (E DIN 51606) abgel�st.

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 füt 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 füt den deutlichen Preisanstieg füt mineralischen Dieselkraftstoff liegt in der Mineral�lsteuererh�hung um ca. 3 Cent pro Liter. Biodiesel ist von dieser Steuererh�hung ausgenommen.
Der Absatz von Biodiesel erh�hte 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 f�hrend, 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) gesch�tzt. 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 betr�gt 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 Mineral�lsteuerbefreiung, die Mitte 2002 verl�ngert wurde. Bis zum Jahr 2005 beabsichtigt die Europ�ische 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 füt 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 Verschlei� in der Einspritzpumpe sowie im Motor wird dadurch erheblich reduziert. Ein geringer Anteil Bio-Diesel als Zusatz füt konventionellen Diesel-Kraftstoff verbessert auch dessen Schmiereigenschaften, die auf Grund der Entschwefelung in der Raffinerie relativ niedrig liegt.
Der Schmelzpunkt von �len und Fetten h�ngt im wesentlichen von der Anzahl der Doppelbindungen ab. Je h�her 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. Viskosit�t: 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 h�her als bei Benzin und nur unwesentlich schlechter als bei Diesel.
� Ist fast schwefelfrei.
� Enth�lt keine Aromate und kein Benzol.
� Besitzt eine hohe Schmierf�higkeit.
� Zieht Wasser an, hygroskopisch.
� Wirkt wie ein L�sungsmittel, greift Lack an, verd�nnt Motor�l.
� Reduziert durch den relativ hohen Sauerstoffgehalt (etwa 11 %) die Russ-Emissionen im Vergleich zum herk�mmlichen 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 herk�mmlichen 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, gef�hrdet bei Unf�llen 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 K�lte den Kraftstoff-Filter.
� Glyzerin lagert sich ab und besch�digt die Einspritz-Pumpe.
� Alkali kann den Filter verstopfen.
� Anhand der Messung des Flammpunktes l�sst sich der Verschmutzungsgrad des Kraftstoffes nachmessen.
� Viskosit�t und Flammpunkt sind in �hnlicher Gr��enordnung 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 füt eine gute Durchl�ftung des Erdreiches sorgt. Da er elf Monate im Jahr den Boden bedeckt, verhindert er au�erdem unerw�nschte Boden-Erosion. Der Rapsanbau l�sst ich gut in getreidereiche Fruchtfolgen integrieren, so dass Fl�chen-Stillegungen vermieden werden können.
Die Pflanzen�le werden durch das Auspressen und Extrahieren der Fr�chte oder der Samen von �lpflanzen in �lm�hlen gewonnen. Raps enth�lt beispielsweise etwa 40 % �l. Bei der Herstellung von Biodiesel bleibt �blicherweise ein Rest�l-Anteil im Schrot von 2 - 3 % �brig.
Verschiedene �le und Fette unterscheiden sich voneinander lediglich in der L�nge der Kohlenwasserstoff-Ketten und der Anzahl ihrer Doppelbindungen. Im wesentlichen bestehen die �le aus Glyzerin als Grundtr�ger und den an ihm angelagerten Fetts�ure-Molek�len (gradzahlige Kohlenwasserstoff-Ketten mit 16 bis 22 C-Atomen), die sich unter Abspaltung von Wasser mit dem Glyzerin verbunden haben. Fette und �le bestehen zu 97 % aus derartigen Verbindungen, die Triglycerid genannt werden. Der Rest sind freie Fetts�uren, Vitamine, Wasser, Phosphor-Verbindungen und geringe Schwefel-Anteile.
Beim Raps�l ist das Glyzerin-Molek�l an drei lange Fetts�ure-Ketten (C18-Ketten) gebunden. Diese reagieren bei der Umesterung mit Methanol. Das Hauptziel der Umesterung ist die Verringerung der Viskosit�t von etwa 60 auf 4 mm2/sec wie bei Diesel�l. Der Katalysator, der diese Reaktion unterst�tzt, kann zum Beispiel 0,5 % Natronlauge (wasserfrei) sein. Bei diesem Prozess wird das langkettige, verzweigte Molek�l gegen drei einzelne, k�rzere Molek�le ausgetauscht. Es entsteht Fetts�ure-Methylester bzw. Bio-Diesel. H�ufig ist auch die Bezeichnung Raps-Methylester (RME) gebr�uchlich. In der E DIN 51606 wird als Bezeichnung die englische Kurzform FAME (Fatty Acid Methyl Ester) verwendet. Darüber hinaus entsteht Glyzerin (fr�her "�ls��"), dass selbst die alten Griechen schon kannten ("glykys"). Diese s��schmeckende Substanz wird auch in der Pharma-, Kunststoff- und Lack-Industrie genutzt.

Die Reaktion verl�uft folgenderma�en:

Triacylglycerin + Methanol + Katalysator = Fetts�ure-Methylester + Glycerin

Die gebildeten Fetts�ure-Methylester zeigen eine gewisse �hnlichkeit mit dem "Cetan" (linearer Kohlenwasserstoff mit 16 C-Atomen). Cetan gilt als sehr z�ndwillig und wird deshalb als Ma� füt die Z�ndwilligkeit von Diesel-Kraftstoff herangezogen (Cetan-Zahl). Je h�her die Zahl ist, desto z�ndwilliger ist das Diesel�l und desto geringer ist der Z�ndverzug und damit der Druckanstieg pro Zeiteinheit im Zylinder. Das verringert den Motorverschlei� und erh�ht die Laufruhe. Herk�mmlicher Diesel hat eine Cetan-Zahl von 51 (nach EU-Norm 590), nach der Zugabe von Additiven liegt sie bei 53. Neuer Diesel-Kraftstoff, der füt noch mehr Laufruhe sorgen soll, weist eine Cetan-Zahl von 55 auf.

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

größere Umr�st-Ma�nahmen sind füt den Kfz-Betrieb mit Bio-Diesel nicht notwendig. Es sind jedoch nicht alle Diesel-Fahrzeuge vom Hersteller füt 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 herk�mmlicher Dieselkraftstoff.
Der Treibstoffpreis lag Ende 2003 bei 0,76 bis 0,78 Euro pro Liter. Im Vergleich dazu lag der Preis füt mineralischen Dieselkraftstoff zwischen 0,86 und 0,89 Euro.

Nach der Novellierung des Mineral�lsteuer-Gesetzes sind seit Juni 2002 alle biologischen Kraftstoffe von der Steuer befreit, nachdem zuvor nur Pflanzen�le über dieses Privileg verf�gen konnten. Die Steuerbefreiung gilt damit füt:

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

Die Erweiterung dieses Gesetzes beruht auf der Annahme von Verkehrs- und Umweltexperten, dass Biokraftstoffe k�nftig 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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