Biodiesel RME- Rapsmetylesther
Biodiesel[1] ist ein Kraftstoff mit
ähnlichen Eigenschaften wie Dieselkraftstoff. Im Gegensatz zum
konventionellen Dieselkraftstoff wird er jedoch nicht aus Erdöl, sondern
aus Pflanzenölen oder tierischen Fetten gewonnen. Biodiesel wird
deshalb als ein erneuerbarer Energieträger bezeichnet. Chemisch handelt
es sich um Fettsäuremethylester (FAME). Naturbelassenes oder lediglich
gefiltertes Pflanzenöl kann ebenfalls als Kraftstoff verwendet werden
(siehe Kraftstoff Pflanzenöl). Die Verwendung von reinem Pflanzenöl ist
nur in geeigneten Motoren möglich. Es handelt sich zwar auch um einen
Biokraftstoff, jedoch spricht man hier nicht von Biodiesel, auch wenn es
in Dieselmotoren Verwendung findet.
Herstellung/Allgemein
Zur Herstellung wird Pflanzenöl mit ca.
10 % Methanol und verschiedenen Reagenzien (vor allem Kaliumhydroxid,
Natriumhydroxid und Alkoholate) versetzt. Bei Normaldruck und
Temperaturen um 60°C werden die Esterbindungen der Triglyzeride des
Pflanzenöls getrennt und die entstehenden Fettsäuren mit dem Methanol
verestert (Umesterung). Das dabei entstehende Glycerin wird daraufhin
vom Biodiesel getrennt. Da dieser Umesterungsprozess schon bei
Raumtemperatur abläuft, kann eine Charge Pflanzenöl in ca. 12 Stunden
komplett umgeestert werden. Erste angebotene Anlagen erlauben bereits
die Produktion von Biodiesel mit vergleichsweise kleinen Anlagen.Durch
die Umesterung hat das Endprodukt eine deutlich geringere Viskosität als
das unbehandelte Pflanzenöl und kann auf Grund seiner physikalischen
Eigenschaften als Ersatz für mineralischen Dieselkraftstoff verwendet
werden. Der Kraftstoff hat jedoch andere chemische Eigenschaften, die in
üblichen Einspritzsystemen zu Defekten führt. So konnten beim Einsatz
dieser Kraftstoffe Verkokungen der Spritzlöcher von Einspritzdüsen der
Injektoren beobachtet werden. Des Weiteren reagieren die Dichtungen in
den Hochdruckpumpen sehr empfindlich auf diese Kraftstoffe. Der Betrieb
eines Motors erfordert deshalb entsprechende Anpassungen und sollte nur
nach Freigabe durch den Motorhersteller erfolgen. Die übergreifende
Abkürzung aller Methylester auf Basis von Pflanzen- und Tierölen ist
FAME Fettsäure-Methylester nach E DIN 14214. Je nach Art des
Grundstoffes wird beispielsweise unterschieden:
- PME Pflanzliches Methylester nach DIN EN 14214 (gilt seit 2004 europaweit)
- RME Rapsölmethylester nach DIN EN 14214 (gilt seit 2004 europaweit)
Weitere pflanzliche Methylester sind Sonnenblumenmethylester
und Sojaölmethylester, Palm- oder Palmkernölmethylester (Importe).
Daneben sind auch Methylester auf Altfettbasis erhältlich: AME wird für
Altfettmethylester verwendet. Die Schmiereigenschaften von FAME (auch
als 5 %-Beimischung) sind deutlich besser als bei herkömmlichem Diesel,
wodurch sich der Verschleiß der Einspritzmechaniken vermindert.
Nachteilig kann die höhere Wasserlöslichkeit von Biodiesel sein. Dies
begünstigt die Korrosion. Außerdem altert Biodiesel wesentlich stärker
als konventioneller Diesel, was zur Säurebildung und zu Ablagerungen in
den kraftstoffführenden Komponenten führt. Biodiesel stellt als
Kompromiss eine Anpassung eines Kraftstoffs an vorhandene Motortechnik
dar, wohingegen der technisch wesentlich veränderte Elsbett-Motor eine
Anpassung an den einfachst herstellbaren Kraftstoff Pflanzenöl
darstellt.
Herstellung von Biodiesel aus Raps
Als Rohstoff
für Biodiesel stellt sich unter mitteleuropäischen Verhältnissen Raps
als die geeignete Pflanze mit einem Ölgehalt in den Samen von 40 bis
45 % dar. In der Ölmühle wird aus der Rapssaat Öl (Rüböl) gewonnen. Als
Nebenprodukt geht Rapsschrot in die Futtermittelindustrie. Die im Raps
vorliegenden Öl- und Fettmoleküle (zu fast 95 % C18-Ketten) haben stets
den gleichen Aufbau. Es sind mit dem dreiwertigen Alkohol Glyzerin
veresterte Fettsäuren. Das Glyzerinmolekül ist auf diese Weise mit drei
langen Fettsäure-Ketten verbunden. In der Umesterungsanlage tauschen bei
einer einfachen chemischen Reaktion drei Fettsäuren in Gegenwart eines
Katalysators ihren Platz am dreiwertige Glycerin mit einwertigem
Methanol. So entstehen drei einzelne Fettsäuremethylester-Moleküle und
ein Glycerin-Molekül. Die allgemeine Reaktionsgleichung zur Herstellung
von Biodiesel lautet:
H H
H-C-OOC-R1 H-C-OH
| Kat |
H-C-OOC-R2 +
3 CH3-OH -------> H-C-OH + 3 CH3-OOC-R1,2,3
| |
H-C-OOC-R3 H-C-OH
H H
Triglycerid
Methanol Glycerin Biodiesel
(z.B.
