Kraftstoff PflanzenölPflanzenöl
in einer Karaffe- Unbehandelte Pflanzenöle, umgangssprachlich
abgekürzt auch als Pöl bezeichnet, können als Kraftstoff für
Dieselmotoren verwendet werden. Sie zählen zu den erneuerbaren
Energieträgern. Aufgrund der gegenüber Dieselkraftstoffen höheren
Viskosität und der niedrigeren Cetanzahl sind an gewöhnlichen
Dieselmotoren in der Regel Anpassungsmaßnahmen notwendig. Diese besteht
zum Beispiel in der Erhitzung des Kraftstoffes, um die Viskosität
unmittelbar vor dem Eintritt in die Einspritzanlage zu verringern. Diese
Technologie ist bereits von Vielstoffmotoren bekannt. Die Nutzung von
Pflanzenölen als Kraftstoff ist nicht CO2-neutral im erweiterten Sinne.
Zwar wird bei der Verbrennung nur die Menge CO2 freigesetzt, die die
Pflanzen vorher durch Photosynthese aus der Atmosphäre entnommen haben.
Es wird jedoch bei der Produktion selbst Kraftstoff verbraucht, und
damit in der Regel auch Kohlendioxid freigesetzt. Außerdem erzeugt der
Hauptlieferant, die Rapspflanze, während des Wachstums
Distickstoffmonoxid (N2O, Lachgas).
Geschichte
Bei der Konstruktion des ersten selbstzündenden Verbrennungsmotors experimentierte Rudolf Diesel erfolglos mit Benzin. Später wurden erfolgreichere Versuche mit Lampenpetroleum und verschiedenen Ölen, vor allem Pflanzenöl (Erdnussöl), gemacht. Erdöl war nur begrenzt verfügbar und sehr teuer. Später war der Überfluss billigen Erdöls der Grund, dass Pflanzenöl lange Zeit nicht als Kraftstoff verwendet wurde. Erst nach den Ölkrisen der 1970er Jahre wurde verstärkt nach alternativen Kraftstoffen gesucht. Das steigende Umwelt- und Klimaschutzbewusstsein zum Ende des 20. Jahrhunderts brachte vor allem die erneuerbaren Energieträger wieder in die Diskussion.
Verwendbare Pflanzenölsorten
Pflanzenölkraftstoff wird oft mit Rapsöl gleichgesetzt. Je nach Interessensgruppe gibt es jedoch über 1000 anbauwürdige Ölpflanzen. Es existieren in den meisten Regionen der Erde heimische Pflanzen, die zur Ölgewinnung genutzt werden können. Grundsätzlich sind alle Pflanzenölsorten und auch tierische Öle zum Betrieb in umgerüsteten Fahrzeugen geeignet. Vereinzelt setzen Autofahrer auch gefilterte Altöle und flüssige Speisefette ein. Sie müssen jedoch vor der Nutzung sorgfältig gereinigt, entwässert und ggf. auch neutralisiert werden. So fährt beispielsweise ein Taxiunternehmer in Berlin seit einigen Jahren ohne Schaden ausschließlich mit gebrauchtem Fritteusen-Öl, das in einem einfachen Schleuderverfahren gereinigt wird. Lediglich zum Starten des kalten Motors wird aus einen kleinen Zweittank normaler Dieselkraftstoff verwendet. Alt-Pflanzenöl sollte vor seiner motorischen Verwendung umgepumpt und gefiltert werden. Empfohlen werden Kerzenfilter mit weniger als einem Mikrometer Weite, um die Aggregate nicht zu schädigen.
Verwendung als Kraftstoff
Um Pflanzenöl in Motoren zu verbrennen, gibt es zwei Strategien: Die Anpassung der Motoren auf die Eigenschaften des Pflanzenöls und die Veränderung des Pflanzenöls zu einem neuen Kraftstoff, welcher in genormter Qualität mit bestehender Motorentechnik verwendet werden kann. Die zweite Möglichkeit ist technisch durch Pflanzenöl-Methyl-Ester (PME) (siehe Artikel Biodiesel) verwirklicht worden. Da er aus Pflanzenöl hergestellt wird, wird Pflanzenöl als Kraftstoff häufig fälschlicherweise mit Biodiesel gleichgesetzt, obwohl es sich um zwei unterschiedliche, nicht miteinander kompatible Technologien handelt. Nach Auskunft der Firma Unicar in Aachen halbiert sich in etwa der Ausstoß von Rußpartikeln bei der Pflanzenölverbrennung gegenüber der Dieselverbrennung. Nur bei kaltem Motor und unzureichender Vernebelung im Zylinder ist der Ausstoß sichtbar erhöht. Es gibt weniger Emissionen von Feinstaub als bei Dieselbetrieb. Verunreinigungen durch Schwefel und Schwermetalle entfallen weitgehend.
Pflanzenöltaugliche Motoren/Umrüstung
Ohne größere Probleme können nur wenige ältere Motoren mit Pflanzenöl betrieben werden. Es handelt sich dabei um Vorkammerdiesel. Fast alle diese Motoren können Pflanzenöl verarbeiten, Schwierigkeiten bereiten in der Regel nur die Einspritzpumpen, weil sie höheren Belastungen wegen der geringeren Viskosität ausgesetzt sind. Am besten geeignet sind Reiheneinspritzpumpen, z.B. der Firma Bosch, wie sie etwa von Mercedes-Benz eingebaut wurden. Der Umbau für diese Motoren ist denkbar einfach und kann teilweise (z. B. beim Mercedes W124) sogar entfallen:
Seit einigen Jahren gibt es ein weiteres Angebot, Dieselmotoren für den Direktbetrieb mit Pflanzenöl umzurüsten. Unter Bezeichnungen wie „eoil“ oder „BEAM-Plus“ werden im Internet Umbauten angeboten, die nicht auf erwärmtes, sondern auf sorgfältig entgastes Rapsöl setzen. Auch ein winziger Gasgehalt, heißt es, verursacht in einer modernene Hochdruckeinspritzanlage Dampfblasenbildung (Kavitation) welche das Material in der Umgebung zerstört. Zu berücksichtigen ist dabei allerdings, dass auch herkömmlicher Dieselkraftstoff in gewissem Maße Gase enthält. Aus diesem Grund sind Verfahren, die nur auf Entgasung setzen, wie z.B. das eoil-System, umstritten. Beide oben angegebenen Firmen haben in den vergangenen Jahren hauptsächlich Lastwagen und landwirtschaftliche Maschinen umgerüstet. Das ist sinnvoll, weil der Umbau sich wegen des hohen spezifischen Verbrauchs dieser Fahrzeuge innerhalb von Monaten amortisiert.
