Bioethanol

Vor- und Nachteile von Bioethanol und Biogas als Kraftstoff

Inhalt des Wiki-Artikels

• Chemie der Biokraftstoffe Ethanol und Methanol
• Bioethanol als Beimischung im Benzin
• Herstellung von Bioethanol
• Kraftstoffgewinnung aus Biogas
• Vor- und Nachteile von Biokraftstoffen

Biokraftstoffe tragen zur Energieversorgung im Verkehrsbereich und zum Klimaschutz bei, da sie geeignet sind, Treibhausgasemissionen zu verringern. Zu diesen Kraftstoffen zählen Bioethanol, Biomethanol und Biodiesel. Um sicherzustellen, dass Biokraftstoffe umweltgerecht produziert werden, hat die Bundesregierung die Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung erlassen. Laut dieser sind Bioethanol und andere alternative Kraftstoffe nur dann nachhaltig, wenn bei der Erzeugung und Lieferung gegenüber fossilen Kraftstoffen mindestens 35 Prozent weniger Treibhausgasemissionen verursacht werden. Die Grundlage für die Produktion von Biokraftstoffen bilden Pflanzen, verwendet werden dürfen nach der Verordnung nur Rohstoffe aus nachhaltigem Anbau, Flächen mit hoher Biodiversität oder hohem Kohlenstoffgehalt dürfen nicht für den Rohstoffanbau genutzt werden. Neben flüssigen gibt es gasförmige Kraftstoffe wie Biomethan, ein aufbereitetes Biogas, das aus Energiepflanzen und landwirtschaftlichen Reststoffen hergestellt wird.¹

Chemie der Biokraftstoffe Ethanol und Methanol

Sowohl Ethanol als auch Methanol setzen sich aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen zusammen. Ethanol hat die chemische Formel C₂H₅OH und ein spezifisches Gewicht von 0,789 kg/l. Die Strukturformel von Methanol ist CH₃OH, das spezifische Gewicht liegt bei 0,796 kg/l.²

Bioethanol als Beimischung im Benzin

Im Kraftstoffbereich findet Ethanol auf zwei Arten Verwendung, entweder wird es direkt dem Ottokraftstoff zugefügt oder zu Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE) weiterverarbeitet.³ ETBE setzt sich aus Bioethanol und dem aus Erdgas gewonnenen Isobuten zusammen, verfügt über eine hohe Oktanzahl und einen niedrigen Dampfdruck. Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether kann andere Bestandteile des Benzins, deren Produktion energieintensiv ist, teils oder komplett ersetzen. Auf diese Weise werden CO₂-Emissionen reduziert. Ein Vorteil von ETBE ist sein hoher Sauerstoffgehalt, der für eine bessere Verbrennung des Kraftstoffs im Motor sorgt. Auf diese Weise wird der Ausstoß von Feinstaub und flüchtigen, organischen Verbindungen verringert, es entsteht also weniger Smog. ETBE wird allen an deutschen Tankstellen erhältlichen Benzinarten zugefügt, laut EU-Kraftstoffqualitätsrichtlinie dürfen diese bis zu 22 Prozent Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether enthalten.⁴

Benzin, dem ein höherer Anteil Bioethanol beigemischt ist, wird E10 genannt. Das E steht für Ethanol und die Zahl gibt an, dass bis zu zehn Prozent davon im Kraftstoff enthalten sein können. Herkömmliches Benzin verfügt über einen Ethanol-Anteil von bis zu fünf Prozent. Nicht jedes Auto ist für E10 ausgelegt, circa 90 Prozent aller benzinbetriebenen Fahrzeuge können es tanken. Neuwagen sind in der Regel für E10 gerüstet. In Deutschland bieten die Tankstellen weiterhin herkömmliches Benzin an, denn Autos, die nicht für den Kraftstoff mit einem höheren Anteil an Bioethanol ausgelegt sind, können bereits durch einmaliges Tanken von E10 auf Dauer geschädigt werden.⁵

Herstellung von Bioethanol

Die Beimischung von Bioethanol zum Ottokraftstoff bringt einen recht großen Bedarf mit sich, deshalb sind landwirtschaftliche Rohstoffe erforderlich, bei denen ein Mindestmaß an Anbauerfahrung vorliegt und eine großtechnische Nutzung vorhanden ist. Da Importe dem Klimaschutz nicht zuträglich sind, ist der Anbau in Deutschland sinnvoll. Als Rohstoffe sind infolgedessen vor allem Zuckerrüben, Weizen, Roggen, Triticale, Körnermais und Kartoffeln geeignet. Zwar punktet der Anbau von Zuckerrüben mit der höchsten Flächenproduktivität, allerdings verursacht er zusammen mit dem Kartoffelanbau die meisten CO₂-Emissionen pro Hektar.