Rapsöl)
(z.B. RapsMethylEster, RME)
Flächen- und Fremdenergiebedarf
Der erforderliche Flächenbedarfs, um zum
Beispiel die 1 kg Dieselkraftstoff entsprechende Energiemenge als
Biodiesel zur Verfügung zu stellen, ergibt sich aus folgender Rechnung:
Pro Quadratmeter beträgt der Ertrag an Biodiesel etwa 0,115 l
Dieseläquivalent[2]. Bei einer Dichte von 0,9 kg/l sind dies etwa 0,104
kg. Um 1 kg Dieseläquivalent bereitzustellen, wird also der Ertrag von
9,66 m² Anbaufläche benötigt. Die Produktion der 1 kg Dieseläquivalent
entsprechenden Menge an Biodiesel erfordert allerdings selbst erhebliche
Energiemengen (Methanol, Düngemittel, Transport, Verarbeitungsprozess).
Um auszuschließen, dass die für die Produktion nötige Energiemenge
wiederum durch fossile Energieträger beschafft wird, nimmt man nun an,
dass die Anbaufläche entsprechend so weit vergrößert wird, dass auch die
für die Produktion selbst benötigte Energiemenge auf der Anbaufläche
mit erzeugt wird. Für die Energiemengen Eges (Gesamtenergie), Eprod
(Energiebedarf der Biodieselproduktion selbst) und Enetto (tatsächlich
verfügbare Energiemenge an Biodiesel) gilt dann wobei der Faktor k im
Kapitel „Umweltverträglichkeit von Biodiesel“, Abschnitt „Nachteile“
erläutert wird. Unter der Annahme k = 1,48 verdreifacht sich die
benötigte Anbaufläche in etwa; es werden dann etwa 29,8 m² Anbaufläche
für 1 kg bereitgestelltes Dieseläquivalent benötigt. Ein Grund dafür,
dass die Energieausbeute verhältnismässig gering ist, liegt darin, dass
nur die Ölfrüchte verwendet werden und der verbleibende Biomassenrest
(Rapsstroh und Rapsschrot) nicht energetisch genutzt wird. Bei einer
alternativen Form der Kraftstoffgewinnung aus Biomasse zu Sundiesel wird
die gesamte Pflanze verwendet, wodurch sich der Energieertrag pro
Fläche in etwa verdoppelt (siehe Abschnitt Alternativen). Pro Jahr
werden in Deutschland etwa 50 Mio. t Heizöl der Sorte EL (Abkürzung für
extra leicht(flüssig)) und des chemisch verwandten Dieselkraftstoffs
verbraucht (2005 waren es 53 Mio. t[3]). Diesel bzw. Heizöl EL hat einen
Heizwert von 43 GJ/t, der um etwa 16 % höher als der von Biodiesel ist.
Wollte man den gesamten Jahresverbrauch Deutschlands durch Biodiesel
ersetzen, wäre also eine Jahresproduktion von etwa 58 Mio. t Biodiesel
bereit zu stellen. Hierzu würde man 29,8 m²/kg*58.000.000 t=1.730.000
km² benötigen. Dies ist bereits fast das Fünffache der Gesamtfläche
Deutschlands von 357.050 km²[4]. Heute (2006) werden 50 % der Fläche der
Bundesrepublik Deutschland für die landwirtschaftliche Produktion
genutzt[[1]], also entspricht es sogar fast dem Zehnfachen der
landwirtschaftlichen Nutzfläche von Deutschland. Daraus wird deutlich,
dass aus erneuerbaren Energien lediglich ein kleiner Teil des heutigen
Bedarfs an Dieselkraftstoff / Heizöl EL aus inländischen nachwachsenden
Rohstoffen gedeckt werden kann. Bezogen auf den Weltbedarf an
dieselähnlichen Kraftstoffen scheint Palmölmethylester sowohl von der
Ölergiebigkeit der Pflanze als auch von der Größe des Anbaugebiets der
wichtigste Kraftstoff. Eine Studie von Forschern der Universität
Minnesota ([5]) weist darauf hin, dass es unwahrscheinlich ist, durch
Alternativ-Kraftstoffe den weltweit zunehmenden Spritbedarf in
nennenswertem Umfang abdecken zu können. Allerdings beruht diese Studie
auf die allgemeine Annahme des Pro-Kopf-Verbrauchs der US-Bürger und der
Verwendung amerikanischer Fahrzeuge.