Der Umbau ist vor allem für ältere Dieselfahrzeuge mit geeignetem Motor lohnend, weil der Preis für Rapsöl ca 0,50 Euro unter dem des mineralischen Diesels liegt. Die erhebliche Preisdifferenz resultiert u.a. aus der unterschiedlichen Besteuerung. So unterliegen Pflanzenöle bislang noch keiner speziellen Kraftstoffbesteuerung. Dies wird nach dem zum 1. August 2006 in Kraft getretenen Energiesteuergesetz in Deutschland erst ab 1. Januar 2008 mit zunächst 0,09 Euro pro Liter der Fall sein. Vorgesehen ist in der Folge ein stufenweiser, weiterer Anstieg der Besteuerung bis zum Jahr 2012 auf dann 0,45 Euro pro Liter. Selbst unter diesen, sich tendenziell verschlechternden fiskalischen Rahmenbedingungen kann jedoch auch bei normalen Personenwagen die Umrüstung noch wirtschaftlich sein.
Kraftstoffeigenschaften
Pflanzenöl stellt eine der dichtesten Energieformen dar, die durch Photosynthese entstehen. Der Heizwert ist mit 37 MJ/kg deutlich niedriger als beim Benzin (43 MJ/kg), Dieselkraftstoff (43 MJ/kg) und Methan (50 MJ/kg), allerdings höher als bei der Steinkohle (30 MJ/kg). Die auf das Volumen bezogene Energiedichte beträgt rund 9,2 kWh je Liter und liegt damit zwischen Benzin mit 8,6 kWh/l und mineralischem Dieselöl mit 9,6 kWh/l. Reines Pflanzenöl besteht überwiegend aus reinen Kohlenwasserstoffen und ist schwerer entflammbar (siehe Flammpunkt) als Diesel. Die Zündwilligkeit (Cetanzahl) ist allgemein eingeschränkt, da nicht erwärmtes Pflanzenöl von der Einspritzdüse nur unzureichend im Brennraum vernebelt wird (daher sind Vorkammermotoren besser geeignet). Aufgrund seiner höheren Viskosität, die bei sinkender Temperatur noch weiter ansteigt, erhöht sich der Durchflusswiderstand in den Kraftstoffleitungen, der Einspritzpumpe und den Einspritzdüsen gegenüber dem von Dieselkraftstoff. Moderne Einspritzssysteme wie Commonrail oder Pumpe-Düse arbeiten daher bei kaltem Pflanzenöl außerhalb ihrer Spezifikation. Zusammen mit den bei modernen Hochdrucksystemen erhöhten Kraftstofftemperaturen sind indirekte Schäden durch Ablagerungen an Pumpen und Ventilen nicht ausgeschlossen. Im schlimmsten Fall kann es durch Leckagen der Ventile zu Fehleinspritzungen und damit einer Zerstörung des Motors kommen.
Lagerung
Erhaltung der Qualität des Kraftstoffs: Bei der Lagerung von Pflanzenöl muss darauf geachtet werden, dass chemische Reaktionen, die das Pflanzenöl qualitativ verschlechtern, wie:
Die Tanks, Rohrleitungen und Armaturen sollten aus Edelstahl (ohne katalytisch wirkende Legierungsbestandteile wie Kupfer) oder lichtundurchlässigem Kunststoff (z.B. HDPE) bestehen und einen wasserabscheidenden Filter für die Be- / Entlüftung enthalten. Erdtanks sind wegen der niedrigen Lagerungstemperatur günstig. Die Tanks sollten regelmäßig gereinigt werden, da die Sedimente aus Verunreinigungen den Fortschritt der Qualitätsverschlechterung durch chemische Reaktionen (siehe oben) beschleunigen.
Üblich sind 3 Lagertanks:
Arbeitsschutz
Pflanzenöl ist nicht giftig Durch das Vergällen kann es unangenehm riechen oder schmecken.
Umweltschutz
Die Gefahr von Grundwasserverseuchungen, die von herkömmlichen Kraftstoffen für den Erdboden ausgeht, ist nicht so groß wie bei herkömmlichen Kraftstoffen auf Erdölbasis, da es biologisch abgebaut wird. Die Einstufung von wassergefährdenden Stoffen erfolgt gemäß des Wasserhaushaltsgesetzes und an Hand von Verwaltungsvorschriftem, wie sie vom Umweltbundesamt[2] veröffentlicht werden. Ob Pflanzenöl eine wassergefährdende Flüssigkeit ist, hängt von der Zusammensetzung ab. Pflanzenöl ist NICHT in der Liste im Anhang 1 zur Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Änderung der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe „Liste nicht wassergefährdender Stoffe“ aufgeführt. Z.B. Sonnenblumenöl(C16 – C18)fettsäure, konjugiert ist gemäß dem Anhang 2 zur Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Änderung der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe als wassergefährdend einzustufen. Wenn Pflanzenöl nicht in größeren Mengen in Grundwasser gelangt, kann u.U. davon ausgegangen werden, dass es als nicht wassergefährdend einzustufen ist. Auch die Brandgefahr ist, wie beim Dieselöl oder Heizöl el., gering, da es wegen des Flammpunktes von 220 °C (siehe Kapitel Qualitätsstandard weiter unten) bei Normaltemperatur nicht entflammbar ist und keine explosiven Gas/Luft-Gemische bilden kann. Selbst die Lagerung in offenen Behältern - sogar in Garagen oder Wohnräumen - ist erlaubt, da es nur/noch lebensmittelrechtlichen Bestimmungen unterliegt und somit auch in größeren Mengen ohne gesetzliche Auflagen gelagert werden kann. Gebrauchtes Pflanzen-Öl (etwa aus Fritteusen) („Alt-Pflanzenöl“) wird jedoch als grundwassergefährdende Substanz kategorisiert. Zu seiner Lagerung und Verarbeitung sind doppelwandige Behälter oder Behälter mit Sicherheitsauffangwannen vorgeschrieben. Die Eigenschaften des Pflanzenöls unterscheiden sich, je nachdem aus welcher Pflanze sie gewonnen wurden. So ist Leindotteröl zum Beispiel länger flüssig als Rapsöl. Während für Dieselkraftstoffe einheitliche Qualitätsstandards gewährleistet werden können, ist dies bei Pflanzenöl nicht so einfach. Es liegt nicht als genormte Flüssigkeit vor und es existiert noch kein großräumiger Markt, der sich auf eine zentrale Aufbereitung stützt und eine kontrollierte Vermischung der Öle unterschiedlicher Herkunft und damit konstante Qualität ermöglichen würde. Obwohl Leindotteröl bessere Eigenschaften hat, überwiegt am Markt der Anteil des Rapsöls, da die Landwirte weder einen finanziellen Vorteil aus einem Mischfruchtanbau ziehen können, noch die Pressrückstände als Futter einsetzen können, da dies aufgrund einer bis heute gültigen Verordnung aus dem 19. Jahrhundert untersagt ist.