Ethanol wird aus vergorenen Maischen gewonnen, der genaue Herstellungsprozess ist vom Rohstoff abhängig. Zuckerrüben können als Dick- oder Dünnsaft sowie über Melasse direkt zu Bioethanol verarbeitet werden. Getreide muss als Rohstoff für Ethanol einen hohen Stärkegehalt aufweisen. Dies trifft zwar auf Weizen zu, dieser ist allerdings im Vergleich zu anderen Getreidearten relativ teuer und er stellt hohe Ansprüche an den Boden, im Gegensatz zu Triticale und Roggen. Bei Letzterem kostet der Herstellungsprozess zu Ethanol mehr, weil Enzyme zugegeben werden müssen und ein höherer Dampfbedarf erforderlich ist. Mais nimmt bisher keine große Rolle bei der Erzeugung von Bioethanol ein, dies könnte sich aber ändern, wenn Sorten zugelassen werden, die bereits auf dem Feld trocknen können. Dies würde die aufwendige Trocknung des Maises vor der Verarbeitung überflüssig machen. Die Kartoffel hingegen ist bedeutend für die Erzeugung von Bioethanol, obwohl sie ein recht teurer Rohstoff ist und viel Abwasser verursacht.

Die Verfahren und Technologien zur Herstellung von Ethanol sind recht ausgereift, werden aber weiterhin optimiert, um Energie zu sparen. Das einst bei der Erzeugung von Ethanol aus Getreide gängige Dämpfverfahren wurde vom Kaltmaischverfahren abgelöst, das einen wesentlich geringeren Energiebedarf hat. Durch Wärmeaustausch wurde das Kaltmaischverfahren weiter optimiert, so dass praktisch keine zusätzliche Energie mehr zum Stärkeaufschluss aufgewendet werden muss. Ausgehend vom Preis der Rohstoffe sind bei der Erzeugung von Bioethanol aus Melasse und Dicksaft die Kosten am niedrigsten. Bei stärkehaltigen Rohstoffen sind die Kosten deutlich höher, da die Herstellung aufwendiger ist, am höchsten sind sie bei Kartoffeln. Bioethanol aus Kartoffeln zu gewinnen kostet etwa 70 % mehr, als es aus Dicksaft zu erzeugen.⁶

Kraftstoffgewinnung aus Biogas

Methanol wird als Wasserstoffträger bei der Brennstoffzellentechnologie von Fahrzeugen eingesetzt. Ähnlich wie Erdgas kann es mit Wasserdampf zu Wasserstoff und CO₂ umgesetzt werden. Bislang wird Methanol großteils aus synthetischem Gas erzeugt. Ausgereifte Verfahren zur Herstellung aus Biomasse stehen noch aus, die Kosten der Methanolerzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen übersteigen die der Erzeugung aus Erdgas um ein Vielfaches. Grundsätzlich entsteht Methanol bei der Vergärung nachwachsender Rohstoffe, jedoch fällt dabei auch ein wasserhaltiges Teerprodukt an, das aufwendig aufgearbeitet werden muss. Der gasförmige Kraftstoff Biomethan wird aus Biogas gewonnen, das durch die Vergärung von Energiepflanzen, Gülle, Mist sowie aus organischen Abfällen aus Industrie und Privathaushalten entsteht. Vor allem Mais wird zur Herstellung genutzt, da der Anbau desselben deshalb aber schon kritische Ausmaße in Deutschland erreicht hat, wird nach Alternativen gesucht. Erdgasfahrzeuge können mit Biomethan betankt werden, ohne dass eine technische Anpassung erforderlich ist.⁸

Vor- und Nachteile von Biokraftstoffen

Mit dem Einsatz von Biokraftstoffen werden klimapolitische Ziele verfolgt. Ein großer Vorteil ist, dass durch die Nutzung von Bioethanol und Biomethan statt herkömmlicher Kraftstoffe weniger Treibhausgase verursacht werden. Darüber hinaus wird Einkommen für Landwirtschaft generiert und die Abhängigkeit von Rohstoffimporten verringert. Durch die Nutzung nachwachsender Rohstoffe werden die Erdölreserven geschont. Nachteile von Biokraftstoffen sind geringe Nettoenergieausbeuten und ungünstige Ökobilanzen aufgrund aufwendiger Umwandlungsprozesse. Zudem handelt es sich bei der Umstellung von herkömmlichen auf Biokraftstoffe um eine relativ teure klimapolitische Maßnahme, die hohe staatliche Subventionen erfordert. Um die Wettbewerbsfähigkeit zu gewährleisten, ist Bioethanol von der Mineralölsteuer befreit.⁹