Umweltverträglichkeit von
Biodiesel
Vorteile- Generell
ist die Gewinnung von Energie aus nachwachsenden Rohstoffen nachhaltig.
Bei der Produktion von Biodiesel aus Rapssaat gibt es zudem keine
Abfallprodukte, da alle Nebenprodukte dieser Reaktion weiterverwertet
werden können: Der Rapsschrot, der bei Gewinnung von Rapsöl aus
Rapssamen anfällt, wird als Futtermittel benutzt und das bei der
Umesterung entstehende Glyzerin kann in der chemischen Industrie
weiterverwertet werden (z.B. Kosmetik). Lediglich für das auf dem Feld
verbleibende Rapsstroh fehlen heute (2006) noch sinnvolle Anwendungen.
Biodiesel ist außerdem bei Leckagen deutlich weniger umweltbelastend als
herkömmlicher Diesel. Letzterer gehört in die Wassergefährdungsklasse 2
(wassergefährdend), Biodiesel in die Wassergefährdungsklasse 1 (schwach
wassergefährdend). Reines Pflanzenöl gilt als nicht wassergefährdend
[6]. Die CO2-Neutralität bei der Nutzung von Biodiesel ist umstritten.
Laut Umweltbundesamt führen bei der Herstellung die zusätzlichen
Kohlendioxid- und Lachgas-Emissionen beim Anbau und bei der
Verarbeitung, die selbst bei einer Einbeziehung der Nutzung von
Nebenprodukten entstehen, zu einer höheren CO2-Emission als die Pflanzen
vorher durch Photosynthese aus der Atmosphäre entnommen haben [7].
Demgegenüber stehen Argumente, wonach zwischen intensivem Anbau zur
Erzeugung von Speiseöl aus Erucasäure- und Glucosinolat-armen, so
genannten 00-Sorten und dem Anbau von Rapssorten zur Energiegewinnung
differenziert werden müsse [8]. Je nach Studie kommen Wissenschaftler zu
dem Ergebnis, dass die Klimabilanz von Biodiesel 20 bis 80 Prozent
günstiger ist als die von Mineralöl-Diesel. Die Problematik der
Abhängigkeit von Importen ist bei Pflanzenölen unkritischer, da diese in
weitaus mehr Ländern erzeugt werden können, als dies bei Erdöl der Fall
ist, das geografisch ungünstig verteilt vorkommt und großteils aus
politisch unruhigen Regionen stammt. Die CO2-Bilanz ist immer günstiger
als die konventionellen Dieseltreibstoffes, der auch erst nach Transport
und Verarbeitung von Erdöl in Motoren eingesetzt werden kann [9].
Nachteile- Flächenbedarf-
Der hohe Flächenbedarf bei der Biodieselproduktion führt
teilweise auch zu großen Umweltschäden im Ausland. So werden in
Brasilien Millionen Hektar Regenwald gerodet, um Biokraftstoffe
herzustellen. Der Vorteil der Biokraftstoffe beim Klimaschutz verliert
dort dadurch jedes Fundament. Darauf weisen auch lokale
Umweltschutzorganisationen hin. Die Frage der Umweltverträglichkeit der
Energiererzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen wird aber nicht immer
ausreichend beachtet. Die Nutzung von Ackerfläche zur Erzeugung
nachwachsender Rohstoffe verringert die Anbaufläche für Nahrungsmittel.
Dem steht eine derzeitig latente Überproduktion an Nahrungsmitteln
gegenüber. Die Verwendung von Pflanzenschutzmitteln beim Rapsanbau wird
als problematisch für die Umwelt gesehen. Forschungen zur Genveränderung
von Raps, um Resistenzen gegen den Rapsglanzkäfer und Kohlhernie zu
erreichen, sind ebenfalls umstritten. Des Weiteren stellen großflächige
Monokulturen eine Bedrohung für Tierarten, insbesondere bodenbrütende
Vögel dar. Durch die intensive Nutzung von Stickstoffdüngern kommt es zu
einer Überdüngung der Gewässer und einer Versauerung des Bodens. Zudem
wird Distickstoffoxid (Lachgas) freigesetzt - ein 310fach stärkeres
Treibhausgas als CO2. Biodiesel produziert zudem mehr ozonfördernde
Abgase als aus Erdöl gewonnener Treibstoff. Die Mengen an Ölpflanzen aus
heimischer Landwirtschaft sind für die Eigenversorgung zu gering,
weshalb Importe notwendig würden um größere Mengen Treibstoff zu
ersetzen (siehe auch das Kapitel „Flächenbedarf“). Des weiteren ist die
Energiebilanz, d.h. das Verhältnis k (auch ERoEI) zwischen der gesamten
gewonnenen (= Gesamtenergieertrag = Nettoenergiertrag + Energieaufwand)
und der aufgewandten Energie, gering. Das Verhältnis k ist vergleichbar
zur (Carnot)Leistungszahl einer Wärmepumpe (linkslaufender Carnot
Kreisprozess als Vergleichprozess zur bestmöglichen Wärmegewinnung aus