Qualitätsstandard
Um für das sehr häufig verwendete Rapsöl einheitliche Qualitätsstandards zu schaffen, hat als Richtwert am 23. Mai 2000 der „LTV-Arbeitskreis Dezentrale Pflanzenölgewinnung, Weihenstephan“ einen „Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard)“ formuliert. Dieser wird von der DIN 51605 Rapsölkraftstoff abgelöst. Diese DIN ist ein Entwurf mit folgenden Vorgabewerten:
Eigenschaften / Inhaltsstoffe
DIN- NORM:
DIN EN ISO 12937 Diese Werte stellen bisher eine Entwurfs- Norm dar
Der Volumenverbrauch und die Leistungscharakteristika sind bei beiden (Diesel und Rapsöl) Kraftstoffen annähernd gleich. Pflanzenöl verbrennt jedoch etwas „weicher“, da die Verbrennung langsamer abläuft. Als problematisch wird seitens der Motorenhersteller der Koksrückstand gesehen, wodurch es keine bzw. kaum Freigaben für Pflanzenöl gibt. Darüberhinaus neigt Pflanzenöl in Verbindung mit den Additiven des Motoröles zur Polymerisation, also Bildung von festen Verbindungen und Klumpen. Dies wird, insbesondere bei Kurzstreckenbetrieb, durch den unvermeidbaren Eintrag von unverbranntem Pflanzenöl über die Zylinderwand in das Motoröl hervorgerufen.
Verbreitung und Kosten
Allein in Deutschland gibt es nach einer neueren Schätzung des VCD[3] rund 20.000 Fahrzeuge, die mit Pflanzenöl betrieben werden. Rapsöl ist bei dem aktuellen Einzelhandelspreis von 0,85 €/l (Juli 2006) selbst bei literweiser Abgabe preiswerter als steuerbelasteter Diesel (Steueranteil 47 Cent/l) oder Rapsmethylester ("Biodiesel"). Der Preis von Pflanzenölen liegt seit einigen Jahren etwa 20-25 Prozent unter dem Dieselpreis, so dass eine Umrüstung je nach Fahrleistung mehr oder weniger wirtschaftlich erscheint. Es gibt allerdings bis jetzt kaum Tankstellen und nur wenige Lieferanten, die Pflanzenöl in für die Betankung gängigen Mengen anbieten. Die Alternativen wie das Tanken von Salatöl aus 1-Liter-Flaschen des Einzelhandels ist überall möglich, jedoch unkomfortabel. Viele Pflanzenölfahrer betreiben daher einen Vorratsbehälter mit Pumpe auf einem Privatgrundstück. Eine übliche Größe ist etwa 1 m³. Da die Tanks keinen besonderen Sicherheitsanforderungen genügen müssen, sind sie schon für rund 50 Euro erhältlich.
Für landwirtschaftliche Erzeuger ist Rapsöl preiswerter als Agrardiesel. Im Jahre 2001 ist ein mit 5,6 Mio. DM vom Verbraucherschutz-Ministerium gefördertes „100-Traktoren-Programm“ gestartet worden: Insgesamt 111 Ackerschlepper verschiedener Hersteller, deren Motoren dem technologischen Stand der Abgasnormen EURO I und EURO II entsprechen, wurden auf Pflanzenöl-Betrieb umgerüstet, um Erfahrungen zu sammeln. Das Projekt lief von April 2001 bis Oktober 2005 und wurde vom Institut für Energie- und Umwelttechnik der Universität Rostock betreut. Die Kosten (inkl. MWSt.) für eine Umrüstung betragen je nach Methode von 360 € (1-Tank) bzw. 1.500 € (2-Tank) bis 4.000 € pro Motor bzw. Fahrzeug oder stationärem Aggregat. Für Selbsteinbauer sind Sets ab 260 € (1-Tank) bzw. 600 € (2-Tank) erhältlich.[4] In einigen Regionen werden auch öffentliche Förderungen bis zur Hälfte der Nettoumbaukosten angeboten. Der Bundestag verabschiedete am 29. Juni 2006 das Energiesteuergesetz, das die schrittweise Besteuerung von Biodiesel und Pflanzenöl 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 Biodiesel auch entsprechend geringer. Auch reines Pflanzenöl, das zunächst steuerfrei bleiben sollte, wird ab 1. Januar 2008 in fünf Stufen (jährlich) von je neun Cent - auf letztendlich 45 Cent - besteuert.
