Zusammenfassung
Für die Synthese von Biokraftstoffen kommen verschiedene Verfahrenswege infrage, nachfolgend soll dazu ein kurzer Überblick gegeben werden (siehe Abb. 9.1).
Die aktuelle Diskussion um die Nachhaltigkeit und mögliche Verdrängungsmechanismen in Bezug auf die Lebensmittelindustrie wird hier ausdrücklich ausgeklammert. Vielmehr sollen nur die technischen Umsetzungs- und Realisierungsmöglichkeiten dargestellt werden.
Generell kann gesagt werden, dass der Einsatz von Biokraftstoffen in Verbrennungskraftmaschinen kein grundsätzliches Problem darstellt. Es sind lediglich einige Besonderheiten, wie
-
Zünd- und Verbrennungseigenschaften,
-
Dichtungs- und Lackverträglichkeit,
-
thermische Stabilität (Alterung) und
-
Rückwirkungen auf das tribologische System „Brennstoff-Brenngas-Schmierstoff-Oberflächenbeschaffenheit“
zu berücksichtigen. Diese Biokraftstoffe sollten daher nur nach Absprache mit dem Hersteller eingesetzt werden (vgl. auch Kap. 12).
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Notes
- 1.
Biodiesel \(=\) Rapsölmethylester \(=\) Raps-Methylester [RME] \(=\) Fettsäuren, C16–18- und C18-ungesättigt, Methylester \(=\) Fettsäuremethylester [FAME], Palmölmethylester [PME].
- 2.
Zymase ist ein Ferment (Enzym, Biokatalysator) der Hefe; sie wirkt unabhängig von der lebenden Hefezelle.
- 3.
Stärke (lat. Amylum) ist eine organische Verbindung, und zwar ein Polysaccharid mit der Formel (C\({}_{6}\)H\({}_{10}\)O\({}_{5})_{n}\), das aus \(\alpha\)-D-Glucose-Einheiten besteht. Das Makromolekül zählt daher zu den Kohlenhydraten. Stärke ist einer der wichtigsten Inhaltsbestandteile pflanzlicher Zellen.
- 4.
Auch: Bio-Ethanol, Äthanol, Äthylalkohol, Ethylalkohol, Alkohol, Agraralkohol, Spiritus, Kartoffelsprit, Weingeist, E100.
- 5.
Traubenzucker (D-Glucose, kurz Glc, auch Dextrose oder D-Glukose genannt) ist ein Einfachzucker (Monosaccharid) und gehört damit zu den Kohlenhydraten.
- 6.
Die Hefen sind einzellige Pilze, die sich durch Sprossung oder Teilung (Spaltung) vermehren und meist aus der Abteilung der Schlauchpilze (Ascomycota) stammen.
- 7.
Triticale: (x Triticosecale) ist eine Getreidekreuzung aus Weizen (Triticum aestivum L.) als weiblichem und Roggen (Secale cereale L.) als männlichem Partner. Der Name ist aus TRITIcum und seCALE zusammengesetzt. Geschmack und Inhaltsstoffe der Triticale liegen zwischen denen von Weizen und Roggen.
- 8.
Lipide ist eine Sammelbezeichnung für ganz oder zumindest größtenteils wasserunlösliche (hydrophobe) Naturstoffe, die sich dagegen aufgrund ihrer geringen Polarität sehr gut in hydrophoben beziehungsweise lipophilen Lösungsmitteln wie Hexan lösen. Ihre Wasserunlöslichkeit rührt vor allem von den langen Kohlenwasserstoff-Resten, welche die allermeisten Lipide besitzen. In lebenden Organismen werden Lipide hauptsächlich als Strukturkomponente in Zellmembranen, als Energiespeicher oder als Signalmoleküle gebraucht. Oft wird der Begriff „Fett“ als Synonym für Lipide gebraucht, jedoch stellen die Fette nur eine Untergruppe der Lipide dar (nämlich die Gruppe der Triglyceride). Die Lipide können in sieben Gruppen eingeteilt werden: Fettsäuren, Triacylglyceride (Fette und Öle), Wachse, Phospholipide, Sphingolipide, Lipopolysaccharide und Isoprenoide (Steroide, Carotinoide etc.)
- 9.
Triglyceride, Triglyzeride oder Triacylglycerine (TAG), auch Glycerol-Triester, sind dreifache Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit drei Säuremolekülen (vgl. Abb. 9.2 und 9.3). Triacylglycerine mit drei Fettsäuren sind die Verbindungen in Fetten und fetten Ölen. Natürliche Fette bestehen zum überwiegenden Teil aus Triglyceriden mit drei langkettigen Fettsäuren, die meist aus unverzweigten Ketten mit 4 bis 26, typischerweise 12 bis 22 Kohlenstoff-Atomen bestehen. Sind sie bei Raumtemperatur flüssig, werden sie als „Öle“ oder – um sie von den Mineralölen zu unterscheiden – „fette Öle“ bezeichnet. Reine Triacylglycerine von Fettsäuren werden auch als Neutralfette bezeichnet.
- 10.
Alkane \(=\) Paraffin (lateinisch für „wenig reaktionsfähig“) sind Gemische aus kettenförmigen, gesättigten Kohlenwasserstoffen mit Einfachbindungen (Alkanen); allgemeine Summenformel C\({}_{n}\)H\({}_{2n+2}\).
- 11.
