[Translate to Englisch:] Biokraftstoffe

[Translate to Englisch:] Mobilität ist vor dem Hintergrund der Globalisierung mehr denn je eine wesentliche Voraussetzung für eine positive ökonomische Entwicklung. Das weltweit stetig wachsende Bedürfnis nach individueller Mobilität führt zu einem ebenso stetig steigenden Energieverbrauch im Verkehrssektor, der bislang hierzulande zu über 90 Prozent von Erdöl abhängt. In Anbetracht der begrenzten Verfügbarkeit von Erdöl und seines steigenden Preises setzen immer mehr Länder in ihrer Versorgungspolitik auf eine schrittweise Erhöhung des Anteils von Biokraftstoffen. Derzeit wird der Biokraftstoffmarkt von Biodiesel und Bioethanol bestimmt, wobei Bioethanol global mit Abstand die größte Bedeutung hat.

Deutsche Unternehmen bieten langjährig erprobte, zuverlässige Anlagentechnik für die Rohstoffverarbeitung (Ölmühlen) und zur Herstellung von Biokraftstoffen an. Sie decken damit die gesamte Wertschöpfungskette ab und errichten weltweit Anlagen zur Produktion von Biodiesel, Bioethanol und Biogas bis hin zu dessen Aufbereitung auf Erdgasqualität.

Technologien und Anwendungen

Bioethanol

Bioethanol wird aus verschiedenen zucker- oder stärkehaltigen landwirtschaftlichen Rohstoffen hergestellt. In Europa werden Getreide und Zuckerrüben verwendet, in Brasilien Zuckerrohr und in den USA Körnermais. Wie herkömmlicher Alkohol wird Bioethanol durch alkoholische Gärung von Zuckern mit Hilfe von Hefen gewonnen und anschließend gereinigt. Bei Getreide wird zunächst die Stärke enzymatisch zu Zucker aufgespalten. Dabei entsteht als weiterverarbeitetes Nebenprodukt Trockenschlempe (Dried Distillers Grains with Solubles, DDGS), ein wertvolles Eiweißfuttermittel mit 30 Prozent Proteinanteil. Energetisch interessant ist außerdem die Vergärung von Schlempe und anderen Reststoffen der Bioethanolproduktion in Biogasanlagen. Das so gewonnene Biogas verbleibt als Prozesswärme in der Anlage oder wird ins Netz eingespeist. Nebenprodukte der Herstellung von Bioethanol aus Zuckerrüben sind Vinasse und Rübenschnitzel, die als Futter- oder auch Düngemittel verwendet werden. Pro Liter Bioethanol fallen ein Kilogramm DDGS bzw. je 600 Gramm Vinasse und Rübenschnitzel an.

Die Hektarleistung verschiedener Rohstoffe der Bioethanolproduktion fällt höchst unterschiedlich aus: So ergibt ein Hektar Zuckerrüben Kraftstoff für 80.300 Kilometer und deckt durch seine Nebenprodukte - ganz anders als etwa ein Hektar Zuckerrohr - zusätzlich gut drei Viertel der jährlichen Proteinration eines Rindes. Quelle: Bundesverband der deutschen Bioethanowirtschaft e.V (BDBe)

Bioethanol kommt in Deutschland in unterschiedlichen Mischungsanteilen mit Ottokraftstoff zum Einsatz. Die Rahmenbedingungen für eine nationale Zulassung von bis zu zehn Volumenprozent Bioethanol (E10) in Ottokraftstoffen anstatt wie bislang maximal fünf Prozent (E5) sind in der EU-Richtlinie 2009/30/EG verankert. Seit Anfang 2011 wird E10 an deutschen Tankstellen angeboten. Über 90 Prozent aller PKW in Deutschland und in der Regel alle Neufahrzeuge können E10 problemlos tanken. Alle Tankstellen in Deutschland sind verpflichtet, herkömmliches Benzin (E5) als Bestandsschutzsorte bis auf Weiteres zusätzlich anzubieten.

Der Bioethanolkraftstoff E85 ist deutschlandweit an ca. 350 Tankstellen erhältlich. E85 hat eine besonders vorteilhafte Klimabilanz: Vom Acker bis in den Tank verursacht E85 nur rund halb so viel CO2 wie fossiles Benzin. Entsprechend umgerüstete Fahrzeuge, sogenannte Flexible-Fuel-Vehicles (FFVs), können mit wechselnden Bioethanolanteilen bis zu 85 Prozent (E85) betrieben werden. FFVs sind „Kraftstoff-flexibel": Ein Sensor erkennt das Benzin-Bioethanol-Mischungsverhältnis im Tank, und das Motormanagement passt den Zündzeitpunkt automatisch an die Zusammensetzung des Gemischs an. Auf dem deutschen Markt haben Audi, Bentley, Ford, Opel, Saab und Volvo FFVs im Angebot.