Ökologische und wirtschaftliche Auswirkungen der Verwendung von Pflanzenöl (PÖL) als Kraftstoff
Pflanzenöl als Kraftstoff ist ein Teil in der Vielfalt der erneuerbaren Energien. Pflanzenöl wird durch eine Veresterung auch zu Biodiesel weiter verarbeitet. Pflanzenöl kann nahe dem landwirtschaftlichen Erzeuger mit relativ einfachen Mitteln auch von kleinen Ölmühlen hergestellt werden. Bei verstärkter Nachfrage bietet sich die Rekultivierung stillgelegter Agrarflächen an. Der Transportweg vom Erzeuger zum Verbraucher ist vergleichsweise kurz. Selbst das Nebenprodukt der Erzeugung, der Öl- oder Presskuchen, ist als hochwertiger Eiweiß- und Energieträger in der Tiermast verwendbar. Befürworter sehen dies als eine bessere Alternative an, als Flächenstilllegungen zu finanzieren. . Dagegen sind die meisten Rohstoffvorkommen weit von den Hauptverbrauchern, den Industrieländern, entfernt. Viele bedeutende Erdölfelder befinden sich in oder nahe bei Krisenregionen. Politische Interessen können die Versorgung empfindlich stören und die Preisgestaltung negativ beeinflussen. Eine ökonomisch sinnvolle Produktion ist fast nur durch Großbetriebe und internationale Konzerne möglich. Trotzdem sind Mineralöle ohne den Steueranteil mit 43 Cent/Liter Diesel an den Rohstoffbörsen (Juli 2006) immer noch deutlich billiger als Pflanzenöl. Der Einsatz von naturnah produzierten Energieträgern führt großräumig und langfristig gesehen zu einer geringeren CO2-Belastung im Vergleich zum Erdöl. Das bei der Verbrennung entstehende Kohlendioxid wird von den nachwachsenden Erzeugerpflanzen wieder aufgenommen und in neue Energie umgesetzt. In Hinblick auf sich erschöpfenden fossilen Ressourcen erlangen in Zukunft Rohstoffe für die Energiebereitstellung, als auch für die chemische Industrie, die verstärkt von der Landwirtschaft erzeugt werden, eine größere Bedeutung. Auch die Mineralölkonzerne berücksichtigen diese Entwicklung und investieren in entsprechende Forschungen. Schon heute zeichnet sich die Entwicklung ab, dass energetisch verwertbare Biomasse, zum Beispiel als Brennstoff für Heizzwecke angebotenes Energiegetreide, höhere Preise erzielt als die entsprechenden Lebensmittel. Auch die Optimierung des Ertrages der Ölpflanzen mittels Gentechnik gilt als wahrscheinlich, wenngleich diese bei vielen Verfechtern einer ökologisch orientierten Landwirtschaft sehr umstritten bleiben dürfte. Die Energiebilanz bei der Herstellung pflanzlicher Öle wird u. a. von Poel-Tec dargestellt. Demnach ist der Faktor für PÖL günstiger als der von Biodiesel (~1,48), aber ungünstiger als von konventionellen Kraftstoffen, der bei ~8,6 liegt. Fossile Energiequellen sind zurzeit noch ausreichend verfügbar. Eine entwickelte Förder- und Transportlogistik und großtechnische Produktionsverfahren ermöglicht das Angebot hochwertiger Kraftstoffe zu relativ günstigen Preisen. Lediglich die geringere Steuerbelastung macht einige alternative Kraftstoffe für den Verbraucher trotz unbefriedigender Verfügbarkeit interessant. Die Versorgung mit Mineralöl-Produkten aller Art ist hingegen rund um die Uhr mit einem engmaschigen Tankstellennetz gewährleistet. Die Nutzung von Pflanzenölen als Kraftstoff hat ökologische Vor- und Nachteile, die nicht immer gegeneinander aufgerechnet werden können. Das deutsche Umweltbundesamt meinte im Jahr 1999: „Aus Sicht des Umweltschutzes und aus ökonomischen Gründen ist eine Förderung des Einsatzes von Rapsöl und RME im Kraftstoffbereich auch weiterhin NICHT zu befürworten.“ (Lit.: Kraus u. a., S. 21)
Flächenbedarf
Um den theoretischen Flächenbedarf zur Erzeugung des Kraftstoffs Pflanzenöl zu berechnen, wird der Energieaufwand zum Nettoenergieertrag hinzugezählt.Für einen Nettoenergieertrag von 1 und k=2,31 ist also 2,31/1,31=1,76 an Gesamtenergie aufzuwenden. Dieser Faktor ist wichtig um zu errechnen, welche Fläche zur Energieerzeugung tatsächlich benötigt wird. Man muss also 1,76 m² Ackerfläche bestellen, um auf einem Quadratmeter Energie für eine andere Verwendung, als die Energieerzeugung durch die Landwirtschaft, der Volkswirtschaft zur Verfügung zu stellen. Weitere Einzelheiten zum Flächenbedarf können unter dem Stichwort Biodiesel gefunden werden. Die Bedeutung der Anbaumethode Eine zentrale Bedeutung sowohl für die ökologische Bilanz als auch für die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Pflanzenöl ist die Anbauform. Man kann hier zwischen zwei Arten unterscheiden:
Verfügbarkeit in Deutschland
Weit über 100 Lieferanten bieten derzeit preisgünstige Großmengen von Pflanzenöl an, die in heimischen Tanks zwischenlagerfähig sind. Die Betankung mit Pflanzenöl vom Lebensmittel-Einzelhandel (Salatölflaschen) ist zwar möglich, aber unbequem und bedingt durch die kleinen Verpackungseinheiten auch sehr abfallintensiv. Zudem haben einige Supermarktketten eine Höchstabgabemenge eingeführt. Spontanbedarf kann durch normalen Diesel von der Tankstelle gedeckt werden.
Pflanzenöl kann von Landwirten mit Hilfe von kleineren günstigen Ölpressen zu erschwinglichen Kosten dezentral erzeugt werden. Bei weiter steigenden Kraftstoffpreisen ist zu erwarten, dass die steuerfreie Erzeugung von Pflanzenöl für Landwirte deutlich attraktiver wird und damit die Zahl der Tankmöglichkeiten schnell zunimmt. Auch der Rapskuchen wird hier dezentral als Futtermittel oder Heizstoff (ca. 6,5 bis 7,5 kWh/kg) verwertet. Bei der Filtration der Pflanzenöle zu Kraftstoffqualität sind heute günstige und hochwertige Filteranlagen am Markt.