einem Energieniveau niedrigerer Temperatur). Bei der Gewinnung,
einschließlich der Weiterverarbeitung zu Biodiesel (Pflügen, Säen,
Behandeln mit Pflanzenschutz, Düngen, Ernten, Verestern), muss eine
Energiemenge von aufgewandt werden. Demgegenüber hat Biodiesel einen
Heizwert von . Das Verhältnis k beträgt demnach (vgl. Erdöl: k etwa 10
{gemäß [[2]]})
Kritiker bemängeln zudem, dass durch staatliche
Subventionen und damit günstigeren Preisen für Spediteure der
Schwerlastverkehr gefördert wird, was einer geringeren Umweltbelastung
entgegenwirkt. Abholzung und Zerstörung von Naturlandschaften In vielen
Teilen der Welt werden derzeit im großflächigen Stil Naturlandschaften
für den Anbau von Ölsaaten kultiviert (z.B. Ölplantagen in Indonesien;
Rapsfelder in Russland, China, oder Kanada). Dies kann zu
weitreichenden, negativen ökologischen Folgen führen, die es in der
Gesamtbewertung der Umweltverträglichkeit von Biodiesel zu
berücksichtigen gilt. Darüber hinaus kann der Anbau von Ölsaaten auf
bestehenden Ackerflächen bzw. die Verwendung von essbaren Pflanzenölen
zur Herstellung von Biodiesel zu einer Verknappung bzw. Verteuerung von
Lebensmitteln führen. Dies könnte vor allem für Menschen in
Entwicklungsländern fatale Auswirkungen haben. Dennoch kann Biodiesel
für viele Entwicklungsländer auch eine Chance zur Bekämpfung der Armut
sein. In Indonesien zum Beispiel werden durch den Anbau von z.B.
Ölpalmen und Jatrophia für viele Menschen in ländlichen Gebieten
überhaupt zum ersten Mal Arbeitsplätze geschaffen. Damit einhergehend
verbessert sich auch die Infrastruktur wie z.B. Stromversorgung,
Schulausbildung, Gesundheitsversorgung, etc. in diesen Landesteilen.
Dennoch gilt es an erster Stelle die illegale Abholzung von Regenwald zu
unterbinden und an deren Stelle die Kultivierung von bereits gerodetem
und derzeit brachliegenden Land zu fördern. In Indonesien alleine liegen
mehrere Millionen Hektar bereits gerodeter Landflächen brach. Durch
Kultivierung und nachhaltige Nutzung dieser bereits zerstörten
"Steppen-Landschaften" könnte Biodiesel für Millionen von armen Menschen
eine Einkommensquelle schaffen.
Emissionen
Beim Einsatz von Diesel in Motoren sind
insbesondere die Partikel- und NOx-Emissionen bedeutend´. Diese
Emissionen, werden durch „Bio-Diesel“ nicht wesentlich gemindert. Zwar
werden durch RME im Vergleich zu Mineralöldiesel die Emissionen an
Partikeln verringert, doch der Gehalt an schädlichen Bestandteilen
bleibt vergleichbar mit Mineralöl-Diesel. Auch die Emission von
Stickstoffoxiden (NOx), ist bei RME eher höher.[10] Eine Studie
schwedischer Wissenschaftler (2002) bescheinigt RME nicht gerade gute
Umwelteigenschaften. Demnach werden bei der Verbrennung von Rapsöl bis
zu zehn Mal mehr Krebs erregende Schadstoffe freigesetzt als bei
herkömmlichem Diesel. Dabei handelt es sich um verschiedene
Kohlenwasserstoffverbindungen: ringförmige Benzolmoleküle,
Äthylkohlenwasserstoff sowie Diolefine.[10] Ein Forschungsvorhaben
(2003) der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft zeigte jedoch,
dass die schwedischen Untersuchungen für die dieselmotorische
Verbrennung völlig irrelevant sind. [11]
Weitere Fakten zum Biodiesel
- Biodiesel wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.
- Biodiesel ist schwefelarm (<10 ppm)
- Biodiesel senkt deutlich die Ruß-Emission (bis zu ca. 50 %), doch der Gehalt an schädlichen Partikeln bleibt vergleichbar mit Mineralöl-Diesel.
- Biodiesel hat keine „neutrale“ oder „klimaneutrale“ CO2-Bilanz, sondern liegt laut einer Studie zu den Ressourcen- und Emissionsbilanzen für das Umweltbundesamt zwischen 30 und 80 Prozent unter normalem Diesel, je nach Nutzung der anderen Beiprodukte wie Rapsschrot und Glycerin.[12]
- Biodiesel enthält weder Benzol noch andere giftige Aromaten
- Biodiesel verursacht eine um bis zu ca. 40 % höhere Kohlenwasserstoff-Emission [13]
- Biodiesel verursacht teilweise höhere NOx-Emissionen [13]
- Biodiesel setzt Landwirtschaft voraus
Checkliste für den zukünftigen Anwender
- Beachtung der Freigabe von serienmäßigen Dieselmotoren (Hinweise der Hersteller beachten [14].)