Ein wichtiger Markt für Bioethanol ist auch die Herstellung von Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE) mit einem Bioethanolanteil von ca. 47 Prozent. Es dient als Ersatz für das ausschließlich auf fossiler Basis hergestellte Methyl-Tertiär-Butyl-Ether (MTBE), einem Additiv zur Verringerung der Klopfneigung von Ottomotoren. Nach der EU-Kraftstoffqualitätsrichtlinie ist eine ETBE-Beimischung zum Ottokraftstoff von bis zu 22 Prozent möglich.

Schätzungen zufolge ist die weltweite Produktion an Bioethanol im Jahr 2010  auf gut 70 Millionen Tonnen angestiegen (von 60 Millionen Tonnen in 2009). Die EU-Produktion stieg 2010 auf rund 3,5 Millionen Tonnen (von knapp 3 Millionen Tonnen in 2009).

Die Produktion der neun Bioethanolanlagen in Deutschland betrug 2010 praktisch unverändert zum Vorjahr knapp 0,6 Millionen Tonnen. Ein Drittel der Produktion entfiel auf Rübenstoffe, zwei Drittel des deutschen Bioethanols wurden aus Getreide gewonnen. Wichtigste Getreidearten für die Bioethanolproduktion sind Weizen und Roggen; aber auch Hafer, Gerste, Mais und Triticale kommen zum Einsatz. Der Verbrauch von Bioethanol ist erneut kräftig gestiegen und lag mit 1,16 Millionen Tonnen um 28 Prozent höher als 2009 (0,9 Millionen Tonnen). Damit stieg der volumetrische Anteil von Bioethanol am gesamten Benzinverbrauch von 4,5 Prozent im Jahr 2009 auf 5,9 Prozent.

Diese Biodieselproduktionsanlage in Regensburg, Deutschland, produziert aus pflanzlichen Frisch- und Gebrauchtölen sowie tierischen Ölen jährlich rund 33.000 Tonnen Biodiesel. Das als Nebenprodukt entstehende Rohglyzerin wird in Biogasanlagen als Cosubstrat genutzt.

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Biodiesel

Pflanzenöl ist die Grundlage für die Produktion von Biodiesel. Grundsätzlich kann jedes Pflanzenöl verwendet werden. In Europa dient hauptsächlich Rapsöl als Rohstoff, in Südamerika und den USA hingegen Sojaöl. Auch die Verwendung von Palm-, Sonnenblumen- und Jatrophaöl ist möglich. Darüber hinaus eignen sich für die Biodieselherstellung Altspeiseöle und Tierfette nach entsprechender Aufbereitung. Jedoch unterscheiden sich die Pflanzenöle in ihrer Fettsäurezusammensetzung und damit in ihrer Eignung, auch in den Wintermonaten in Form von Biodiesel eingesetzt werden zu können. Erkennbar ist diese Eigenschaft am sogenannten CFPP-Wert (engl.: Cold Filter Plugging Point, deutsch auch: Filtrierbarkeitsgrenze), der bei Palmöl plus fünf und bei Biodiesel aus Raps minus zwölf Grad beträgt. Aus dem CFPP-Wert kann sich bei der Biodieselverwendung je nach Klimazone ein begrenztes Zeitfenster (Sommer) ergeben, in dem Biodiesel auf Basis von Palmöl herkömmlichem Biodiesel beigemischt werden kann.

Bei der Gewinnung der Pflanzenöle fällt als Nebenprodukt Raps- oder Sojaschrot an, das als hochwertiges Eiweißfuttermittel in der Tierproduktion dient. Je 100 kg Rapssaat fallen grob kalkuliert 57 kg Rapsschrot und 43 kg Rapsöl an; bei der Gewinnung aus Sojabohnen erhält man etwa 80 kg Schrot und 20 kg Öl. In Abhängigkeit von der jeweiligen Anlagentechnologie wird entschleimtes oder zusätzlich extrahiertes bzw. raffiniertes Öl unter Hinzugabe von Methanol und einem Katalysator zu Fettsäuremethylester (FAME/Biodiesel) umgeestert. Für das in diesem Prozess anfallende Nebenprodukt Glyzerin existieren separate Absatzmärkte, vorrangig in der pharmazeutischen Industrie. Das Ergebnis ist ein Kraftstoff, der annähernd die gleiche Energiedichte und vor allem Fließeigenschaft (Viskosität) wie Dieselkraftstoff besitzt und daher in herkömmlichen Dieselmotoren eingesetzt werden kann.