Geschichte
Bei der Konstruktion des ersten selbstzündenden Verbrennungsmotors experimentierte Rudolf Diesel erfolglos mit Benzin. Später wurden erfolgreichere Versuche mit Lampenpetroleum und verschiedenen Ölen, vor allem Pflanzenöl (Erdnussöl), gemacht. Erdöl war nur begrenzt verfügbar und sehr teuer. Später war der Überfluss billigen Erdöls der Grund, dass Pflanzenöl lange Zeit nicht als Kraftstoff verwendet wurde. Erst nach den Ölkrisen der 1970er Jahre wurde verstärkt nach alternativen Kraftstoffen gesucht. Das steigende Umwelt- und Klimaschutzbewusstsein zum Ende des 20. Jahrhunderts brachte vor allem die erneuerbaren Energieträger wieder in die Diskussion.
Verwendbare Pflanzenölsorten
Pflanzenölkraftstoff wird oft mit Rapsöl gleichgesetzt. Je nach Interessensgruppe gibt es jedoch über 1000 anbauwürdige Ölpflanzen. Es existieren in den meisten Regionen der Erde heimische Pflanzen, die zur Ölgewinnung genutzt werden können. Grundsätzlich sind alle Pflanzenölsorten und auch tierische Öle zum Betrieb in umgerüsteten Fahrzeugen geeignet. Vereinzelt setzen Autofahrer auch gefilterte Altöle und flüssige Speisefette ein. Sie müssen jedoch vor der Nutzung sorgfältig gereinigt, entwässert und ggf. auch neutralisiert werden. So fährt beispielsweise ein Taxiunternehmer in Berlin seit einigen Jahren ohne Schaden ausschließlich mit gebrauchtem Fritteusen-Öl, das in einem einfachen Schleuderverfahren gereinigt wird. Lediglich zum Starten des kalten Motors wird aus einen kleinen Zweittank normaler Dieselkraftstoff verwendet. Alt-Pflanzenöl sollte vor seiner motorischen Verwendung umgepumpt und gefiltert werden. Empfohlen werden Kerzenfilter mit weniger als einem Mikrometer Weite, um die Aggregate nicht zu schädigen.
Verwendung als Kraftstoff
Um Pflanzenöl in Motoren zu verbrennen, gibt es zwei Strategien: Die Anpassung der Motoren auf die Eigenschaften des Pflanzenöls und die Veränderung des Pflanzenöls zu einem neuen Kraftstoff, welcher in genormter Qualität mit bestehender Motorentechnik verwendet werden kann. Die zweite Möglichkeit ist technisch durch Pflanzenöl-Methyl-Ester (PME) (siehe Artikel Biodiesel) verwirklicht worden. Da er aus Pflanzenöl hergestellt wird, wird Pflanzenöl als Kraftstoff häufig fälschlicherweise mit Biodiesel gleichgesetzt, obwohl es sich um zwei unterschiedliche, nicht miteinander kompatible Technologien handelt. Nach Auskunft der Firma Unicar in Aachen halbiert sich in etwa der Ausstoß von Rußpartikeln bei der Pflanzenölverbrennung gegenüber der Dieselverbrennung. Nur bei kaltem Motor und unzureichender Vernebelung im Zylinder ist der Ausstoß sichtbar erhöht. Es gibt weniger Emissionen von Feinstaub als bei Dieselbetrieb. Verunreinigungen durch Schwefel und Schwermetalle entfallen weitgehend.
Pflanzenöltaugliche Motoren/Umrüstung
Ohne größere Probleme können nur wenige ältere Motoren mit Pflanzenöl betrieben werden. Es handelt sich dabei um Vorkammerdiesel. Fast alle diese Motoren können Pflanzenöl verarbeiten, Schwierigkeiten bereiten in der Regel nur die Einspritzpumpen, weil sie höheren Belastungen wegen der geringeren Viskosität ausgesetzt sind. Am besten geeignet sind Reiheneinspritzpumpen, z.B. der Firma Bosch, wie sie etwa von Mercedes-Benz eingebaut wurden. Der Umbau für diese Motoren ist denkbar einfach und kann teilweise (z. B. beim Mercedes W124) sogar entfallen:
- Einbau eines Wärmetauschers, zum Beispiel zur Erwärmung des Kraftstofffilters mit Hilfe des Kühlwassers.
- Eine neue Kraftstoffleitung
- Einbau eines neuen Filters
- Im Winterbetrieb muss dem Pflanzenöl mindestens 10% Winterdiesel zugeführt werden.
- Die Umbaukosten betragen ca. 200 - 600 Euro.
- Einbau von Systemen zum Vorwärmen des Pflanzenöls (Wärmeübertrager, Vorwärmer)
- Einbau von Kraftstoff-Leitungen mit größerem Innendurchmesser
- Integration zusätzlicher Filterstufen
- Anpassung der elektronischen Steuerung
- gegebenenfalls Anpassung der Einspritztechnik
- Bedien- und Steuerelemente (etwa für die Vorwärmung beim Kaltstart)
Seit einigen Jahren gibt es ein weiteres Angebot, Dieselmotoren für den Direktbetrieb mit Pflanzenöl umzurüsten. Unter Bezeichnungen wie „eoil“ oder „BEAM-Plus“ werden im Internet Umbauten angeboten, die nicht auf erwärmtes, sondern auf sorgfältig entgastes Rapsöl setzen. Auch ein winziger Gasgehalt, heißt es, verursacht in einer modernene Hochdruckeinspritzanlage Dampfblasenbildung (Kavitation) welche das Material in der Umgebung zerstört. Zu berücksichtigen ist dabei allerdings, dass auch herkömmlicher Dieselkraftstoff in gewissem Maße Gase enthält. Aus diesem Grund sind Verfahren, die nur auf Entgasung setzen, wie z.B. das eoil-System, umstritten. Beide oben angegebenen Firmen haben in den vergangenen Jahren hauptsächlich Lastwagen und landwirtschaftliche Maschinen umgerüstet. Das ist sinnvoll, weil der Umbau sich wegen des hohen spezifischen Verbrauchs dieser Fahrzeuge innerhalb von Monaten amortisiert.