- Kraftstofffilter nach drei Tankfüllungen mit Biodiesel wechseln, da sich Biodiesel wie ein Lösungsmittel verhält und alten Ablagerungen aus Tank und Leitungen löst, die dann den Kraftstofffilter verstopfen können.
- Lackflächen, wie auch bei herkömmlichem Diesel, sauber halten, übergelaufenen Kraftstoff am besten sofort mit Wasser abwaschen
- Übliche Kontrolle des Kraftstoffsystems auf Leckagen
- zukünftige Besteuerung (ab August 2006 9 Cent pro Liter, ab 2008 stufenweise jährlich 6 Cent bis 2011)
- Bei der Anwendung von Biodiesel ist zu beachten, dass die mit dem Kraftstoff in Kontakt kommenden Kunststoffteile, wie z.B. Schläuche und Dichtungen, beständig gegenüber Biodiesel sein müssen. Auskunft hierüber erteilen die Vertragswerkstätten, Werksvertretungen und Hersteller von Fahrzeugen.
Probleme bei der Umstellung und Verwendung
von Biodiesel im Kfz
Wenn
man auf Biodiesel umstellen will, kann die Informationspolitik des
Fahrzeugherstellers zum großen Problem werden. Oft erhält man erst auf
Nachfrage Auskunft, ob der jeweilige Fahrzeugtyp für Biodiesel
freigegeben ist. Obwohl es Biodiesel nun bereits seit mehr als 10 Jahren
auf dem Markt gibt, sind die meisten Autos noch immer nicht serienmäßig
RME-tauglich. Betankt man ein nicht RME-festes Fahrzeug mit Biodiesel,
zersetzt dieser in kurzer Zeit die treibstoffführenden Schläuche und
Dichtungen. Auch Dichtungen in der Einspritzanlage und
Zylinderkopfdichtungen können betroffen sein. Der Grund ist, dass
Biodiesel ein gutes Lösungsmittel ist. Es löst die in Dichtungen und
Schläuchen enthalten Weichmacher heraus. Ohne Weichmacher wird das
Material dann spröde und undicht. Sind diese Teile nicht auch speziell
für die alternative Biodiesel-Verwendung ausgelegt, können sie
angegriffen werden und es besteht die Gefahr von (mitunter sehr teuren)
Schäden. Ein weiteres Problem stellt der Kraftstoffeintrag ins Motoröl
insbesondere bei direkteinspritzenden Dieselmotoren dar. Wie beim
Normaldieselbetrieb auch, gelangt unverbrannter Kraftstoff an die
Zylinderwand und damit in den Schmierkreislauf. Da RME gegenüber Diesel
einen höheren Siedepunkt hat, dünstet es im heißen Motoröl praktisch
nicht mehr aus, was zu einer schleichenden Erhöhung der
Kraftstoffkonzentration im Motoröl führt. Nun kommt die geringere
chemische Stabilität des RME zum Tragen: Durch hohe örtliche
Temperaturen im Schmierkreislauf zersetzt sich RME allmählich (siehe
auch Cracken, Verkokung, Polymerisation), was zu festen oder
schleimartigen Rückständen führt. Dies und die allgemeinen
Verschlechterungen der Schmiereigenschaften des Motoröls bei hoher
Kraftstoffkonzentration kann zu erhöhtem Motorverschleiß führen,
weswegen bei PME-Betrieb kürzere Ölwechselintervalle notwendig sind. Bei
vielen aktuellen KFZ-Dieselmotoren ohne Treibstoffsensor ist die
automatische Wartungsintervallanzeige für die Anzeige des Ölwechsels
daher unbrauchbar. Der Ölwechsel sollte stattdessen einfach nach
km-Stand vorgenommen werden. Ein Vorteil des RME kann sich im
praktischen Einsatz in Kraftfahrzeugen auch als Nachteil auswirken: Die
gute biologische Abbaubarkeit. Sie geht einher mit einer schlechten
Alterungsbeständigkeit. Bakterienbefall, Oxidation und
Wasseranreicherung verschlechtern die Eigenschaften des PME nach langer
Lagerung. PME wird deshalb für selten bewegte Fahrzeuge nicht empfohlen.
Überaltertes PME (bzw. PME schlechter Qualität) kann zu Korrosion
und/oder erhöhtem Verschleiß an elementaren Teilen der Einspritzpumpe
führen. Die Folgen sind Funktionsstörungen und vorzeitiger Ausfall.
Neuere Motoren, die nicht PME-zertifiziert sind, können darüber hinaus
auf Grund der anderen Verbrennung Probleme mit der Motorelektronik
bekommen, die fest auf normalen Dieselkraftstoff eingestellt ist.
Fahrzeuge mit bestimmten Rußpartikelfiltern haben technische Probleme,
wenn diese Systeme darauf ausgelegt sind, alle 500 - 1.000 km die
Einspritzmenge zwecks Verbrennung der Partikel im Filter zu erhöhen.
