Biokraftstoffe

Übersicht über marktreife Biokraftstoffe und Forschungen für die Zukunft

Inhalt des Wiki-Artikels

• Biokraftstoffe – Definition und Arten von biologischen Kraftstoffen
• Biokraftstoffe für Diesel- oder Ottomotoren
• Gasförmige Biokraftstoffe
• Synthetische BtL-Kraftstoffe
• Biokraftstoffe der Zukunft

Biokraftstoffe – Definition und Arten von biologischen Kraftstoffen

Biokraftstoffe werden im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen aus erneuerbaren Ausgangsmaterialien gewonnen, also aus pflanzlicher oder seltener auch aus tierischer Biomasse. Es gibt sowohl flüssige als auch gasförmige Biokraftstoffe, beide Arten sind für den Betrieb von Verbrennungsmotoren vorgesehen. Unterschieden werden Biokraftstoffe der 1., 2. und 3. Generation. Biokraftstoffe der 1. Generation werden aus Zucker, Stärke oder Pflanzenöl hergestellt, wobei ein Großteil der Pflanzen anderen Zwecken zugeführt wird, zum Beispiel der Verwendung als Futtermittel. Biodiesel und aus Getreide oder Zuckerrohr gewonnenes Bioethanol gehören zu dieser Sorte. Für Biokraftstoffe der 2. Generation werden hingegen die vollständigen Pflanzen verwendet, darüber hinaus können sie aus Ernteabfällen, Siedlungsmüll und Abfällen aus der Landwirtschaft hergestellt werden. Zu dieser Art zählen Bioethanol aus zellulosehaltigen Rohstoffen wie Holz oder Stroh und BtL-Biodiesel. Biokraftstoffe der 3. Generation werden aus Algen gewonnen, diese befinden sich allerdings noch in der Erforschung und sind noch nicht auf dem Markt.

Biokraftstoffe für Diesel- oder Ottomotoren

Reine Biokraftstoffe sind in Deutschland hauptsächlich für Maschinen der Land- und Forstwirtschaft geeignet, an Tankstellen werden vorwiegend fossile Kraftstoffe mit biogenem Anteil für Diesel- und Ottomotoren angeboten. Benzin wird Bioethanol beigemischt, das aus Getreide, Zuckerrüben oder Mais gewonnen wird. Der Anteil ist variabel, so enthält der Ottokraftstoff E10 bis zu zehn Prozent Bioethanol, während E5 nur bis zu fünf Prozent beigemischt ist. Ein Äquivalent zum Ottokraftstoff ist Ethanolkraftstoff, auch E85 genannt, da er zu 85 Prozent aus Ethanol besteht.

Für Dieselmotoren sind Biodiesel und Pflanzenöle geeignet. Biodiesel wird in Deutschland vor allem aus Raps gewonnen, doch auch andere Ölpflanzen sowie Fette können als Basis dienen. Als B7 wird fossiler Diesel bezeichnet, dem sieben Prozent Biodiesel beigemischt sind. Reiner Biodiesel wird auch B100 genannt, er kann jedoch nur für eigens dafür ausgelegte Motoren verwendet werden. Des Weiteren gibt es paraffinischen Diesel, der aus biogenen Materialien, aber auch aus synthetischen Stoffen hergestellt werden kann, etwa aus Erdgas (Gas-to-Liquid) oder Strom (Power-to-Liquid). Bis zu 26 Prozent paraffinischer Diesel kann fossilem Diesel beigemischt werden. Darüber hinaus ist es möglich, Biokraftstoffe aus unbehandeltem Pflanzenöl für Dieselmotoren, die darauf ausgelegt sind, zu verwenden. Pflanzenöle können zudem durch eine katalytische Reaktion mit Wasserstoff in sogenannte hydrierte Pflanzenöle umgewandelt werden, die für alle gängigen Dieselmotoren geeignet sind.¹