Naphtha, auch Rohbenzin genannt, ist das unbehandelte Erdöldestillat aus der Raffination von Erdöl oder Erdgas und ein wichtiger Rohstoff für die Petrochemie. Naphtha ist kein chemisch einheitlicher Stoff, sondern ein Erdöldestillat, das in etwa den Siedebereich von Benzin aufweist, da es sich aus Leichtbenzin und Schwerbenzin zusammensetzt. Man unterscheidet entsprechend der mittleren Molekülmasse zwischen leichterem und schwererem Naphtha. Der Stoff wird im Wesentlichen für die Produktion von Benzin eingesetzt und ist daneben ein wichtiger Rohstoff für die Petrochemie. Beispielsweise ist Naphtha ein möglicher Einsatz für Steamcracker, in denen Ethylen und Propylen gewonnen wird. Diese chemischen Grundstoffe werden unter anderem für die Produktion von Kunststoffen wie Polyethylen und Polypropylen verwendet.
- 12.
Quenchen \(=\) schockartiges Abkühlen heißer Gase durch Einspritzen von Flüssigkeiten.
- 13.
Pektine sind pflanzliche Polysaccharide, genauer Polyuronide, die im Wesentlichen aus \(\alpha\)-1,4-glycosidisch verknüpften D-Galacturonsäure-Einheiten bestehen. Ernährungsphysiologisch betrachtet sind Pektine für den Menschen Ballaststoffe.
- 14.
Beim Rectisolverfahren handelt es sich um ein physikalisches Gasreinigungsverfahren, um aus erzeugtem Rohgas unerwünschte Gaskomponenten wie Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff oder Ammoniak mit Hilfe des Waschmediums Methanols zu entfernen.
- 15.
Ich danke Herrn Dr. Kegler und Herrn Edlerherr aus dem Projekt „Green-Shipping“ für diesen Beitrag;http://greenshipping-niedersachsen.de/.
- 16.
Biodiesel durch Veresterung von Pflanzenöl zu Rapsmethylester (RME), Fettsäuremethylester (FAME); B5, B10, B20 = Beimischungsanteil in Prozent.
- 17.
Bio-Ethanol C2H5OH z. B. durch alkoholische Gärung; Beimischungen in Prozent E5, E10, E25 …. E85, E100.
- 18.
Mol = Menge eines chemisch einheitlichen Stoffes, die seinem relativen Molekulargewicht in Gramm entspricht. Ein Mol eines Stoffes enthält \(6\cdot 10^{23}\) Teilchen (AVOGADRO-Konstante).
- 19.
- 20.
WELT AM SONNTAG Nr. 3 v. 19. Jan. 2020 Seite 30.
- 21.
ODP = Ozone Depletion Potential = Ozonabbaupotential.
- 22.
GWP = Global Warming Potential = Treibhauspotential.
Literatur
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Schröter, W., Lautenschläger, K.H., Bibrack, H.: Taschenbuch der Chemie, 17. Aufl. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main (1995)
Wedler, G.: Lehrbuch der Physikalischen Chemie, 3. Aufl. VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim (1987)
Weiterführende Literatur
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR): Biokraftstoffe – eine vergleichende Analyse; Gülzow, 2006; www.bio-kraftstoffe.info; www.fnr.de; Stand: 05.2008
Leible, Kälber, Kappler, Lange, Nieke, Proplesch, Wintzer, Fürniß (Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse, Forschungszentrum Karlsruhe): Kraftstoff, Strom und Wärme aus Stroh und Waldrestholz – eine systemanalytische Untersuchung, Wissenschaftliche Bericht FZKA 7170, Forschungszentrum Karlsruhe (2008). http://www.itas.fzk.de/deu/lit/2007/leua07a.pdf; Stand: 05.2008
Clausthaler-Umwelttechnik-Institut: Anforderungen an Biomasse zur Kraftstoffherstellung aus der Sicht von Anlagenbetreibern (Abschlussbericht) (2006). www.cutec.de; www.fnr.de; Stand: 05.2008
Adolf, J., et al.: SHELL-Wasserstoff-Studie: Energie der Zukunft? Nachhaltige Mobilität durch Brennstoffzelle und H<sub>2</sub. Shell-Deutschland & Wuppertaler Institut (Hrsg.), Hamburg (2018)
Klawon, W.: Konzeption und Planung einer Wasserstoffeinspeisestation für das Erdgasnetz. Hochschule Flensburg, Flensburg (2011)
Jansen, D.: Anforderungen an eine Methanisierungsanlage für den Offshore-Einsatz. Hochschule Flensburg, Flensburg (2014)
Hedrich, K., Kuczera, M., Plass, L.: Potentiale von Methanol als Energieträger – Klimaneutrale Mobilität im Straßenverkehr. BWK 4(51), 43 (2018)
http://www.methanol.org/wp-content/uploads/2018/04/evaluation-of-methanol-daniel-sahnen.pdf, Zugegriffen: 18. Juni 2018
https://www.ecoship60.de/, Zugegriffen: 18. Juni 2018
EEK, S.H.: Kompetenzzentrum Erneurbare Energien und Klimaschutz; vgl. https://www.eek-sh.de/de/
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Würsig, G.-M.: Future Fuels in Shipping – Opportunities and Costs. STG-Ship-Efficiency-Conference, Hamburg (2019)
DENA: Leitstudie Integrierte Energiewende – Impulse für die Gestaltung der Energiesysteme bis 2050. Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), Berlin (2018)
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Watter, H. (2022). Biokraftstoffe. In: Regenerative Energiesysteme. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-35868-6_9
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