Beim Einsatz von Biodiesel ist nach bisherigen Kenntnissen kein
Nachbrennen des Filters erforderlich, bzw. die sonst notwendige
Temperaturerhöhung des Abgases kann durch katalytische Effekte, aber
auch durch Beheizung vermieden werden. Es wird deshalb in Zukunft
Kraftstoffsensoren geben, die die Kraftstoffqualität erkennen und die
Einspritzung anpassen (managed engine) Gefördert durch die Fachagentur
für Nachwachsende Rohstoffe e. V., die Volkswagen AG, die
Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e. V. sowie durch die
Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e. V. (UFOP) hat die
Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) im Rahmen eines
Projektvorhabens erfolgreich einen Sensor entwickelt, der dem
Motormanagement die Information vermittelt, welcher Kraftstoff bzw.
welches Kraftstoffgemisch aktuell eingesetzt wird. Einspritzmenge und
-zeitpunkt können so jeweils optimiert werden. Der Sensor basiert auf
einem kapazitiven Messverfahren, welches die Dielektrizitätszahl in den
verschiedenen Kraftstoffen misst und in ein proportionales
Spannungssignal umwandelt. So wird es möglich, unabhängig vom
verwendeten Kraftstoff und dessen Mischungsverhältnis, die gesetzlichen
Abgasnormen einzuhalten. Erfahrungen im PKW und Nutzfahrzeugbereich
zeigen, dass es nach mehrjährigem Verbrauch von Biodiesel zu
Schädigungen der Kraftstoffpumpe kommen kann. Das betrifft besonders die
direkteinspritzenden Pumpe-Düse Motoren. Demnach wurde zwar das
Fahrzeug für Biodieselbetrieb freigegeben, jedoch verweigert der
Hersteller der Einspritzpumpen (Bosch) dem Fahrzeughersteller eine
offizielle Freigabe für RME. Angeblich sollen die gegenüber
Mineraldiesel kleineren RME-Moleküle in den feinen Kanälen bei den hohen
Drücken keine ausreichende Schmierfähigkeit besitzen und damit erhöhten
Verschleiß verursachen. Trotz der sonst beobachteten sehr guten
Eigenschmierfähigkeit des Biodiesels soll dies für o.a. PD
Einspritzeinheiten nicht gelten.
Dem widersprechen allerdings vom
BMFT geförderte Prüfstandsversuche bei der PORSCHE AG, die an einem
MERCEDES-BENZ-Motor im Biodiesel-Betrieb auch nach 500 Stunden Laufzeit
hohe Sauberkeit und eine Verschleißminderung um 60% im Vergleich zum
Normalbetrieb mit üblichem Dieselkraftstoff aufzeigten. Erfolgreicher
Flotteneinsatz im Busbereich der Grazer Verkehrsbetriebe (Biodiesel aus
gebrauchten Pflanzenölen) Eine Untersuchung der Darmstädter
Materialprüfungsanstalt hat 1999 gezeigt, dass Korrosionsschutzschichten
wie Verzinkung von Biodiesel angegriffen werden können. Kritisch war
hierbei, dass Biodiesel leicht hygroskopisch wirkt und in einem
eventuellen Wassergehalt freie Fettsäuren den pH-Wert senken. Durch eine
Beimischung konventionellen Diesels wird dieser Effekt allerdings
vollständig verhindert.
Auch wenn der Motor selbst ab Werk für
Biodieselbetrieb freigegeben ist, muss dies jedoch für Zusatzaggregate,
wie z.B. eine Standheizung, nicht gelten. Beim Kauf eines für den
Biodieselbetrieb vorgesehenen Fahrzeugs ist also darauf zu achten, dass
wirklich alle verbauten Komponenten biodieseltauglich sind. Wegen der
etwas geringenen Energiedichte können Leistungseinbußen von etwa 5 %
bzw. geringfügig erhöhter Treibstoffverbrauch von etwa 5 % auftreten.
Kleine Mengen von Biodiesel lassen sich problemlos mit herkömmlichen
Diesel mischen. Seit dem 1. Januar 2004 ist eine Beigabe von 5 %
gesetzlich erwünscht und wird von Mineralölgesellschaften in Deutschland
umgesetzt. Eine technische Freigabe der Fahrzeughersteller ist hierfür
nicht erforderlich. Für wesentlich höhere Beimischungen sollte der Motor
allerdings biodieselfest sein.
Marktchancen von Biodiesel
Der Biodiesel gilt damit derzeit als einer
der umweltverträglichsten Kraftstoffe auf dem Markt. Obwohl heute (2006)
an sehr vielen Tankstellen (1900 Tankstellen in Deutschland) Biodiesel
getankt werden kann, wird dies von vielen Konsumenten jedoch nicht
genutzt. Dies hat mehrere Gründe: Viele Autofahrer vertrauen dem neuen
Kraftstoff nicht, da sie über ihn nichts wissen, was sie verunsichert.