Das Verfahren zur Herstellung von Biodiesel (engl. „fatty acid methyl esther“, kurz FAME) wurde in den vergangenen Jahren in Deutschland kontinuierlich weiterentwickelt. Derzeit werden Anlagen aus Deutschland sowohl für die Großproduktion von mehreren hunderttausend Tonnen pro Jahr als auch für kleinere dezentrale Anlagen mit einer Jahresproduktion von einigen Tausend Tonnen angeboten. Eine Arbeitsgemeinschaft deutscher Biodieselhersteller und -händler hat in den letzten zehn Jahren ein Qualitätsmanagementsystem für Biodiesel entwickelt, mit dem inzwischen auch Anlagenbetreiber international über das „Biodiesel Production AGQM Certified“-Programm (BPAC) unterstützt werden. Grundlage der BPAC-Zertifizierung ist die Einhaltung der Grenzwerte der DIN EN 14214, ergänzt durch zusätzliche Anforderungen für bestimmte Prüfparameter. BPAC berücksichtigt dabei auch vom deutschen Markt abweichende regionale Spezifikationen.

Als Reinkraftstoff (B100) kann Biodiesel in Nutzfahrzeugen (LKW, Busse, Landmaschinen) eingesetzt werden. Darüber hinaus wird er ebenso konventionellem Diesel beigemischt. In Europa ist seit Ende 2010 die 7-volumenprozentige Beimischung auf Basis der geänderten europäischen Norm für Diesel – EN 590 - erlaubt.

Die Biodiesel-Produktionskapazität in Deutschland war im Jahr 2010 leicht rückläufig und betrug zum Jahresende knapp 5 Millionen Tonnen. Die Produktionskapazität der AGQM-Produzenten stieg auf einen Anteil von knapp drei Viertel an der Gesamtmenge.

Weltweit wird für 2010 die Produktion von Biodiesel  auf etwa 18 Millionen Tonnen (2009: 14 Millionen Tonnen) geschätzt; davon entfallen 26 Prozent auf Südamerika (Brasilien und Argentinien), 13 Prozent auf die USA und ca. 61 Prozent auf die EU 27. In Deutschland betrug die Produktionskapazität im Jahr 2010 ca. 4,9 Millionen Tonnen (45 Anlagen mit einer individuellen Kapazität zwischen 2.000 und 580.000 Tonnen pro Jahr). Deutschland nimmt damit weltweit die Spitzenposition ein. In 2010 wurden insgesamt 2,6 Millionen Tonnen Dieselkraftstoff ersetzende Biokraftstoffe in Deutschland verbraucht, was einem Anteil von ca. acht Prozent am Inlandsverbrauch für Dieselkraftstoff entspricht.

Auch unbehandelte Pflanzenöle können als Kraftstoff in Dieselmotoren für mobile und stationäre Anwendungen (Block-Heizkraftwerke) verwendet werden. Wegen der im Vergleich mit Dieselkraftstoffen höheren Viskosität und niedrigeren Cetanzahl von Pflanzenölkraftstoff müssen die Motoren jedoch geringfügig umgerüstet werden. Für die Umrüstung bieten deutsche Firmen entsprechende Umbausets als vorgefertigte Bausätze an, die problemlos in die vorhandene Kraftstoffversorgung (Ein- oder Zwei-Tanksysteme) integriert werden können. Im Jahr 2010 wurden in Deutschland 60.000 Tonnen Pflanzenölkraftstoff abgesetzt.

Biomethan

Auf Erdgasqualität gereinigtes Biogas (Biomethan) kann ohne Einschränkung in Erdgasfahrzeugen verwendet werden. Dem über anaerobe Vergärung gewonnenen Biogas werden dafür das CO2 und andere Spurengase soweit entzogen, dass es der Qualität von fossilem Erdgas entspricht. Biomethan kann ins Erdgasnetz eingespeist und an jeder Erdgastankstelle entnommen werden. Nach seiner Kompression auf 250 bar ist es unmittelbar als Kraftstoff einsetzbar. Eine Biogastankstelle kann auch direkt an eine Biogasanlage mit Aufbereitung angegliedert sein. Damit ist eine gasnetzferne (off-grid) Versorgung von Erdgasfahrzeugen möglich. Die Anzahl der Erdgasfahrzeuge weltweit belief sich Ende 2010 auf rund 12,7 Millionen, was einer Steigerung von rund 12 Prozent gegenüber dem Vorjahr entspricht. Davon fuhren allein in Pakistan rund 2,74 Millionen, im Iran 1.95 Millionen, in Argentinien 1,90 Millionen und in Brasilien 1,66 Millionen Fahrzeuge. In Europa liegt Italien an der Spitze mit ca. 730.000 Fahrzeugen. In Deutschland fahren rund 92.000 Fahrzeuge mit Erdgas. Weltweit waren zudem über 18.000 Erdgas-Tankstellen in Betrieb.

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