Der Umbau ist vor allem für ältere Dieselfahrzeuge mit geeignetem Motor lohnend, weil der Preis für Rapsöl ca 0,50 Euro unter dem des mineralischen Diesels liegt. Die erhebliche Preisdifferenz resultiert u.a. aus der unterschiedlichen Besteuerung. So unterliegen Pflanzenöle bislang noch keiner speziellen Kraftstoffbesteuerung. Dies wird nach dem zum 1. August 2006 in Kraft getretenen Energiesteuergesetz in Deutschland erst ab 1. Januar 2008 mit zunächst 0,09 Euro pro Liter der Fall sein. Vorgesehen ist in der Folge ein stufenweiser, weiterer Anstieg der Besteuerung bis zum Jahr 2012 auf dann 0,45 Euro pro Liter. Selbst unter diesen, sich tendenziell verschlechternden fiskalischen Rahmenbedingungen kann jedoch auch bei normalen Personenwagen die Umrüstung noch wirtschaftlich sein.
Kraftstoffeigenschaften
Pflanzenöl stellt eine der dichtesten Energieformen dar, die durch Photosynthese entstehen. Der Heizwert ist mit 37 MJ/kg deutlich niedriger als beim Benzin (43 MJ/kg), Dieselkraftstoff (43 MJ/kg) und Methan (50 MJ/kg), allerdings höher als bei der Steinkohle (30 MJ/kg). Die auf das Volumen bezogene Energiedichte beträgt rund 9,2 kWh je Liter und liegt damit zwischen Benzin mit 8,6 kWh/l und mineralischem Dieselöl mit 9,6 kWh/l. Reines Pflanzenöl besteht überwiegend aus reinen Kohlenwasserstoffen und ist schwerer entflammbar (siehe Flammpunkt) als Diesel. Die Zündwilligkeit (Cetanzahl) ist allgemein eingeschränkt, da nicht erwärmtes Pflanzenöl von der Einspritzdüse nur unzureichend im Brennraum vernebelt wird (daher sind Vorkammermotoren besser geeignet). Aufgrund seiner höheren Viskosität, die bei sinkender Temperatur noch weiter ansteigt, erhöht sich der Durchflusswiderstand in den Kraftstoffleitungen, der Einspritzpumpe und den Einspritzdüsen gegenüber dem von Dieselkraftstoff. Moderne Einspritzssysteme wie Commonrail oder Pumpe-Düse arbeiten daher bei kaltem Pflanzenöl außerhalb ihrer Spezifikation. Zusammen mit den bei modernen Hochdrucksystemen erhöhten Kraftstofftemperaturen sind indirekte Schäden durch Ablagerungen an Pumpen und Ventilen nicht ausgeschlossen. Im schlimmsten Fall kann es durch Leckagen der Ventile zu Fehleinspritzungen und damit einer Zerstörung des Motors kommen.
Lagerung
Erhaltung der Qualität des Kraftstoffs: Bei der Lagerung von Pflanzenöl muss darauf geachtet werden, dass chemische Reaktionen, die das Pflanzenöl qualitativ verschlechtern, wie:
- Oxydation,
- Hydrolyse,
- Polymerisation und
- enzymatischer Abbau
- verhindert werden
- dunkel,
- kühl (zwischen 5 und 10 °C),
- trocken,
- mit geringer Kontaktfläche zum Luftsauerstoff und
- sauber
Die Tanks, Rohrleitungen und Armaturen sollten aus Edelstahl (ohne katalytisch wirkende Legierungsbestandteile wie Kupfer) oder lichtundurchlässigem Kunststoff (z.B. HDPE) bestehen und einen wasserabscheidenden Filter für die Be- / Entlüftung enthalten. Erdtanks sind wegen der niedrigen Lagerungstemperatur günstig. Die Tanks sollten regelmäßig gereinigt werden, da die Sedimente aus Verunreinigungen den Fortschritt der Qualitätsverschlechterung durch chemische Reaktionen (siehe oben) beschleunigen.
Üblich sind 3 Lagertanks:
- Erster Tank speichert das PÖL aus der laufenden Produktion
- Zweiter Lagertank speichtert das PÖL, dessen Proben qualitätsuntersucht werden.
- Dritter Tank enthält das PÖL, das nach der Qualitätsfreigabe an den Endkunden zum baldigen Verbrauch abgegeben werden kann.
Arbeitsschutz
Pflanzenöl ist nicht giftig Durch das Vergällen kann es unangenehm riechen oder schmecken.
Umweltschutz
Die Gefahr von Grundwasserverseuchungen, die von herkömmlichen Kraftstoffen für den Erdboden ausgeht, ist nicht so groß wie bei herkömmlichen Kraftstoffen auf Erdölbasis, da es biologisch abgebaut wird. Die Einstufung von wassergefährdenden Stoffen erfolgt gemäß des Wasserhaushaltsgesetzes und an Hand von Verwaltungsvorschriftem, wie sie vom Umweltbundesamt[2] veröffentlicht werden. Ob Pflanzenöl eine wassergefährdende Flüssigkeit ist, hängt von der Zusammensetzung ab. Pflanzenöl ist NICHT in der Liste im Anhang 1 zur Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Änderung der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe „Liste nicht wassergefährdender Stoffe“ aufgeführt. Z.B. Sonnenblumenöl(C16 – C18)fettsäure, konjugiert ist gemäß dem Anhang 2 zur Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Änderung der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe als wassergefährdend einzustufen. Wenn Pflanzenöl nicht in größeren Mengen in Grundwasser gelangt, kann u.U. davon ausgegangen werden, dass es als nicht wassergefährdend einzustufen ist. Auch die Brandgefahr ist, wie beim Dieselöl oder Heizöl el., gering, da es wegen des Flammpunktes von 220 °C (siehe Kapitel Qualitätsstandard weiter unten) bei Normaltemperatur nicht entflammbar ist und keine explosiven Gas/Luft-Gemische bilden kann. Selbst die Lagerung in offenen Behältern - sogar in Garagen oder Wohnräumen - ist erlaubt, da es nur/noch lebensmittelrechtlichen Bestimmungen unterliegt und somit auch in größeren Mengen ohne gesetzliche Auflagen gelagert werden kann. Gebrauchtes Pflanzen-Öl (etwa aus Fritteusen) („Alt-Pflanzenöl“) wird jedoch als grundwassergefährdende Substanz kategorisiert. Zu seiner Lagerung und Verarbeitung sind doppelwandige Behälter oder Behälter mit Sicherheitsauffangwannen vorgeschrieben. Die Eigenschaften des Pflanzenöls unterscheiden sich, je nachdem aus welcher Pflanze sie gewonnen wurden. So ist Leindotteröl zum Beispiel länger flüssig als Rapsöl. Während für Dieselkraftstoffe einheitliche Qualitätsstandards gewährleistet werden können, ist dies bei Pflanzenöl nicht so einfach. Es liegt nicht als genormte Flüssigkeit vor und es existiert noch kein großräumiger Markt, der sich auf eine zentrale Aufbereitung stützt und eine kontrollierte Vermischung der Öle unterschiedlicher Herkunft und damit konstante Qualität ermöglichen würde. Obwohl Leindotteröl bessere Eigenschaften hat, überwiegt am Markt der Anteil des Rapsöls, da die Landwirte weder einen finanziellen Vorteil aus einem Mischfruchtanbau ziehen können, noch die Pressrückstände als Futter einsetzen können, da dies aufgrund einer bis heute gültigen Verordnung aus dem 19. Jahrhundert untersagt ist.