Viele Autofahrer wissen nicht, ob ihr Auto für Biodiesel freigegeben
wurde. Schliesslich war es bis vor Kurzem schwierig, eine
Biodiesel-Tankstelle in der Nähe einer Autobahn zu finden. Auch
auftretende technische Probleme sorgen für Zurückhaltung. Beispiel: Eine
große Zahl von Fahrzeugen des Volkswagenkonzerns (alle Marken) ist zwar
explizit für den Betrieb mit Biodiesel freigegeben, aber dennoch
ergeben sich in manchmal (angeblich meist nach einer Motorlaufleistung
von 70-100 Tausend Kilometern, obwohl genaue Erhebungen fehlen)
Undichtigkeiten an den verbauten Einspritzpumpen der Firma Bosch,
offenbar verursacht durch ungeeignetes Dichtungsmaterial (Schaden ca.
1000 Euro bei Austausch der kompletten Pumpe, bei Austausch nur des
Dichtungmaterials ca. 500 Euro). Bosch hat interessanterweise für diese
Einspritzpumpen keine Biodieselfreigabe erteilt, dennoch tut dies
Volkswagen. Da Bosch die Probleme offenbar bis heute nicht gelöst hat,
hat Volkswagen nun die Konsequenzen gezogen und den Golf V nicht mehr
für den Betrieb mit Biodiesel freigegeben. (Der Hauptgrund ist jedoch
ein anderer: Mit Biodiesel produzieren ihre Motoren mehr Stickoxid, als
die Euro-4-Abgasnorm zulässt. Ein neuer Sensor für die Einspritzanlage
soll Abhilfe schaffen.)
Es wird jedoch auch von Problemen mit der
Einspritzpumpe berichtet von Besitzern, die keinerlei Biodiesel tanken.
„RME ist ein biologisches Produkt. Dieses biologische Produkt kann durch
Oxidationsprozesse unter anderem auch Feststoffe bilden. Diese
Feststoffe können den Kraftstofffilter verstopfen.“ Das hört sich
harmlos an, ist es aber nicht. Und das wissen auch die Produzenten von
RME. Denn geht der Kraftstofffilter zu, baut sich plötzlich Unterdruck
in der Einspritzpumpe auf. Die Dichtungen geben nach und die Pumpe
leckt. Deshalb öfter den Kraftstofffilter wechseln. Mangelnde
Informationen für den Verbraucher und Haftungsfragen bei
biodieselbedingten Spätschäden dürften die größten Probleme bezüglich
einer breiteren Akzeptanz des Biodiesels sein. Wenn sich Biodiesel in
den nächsten Jahren stärker durchsetzen soll, müssen die Autofahrer über
den Biodiesel aufgeklärt werden. Früher oder später werden wir
zwangsläufig auf alternative Rohstoffe umsteigen müssen, nämlich wenn
die Erdölvorräte erschöpft sind. Doch auch wenn alle Anbauflächen von
Biodiesel ausgenutzt würden, könnte man lediglich rund 5 bis 10 % des
Kraftstoffverbrauchs damit decken. Europaweit ist auch des Öfteren von
Überlegungen zu hören, dem herkömmlichen Dieseltreibstoff in Zukunft ca.
3 bis 5 % Biodiesel hinzuzufügen, da dieser Biodiesel-Anteil auch für
nicht vorbereitete Fahrzeuge als unbedenklich gehandelt wird. In
Frankreich wird dies seit längerem praktiziert: dem gewöhnlichen Diesel
wird genau diejenige Menge Biodiesel beigemischt, die die französische
Landwirtschaft in der Lage ist zu produzieren. Dort haben die normalen
Dieselqualitäten einen Biodieselanteil von 5%. Dadurch werden technische
Nachteile (Korrosion, Aufweichen s.o.) vermieden und der faktische
Marktanteil des Biodiesels ist deutlich höher als in Deutschland.
Biodiesel verbessert hier die Eigenschaften des mineralischen Diesels,
indem die Cetanzahl und die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs erhöht
sowie die Verbrennung aufgrund des Sauerstoffanteils verbessert wird.
Auch in Deutschland wird dies inzwischen bei ARAL und Shell seit Anfang
2004 (aber derzeit [Sommer 2005] noch nicht deutschlandweit) bei den
normalen Dieselsorten auf Grundlage der EU?Direktive 2003/30/EC (Mai
2003) umgesetzt. Diese fordert die Sicherstellung durch die
EU-Mitgliedsstaaten, dass ab 31. Dezember 2005 mindestens 2 % und bis
zum 31. Dezember 2010 mindestens 5,75 % der zum Transport bestimmten
Kraftstoffe aus erneuerbaren Quellen stammen, im wesentlichen also
biogenen Ursprungs sind. In Österreich wurde die EU-Direktive teilweise
früher umgesetzt und ab 1. November 2005 nur mehr Diesel mit 5 % Zusatz
aus biogenen Quellen angeboten.
Qualitätsstandards
Das Europäisches Komitee für Normung hat im
Jahr 2003 für Biodiesel den Standard EN14214 festgelegt. Damit werden
Grenzwerte u.a. für die Dichte, Viskosität, chemische Zusammensetzung
und den Flammpunkt des Biodiesels definiert. Biodiesel, das aus reinem
Soja- oder Palmöl hergestellt wurde, kann die Norm EN14214, anders als
die US-amerikanische Norm ASTM D 6751, bislang nicht erfüllen.