Gasförmige Biokraftstoffe

Neben Autos mit Diesel- oder Ottomotoren gibt es in Deutschland noch mit Gas betriebene Fahrzeuge. Erdgasautos können nicht nur mit Erdgas betrieben werden, sondern auch mit Biogas. Aus Energiepflanzen wie Getreide, Mais oder organischen Reststoffen wie Gülle und Hühnertrockenkot wird Biomethan gewonnen, das ohne Anpassung für Erdgasmotoren verwendet werden kann. Neben Bio- und Erdgas gibt es fossiles Autogas, ein Nebenprodukt der Erdölraffination, das global unter der Bezeichnung LPG (Liquefied Petroleum Gas) bekannt ist. Potenzial für den Verkehrssektor bietet außerdem Wasserstoff, der mittels Elektrolyse von Wasser produziert werden kann und somit zu den strombasierten Kraftstoffen gehört. Wird dafür Strom aus erneuerbaren Energiequellen genutzt, ist der Wasserkraftstoff besonders klimafreundlich. In Verbindung mit Brennstoffzellen kann Wasserstoff für den Antrieb von Autos genutzt werden.²

Synthetische BtL-Kraftstoffe

Die Abkürzung BtL steht für „Biomass to liquid“, was übersetzt Biomasseverflüssigung bedeutet. BtL-Kraftstoffe sind noch nicht marktreif, die Fachwelt sieht aber einige Vorteile in ihnen. Neben einer breiten und effizient nutzbaren Rohstoffpalette ist dies vor allem die Qualität der synthetischen Biokraftstoffe. BtL-Kraftstoffe sind nicht nur für den Straßenverkehr, sondern auch für die Luftfahrt interessant. Sie werden aus verschiedenen trockenen Biomassen gewonnen, zum Beispiel aus Stroh, Holz, Energiepflanzen, Bioabfällen oder anderen Reststoffen. Die Definition von BtL-Kraftstoffen besagt, dass Biomasseverflüssigung eine Prozesskette bezeichnet, im Rahmen derer zunächst Biomasse mittels thermochemischer Vergasung in Synthesegas und dieses anschließend in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird. Diese biogenen Kohlenwasserstoffe werden mit aus der Erdölraffination bekannten Abläufen zu Benzin oder Dieselkraftstoffen aufbereitet. Alle BtL-Kraftstoffe haben einen hohen Cetangehalt, sind frei von Schwefel und Aromaten und verursachen nur sehr geringe Schadstoffemissionen. Im Vergleich zu fossilem Diesel verringert sich der Ausstoß von CO₂ um mehr als 90 Prozent, so dass die synthetischen Biokraftstoffe einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz liefern könnten.³

Biokraftstoffe der Zukunft

Gegenüber fossilen Kraftstoffen bieten Biokraftstoffe den Vorteil, dass sie sehr viel klimafreundlicher sind. Es gibt aber auch Nachteile, zum Beispiel steht der Anbau von Pflanzen zur Herstellung von Kraftstoffen in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Deshalb müssen Pro und Contra für jeden Biokraftstoff sorgfältig abgewägt werden. Im Blick sind dabei nicht nur die bereits marktreifen biologischen Kraftstoffe, es wird darüber hinaus auch an neuen Möglichkeiten zur Gewinnung von Biokraftstoffen geforscht. Zurzeit ist Bioethanol der bedeutsamste biologische Kraftstoff weltweit. Seit Jahrzehnten wird bereits Ethanol aus Getreide, Mais oder Zuckerrüben gewonnen, nun wird an der Herstellung von Bioethanol aus Lignocellulose geforscht, die in fester Biomasse enthalten ist.

Ein Novum ist Biobutanol als Kraftstoff, wie Ethanol zählt Butanol zur Gruppe der Alkohole. Biobutanol hat jedoch einen höheren Energiegehalt, bisher ist die Herstellung allerdings noch nicht wirtschaftlich, zudem kann sich Butanol in hoher Konzentration toxisch auf Mikroorganismen auswirken, so dass noch einige Forschungsarbeit zu erledigen ist, bevor es als Biokraftstoff genutzt werden kann. Aus Algen könnten Biokraftstoffe der 3. Generation produziert werden, aber auch hier ist der Weg zur Marktreife noch weit. Ein Vorteil ist das große Biomassebildungspotenzial der Wasserorganismen, verglichen mit Raps könnte auf der gleichen Fläche theoretisch der dreißigfache Ertrag erzielt werden. Ein Nachteil ist der hohe Preis, denn während der Kilopreis für Pflanzenöle und Biomassen unter einem Euro liegt, kosten Algenöle mehr als zehn Euro pro Kilo. Aus Algen können sowohl Biodiesel und Ethanol als auch Methan und Wasserstoff hergestellt werden.⁴