Qualitätsstandard
Um für das sehr häufig verwendete Rapsöl einheitliche Qualitätsstandards zu schaffen, hat als Richtwert am 23. Mai 2000 der „LTV-Arbeitskreis Dezentrale Pflanzenölgewinnung, Weihenstephan“ einen „Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff (RK-Qualitätsstandard)“ formuliert. Dieser wird von der DIN 51605 Rapsölkraftstoff abgelöst. Diese DIN ist ein Entwurf mit folgenden Vorgabewerten:
Eigenschaften / Inhaltsstoffe
DIN- NORM:
DIN EN ISO 12937 Diese Werte stellen bisher eine Entwurfs- Norm dar
Der Volumenverbrauch und die Leistungscharakteristika sind bei beiden (Diesel und Rapsöl) Kraftstoffen annähernd gleich. Pflanzenöl verbrennt jedoch etwas „weicher“, da die Verbrennung langsamer abläuft. Als problematisch wird seitens der Motorenhersteller der Koksrückstand gesehen, wodurch es keine bzw. kaum Freigaben für Pflanzenöl gibt. Darüberhinaus neigt Pflanzenöl in Verbindung mit den Additiven des Motoröles zur Polymerisation, also Bildung von festen Verbindungen und Klumpen. Dies wird, insbesondere bei Kurzstreckenbetrieb, durch den unvermeidbaren Eintrag von unverbranntem Pflanzenöl über die Zylinderwand in das Motoröl hervorgerufen.
Verbreitung und Kosten
Allein in Deutschland gibt es nach einer neueren Schätzung des VCD[3] rund 20.000 Fahrzeuge, die mit Pflanzenöl betrieben werden. Rapsöl ist bei dem aktuellen Einzelhandelspreis von 0,85 €/l (Juli 2006) selbst bei literweiser Abgabe preiswerter als steuerbelasteter Diesel (Steueranteil 47 Cent/l) oder Rapsmethylester ("Biodiesel"). Der Preis von Pflanzenölen liegt seit einigen Jahren etwa 20-25 Prozent unter dem Dieselpreis, so dass eine Umrüstung je nach Fahrleistung mehr oder weniger wirtschaftlich erscheint. Es gibt allerdings bis jetzt kaum Tankstellen und nur wenige Lieferanten, die Pflanzenöl in für die Betankung gängigen Mengen anbieten. Die Alternativen wie das Tanken von Salatöl aus 1-Liter-Flaschen des Einzelhandels ist überall möglich, jedoch unkomfortabel. Viele Pflanzenölfahrer betreiben daher einen Vorratsbehälter mit Pumpe auf einem Privatgrundstück. Eine übliche Größe ist etwa 1 m³. Da die Tanks keinen besonderen Sicherheitsanforderungen genügen müssen, sind sie schon für rund 50 Euro erhältlich.
Für landwirtschaftliche Erzeuger ist Rapsöl preiswerter als Agrardiesel. Im Jahre 2001 ist ein mit 5,6 Mio. DM vom Verbraucherschutz-Ministerium gefördertes „100-Traktoren-Programm“ gestartet worden: Insgesamt 111 Ackerschlepper verschiedener Hersteller, deren Motoren dem technologischen Stand der Abgasnormen EURO I und EURO II entsprechen, wurden auf Pflanzenöl-Betrieb umgerüstet, um Erfahrungen zu sammeln. Das Projekt lief von April 2001 bis Oktober 2005 und wurde vom Institut für Energie- und Umwelttechnik der Universität Rostock betreut. Die Kosten (inkl. MWSt.) für eine Umrüstung betragen je nach Methode von 360 € (1-Tank) bzw. 1.500 € (2-Tank) bis 4.000 € pro Motor bzw. Fahrzeug oder stationärem Aggregat. Für Selbsteinbauer sind Sets ab 260 € (1-Tank) bzw. 600 € (2-Tank) erhältlich.[4] In einigen Regionen werden auch öffentliche Förderungen bis zur Hälfte der Nettoumbaukosten angeboten. Der Bundestag verabschiedete am 29. Juni 2006 das Energiesteuergesetz, das die schrittweise Besteuerung von Biodiesel und Pflanzenöl 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 Biodiesel auch entsprechend geringer. Auch reines Pflanzenöl, das zunächst steuerfrei bleiben sollte, wird ab 1. Januar 2008 in fünf Stufen (jährlich) von je neun Cent - auf letztendlich 45 Cent - besteuert.