Alternativen zu Biodiesel
Als eine Alternative zu
Biodiesel wird der Kraftstoff Pflanzenöl ("Pöl") in Betracht gezogen,
bei dem der hohe Aufwand für die Veresterung entfällt. Je nach Motortyp
ist hierfür eine Anpassung einiger Parameter des Dieselmotors nötig, um
ihn auf die vom Dieselkraftstoff abweichenden physikalischen
Eigenschaften einzustellen. Die Erzeugung von dieselähnlichen
KraftstoffenBtL-Kraftstoff (Biomass to Liquids) aus anderen organischen
Stoffen wie Holz oder organischen Abfallprodukten (in Deutschland unter
dem Namen SunDiesel) ist noch in der Entwicklungsphase. Erste Versuche
laufen seit April 2003 mit diesem synthetischen Biokraftstoff in Sachsen
(Choren Industries) mit Unterstützung des Deutschen Bundesministeriums
für Wirtschaft in Kooperation mit der DaimlerChrysler AG und der
Volkswagen AG. Bisher wird mit einer Anlage von 200.000 Jahrestonnen in
2010 gerechnet. Bis zur Marktreife wird eine Übergangslösung mit Synfuel
arbeiten, das aus fossilen Ressourcen hergestellt wird (GTL, CTL),
daher erscheint Biodiesel derzeit als die einzige Möglichkeit, in
größerem Umfang Fahrzeuge CO2-neutraler zu betreiben.
Politik/ Europäische Union
Die Europäische Union hat in
ihrer Biokraftstoff-Richtlinie festgelegt, dass alle Mitgliedsstaaten
bis zum Jahr 2005 zwei Prozent des Kraftstoffverbrauchs und bis 2010
5,75 % desselben durch Biokraftstoffe ersetzt werden sollen. Dies kann
durch Nutzung der Biotreibstoffe in Reinform oder als Beimischung
erfolgen. Deutschland-
In Deutschland darf der herkömmliche (Mineralöl-)Diesel seit 2004 mit
bis zu 5 Prozent Biodiesel gestreckt werden. Der Bundestag
verabschiedete am 29. Juni 2006 nach langem Streit in der Koalition das
Energiesteuergesetz, das die schrittweise Besteuerung von Biodiesel und
Pflanzenöl (als Treibstoff) vorsieht. Für beide Stoffe soll ab 2012 der
volle Mineralölsteuersatz gelten. Reiner Biodiesel wird ab August 2006
mit neun Cent pro Liter besteuert. In Stufen von sechs Cent wird die
Steuer ab 2008 jedes Jahr bis 2011 erhöht. Ab 2012 greift dann ein
Steuersatz von 45 Cent. Er liegt damit zwar um zwei Cent unter dem Satz
für fossile Brennstoffe, allerdings ist der Brennwert von Biosprit auch
entsprechend geringer. Auch reines Pflanzenöl, das zunächst steuerfrei
bleiben sollte, wird ab 2008 in Stufen von acht Cent besteuert.
Deutschland ist gegenwärtig der weltweit größte Markt mit einer
Erzeugerkapazität von 2,5 Millionen Tonnen Rapsöl im Jahr 2005, wovon
etwa 1 Million Tonnen im technischen Bereich verwendet werden. In
Deutschland wird Raps auf 1,3 Millionen Hektar angebaut.
Als weitere
Rohstoffquelle für Biodiesel wird verstärkt Biomasse in Form von
BtL-Kraftstoff verarbeitet werden. Zur Erinnerung an den 10. August
1893, an dem der von Rudolf Diesel in Augsburg entwickelte Dieselmotor
zum ersten Mal aus eigener Kraft lief, ist der 10. August der
International Biodiesel Day.
Statistik
Absatzzahlen
von Biodiesel als Reinkraftstoff in Deutschland:
- 2001 163,2 Mio. Liter
- 2002 189,6 Mio. Liter
- 2003 360,2 Mio. Liter
- 2004 376,6 Mio. Liter (erhältlich an 1900 Tankstellen)
Nach Angaben der Union zur Förderung von
Oel- und Proteinpflanzen (UFOP) Union zur Förderung von Oel- und
Proteinpflanzen (UFOP)</ref> ist der Absatz von Biodiesel im Jahre
2004 auf 330'000 Tonnen nach 287'000 Tonnen im Vorjahr an den
Tankstellen gestiegen. An manchen Tankstellen ist oft kein Biodiesel
vorhanden. Der Rest der im Jahre 2004 produzierten 1,1 Mio. Tonnen ging
direkt an Großverbraucher und als Beimischung zum Dieselkraftstoff.
Absatzzahlen
von Biodiesel gesamt in Deutschland in Tonnen [15]:
- 2000 340.000 Tonnen
- 2001 450.000 Tonnen
- 2002 550.000 Tonnen
- 2003 800.000 Tonnen
- 2004 1.200.000 Tonnen
- 2005 1.800.000 Tonnen