Ökologische und wirtschaftliche Auswirkungen der Verwendung von Pflanzenöl (PÖL) als Kraftstoff
Pflanzenöl als Kraftstoff ist ein Teil in der Vielfalt der erneuerbaren Energien. Pflanzenöl wird durch eine Veresterung auch zu Biodiesel weiter verarbeitet. Pflanzenöl kann nahe dem landwirtschaftlichen Erzeuger mit relativ einfachen Mitteln auch von kleinen Ölmühlen hergestellt werden. Bei verstärkter Nachfrage bietet sich die Rekultivierung stillgelegter Agrarflächen an. Der Transportweg vom Erzeuger zum Verbraucher ist vergleichsweise kurz. Selbst das Nebenprodukt der Erzeugung, der Öl- oder Presskuchen, ist als hochwertiger Eiweiß- und Energieträger in der Tiermast verwendbar. Befürworter sehen dies als eine bessere Alternative an, als Flächenstilllegungen zu finanzieren. . Dagegen sind die meisten Rohstoffvorkommen weit von den Hauptverbrauchern, den Industrieländern, entfernt. Viele bedeutende Erdölfelder befinden sich in oder nahe bei Krisenregionen. Politische Interessen können die Versorgung empfindlich stören und die Preisgestaltung negativ beeinflussen. Eine ökonomisch sinnvolle Produktion ist fast nur durch Großbetriebe und internationale Konzerne möglich. Trotzdem sind Mineralöle ohne den Steueranteil mit 43 Cent/Liter Diesel an den Rohstoffbörsen (Juli 2006) immer noch deutlich billiger als Pflanzenöl. Der Einsatz von naturnah produzierten Energieträgern führt großräumig und langfristig gesehen zu einer geringeren CO2-Belastung im Vergleich zum Erdöl. Das bei der Verbrennung entstehende Kohlendioxid wird von den nachwachsenden Erzeugerpflanzen wieder aufgenommen und in neue Energie umgesetzt. In Hinblick auf sich erschöpfenden fossilen Ressourcen erlangen in Zukunft Rohstoffe für die Energiebereitstellung, als auch für die chemische Industrie, die verstärkt von der Landwirtschaft erzeugt werden, eine größere Bedeutung. Auch die Mineralölkonzerne berücksichtigen diese Entwicklung und investieren in entsprechende Forschungen. Schon heute zeichnet sich die Entwicklung ab, dass energetisch verwertbare Biomasse, zum Beispiel als Brennstoff für Heizzwecke angebotenes Energiegetreide, höhere Preise erzielt als die entsprechenden Lebensmittel. Auch die Optimierung des Ertrages der Ölpflanzen mittels Gentechnik gilt als wahrscheinlich, wenngleich diese bei vielen Verfechtern einer ökologisch orientierten Landwirtschaft sehr umstritten bleiben dürfte. Die Energiebilanz bei der Herstellung pflanzlicher Öle wird u. a. von Poel-Tec dargestellt. Demnach ist der Faktor für PÖL günstiger als der von Biodiesel (~1,48), aber ungünstiger als von konventionellen Kraftstoffen, der bei ~8,6 liegt. Fossile Energiequellen sind zurzeit noch ausreichend verfügbar. Eine entwickelte Förder- und Transportlogistik und großtechnische Produktionsverfahren ermöglicht das Angebot hochwertiger Kraftstoffe zu relativ günstigen Preisen. Lediglich die geringere Steuerbelastung macht einige alternative Kraftstoffe für den Verbraucher trotz unbefriedigender Verfügbarkeit interessant. Die Versorgung mit Mineralöl-Produkten aller Art ist hingegen rund um die Uhr mit einem engmaschigen Tankstellennetz gewährleistet. Die Nutzung von Pflanzenölen als Kraftstoff hat ökologische Vor- und Nachteile, die nicht immer gegeneinander aufgerechnet werden können. Das deutsche Umweltbundesamt meinte im Jahr 1999: „Aus Sicht des Umweltschutzes und aus ökonomischen Gründen ist eine Förderung des Einsatzes von Rapsöl und RME im Kraftstoffbereich auch weiterhin NICHT zu befürworten.“ (Lit.: Kraus u. a., S. 21)
Flächenbedarf
Um den theoretischen Flächenbedarf zur Erzeugung des Kraftstoffs Pflanzenöl zu berechnen, wird der Energieaufwand zum Nettoenergieertrag hinzugezählt.Für einen Nettoenergieertrag von 1 und k=2,31 ist also 2,31/1,31=1,76 an Gesamtenergie aufzuwenden. Dieser Faktor ist wichtig um zu errechnen, welche Fläche zur Energieerzeugung tatsächlich benötigt wird. Man muss also 1,76 m² Ackerfläche bestellen, um auf einem Quadratmeter Energie für eine andere Verwendung, als die Energieerzeugung durch die Landwirtschaft, der Volkswirtschaft zur Verfügung zu stellen. Weitere Einzelheiten zum Flächenbedarf können unter dem Stichwort Biodiesel gefunden werden. Die Bedeutung der Anbaumethode Eine zentrale Bedeutung sowohl für die ökologische Bilanz als auch für die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Pflanzenöl ist die Anbauform. Man kann hier zwischen zwei Arten unterscheiden:
- Anbau in Monokultur mit mineralischen Düngemitteln
- Anbau in Mischkultur mit biologischen Düngemitteln
Verfügbarkeit in Deutschland
Weit über 100 Lieferanten bieten derzeit preisgünstige Großmengen von Pflanzenöl an, die in heimischen Tanks zwischenlagerfähig sind. Die Betankung mit Pflanzenöl vom Lebensmittel-Einzelhandel (Salatölflaschen) ist zwar möglich, aber unbequem und bedingt durch die kleinen Verpackungseinheiten auch sehr abfallintensiv. Zudem haben einige Supermarktketten eine Höchstabgabemenge eingeführt. Spontanbedarf kann durch normalen Diesel von der Tankstelle gedeckt werden.
Pflanzenöl kann von Landwirten mit Hilfe von kleineren günstigen Ölpressen zu erschwinglichen Kosten dezentral erzeugt werden. Bei weiter steigenden Kraftstoffpreisen ist zu erwarten, dass die steuerfreie Erzeugung von Pflanzenöl für Landwirte deutlich attraktiver wird und damit die Zahl der Tankmöglichkeiten schnell zunimmt. Auch der Rapskuchen wird hier dezentral als Futtermittel oder Heizstoff (ca. 6,5 bis 7,5 kWh/kg) verwertet. Bei der Filtration der Pflanzenöle zu Kraftstoffqualität sind heute günstige und hochwertige Filteranlagen am Markt.