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Biodiesel

Biodiesel

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Biodiesel
Biodieselprobe
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Andere Namen

Fettsäuremethylester (FAME), „Fettsäuren, C16–18- und C18-ungesättigt, Methylester“[1]

Kurzbeschreibung Kraftstoff für selbstzündende Kolbenmotoren (Dieselkraftstoffe), Lösungsmittel
Herkunft

biosynthetisch

CAS-Nummer

67762-38-3

Eigenschaften
Aggregatzustand flüssig
Viskosität

7,5 mm²/s (bei 20 °C)[2]

Dichte

0,879 laut [3] (0,875 … 0,885) kg/L (bei 20 °C)[1]

Heizwert

32,7 MJ/L = 37,2 MJ/kg[4]

Brennwert

35,2 MJ/L = 40 MJ/kg[5]

Cetanzahl

56 CZ[6]

Schmelzbereich −10 °C[1]
Siedebereich

etwa (176 … unbestimmt) °C[7][8]

Flammpunkt

180 °C[1]

Zündtemperatur circa 250 °C[7]
Sicherheitshinweise
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine Gefahrensymbole
R- und S-Sätze R: keine R-Sätze
S: keine S-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.


Biodiesel oder Agrodiesel ist ein in der Verwendung dem mineralischen Dieselkraftstoff ähnlicher biosynthetischer Kraftstoff. In Europa wird er meistens durch Umesterung von Rapsöl mit Methanol gewonnen (Rapsmethylester). In den USA stammt Biodiesel fast ausschließlich aus Sojaöl.

Biodiesel[9] kann in geeigneten Motoren in reiner Form – als B100 bezeichnet – oder als Mischung mit Mineralöldiesel in beliebigem Mischungsverhältnis verwendet werden.

Das Präfix Bio weist hier nicht auf eine Herkunft aus ökologischer Landwirtschaft hin, sondern lediglich auf den pflanzlichen Ursprung im Gegensatz zu Mineralöl. Die Klimaneutralität und ökologische Vorteilhaftigkeit von Biodiesel sind umstritten.

Geschichte

Die Herstellung von Biodiesel durch Umesterung von pflanzlichen Ölen mit Methanol wurde bereits 1853 von E. Duffy und J. Patrick beschrieben, Jahre bevor der Dieselmotor entwickelt wurde. Den Einsatz von Kraftstoff für Dieselmotoren auf Basis von reinen Pflanzenölen (Pflanzenölkraftstoff) testete Rudolf Diesel im Rahmen der Weltausstellung im Jahr 1900.[10] Er berichtete darüber auf einem Vortrag vor der Institution of Mechanical Engineers of Great Britain:

„Auf der Pariser Weltausstellung 1900 wurde ein kleiner Dieselmotor des Herstellers Otto gezeigt, der auf Anforderung der französischen Regierung auf Arachidöl (einem aus Erdnüssen gewonnenen Öl) lief, und er arbeitete so problemlos, dass nur sehr wenige Leute darauf aufmerksam wurden. Der Motor war für den Gebrauch von Mineralöl konstruiert und arbeitete dann ohne Änderungen mit Pflanzenöl.“

– Rudolf Diesel

Auslöser für die Nutzung von Biodiesel waren die Arbeiten des Belgiers G. Chavanne, der am 31. August 1937 ein Patent zur Umesterung von Pflanzenölen mit Ethanol und Methanol anmeldete,[11] um deren Eigenschaften zur Nutzung als Motorenkraftstoff zu verbessern (Belgisches Patent 422,877).[12] Der Einsatz eines nach diesem Verfahren erzeugten Biodiesels auf Palmölbasis wurde schon 1938 auf einer Buslinie zwischen Brüssel und Leuven erfolgreich getestet. Weitere Untersuchungen fanden in den 1970er Jahren in Brasilien und Südafrika statt.[13]

Im Jahr 1983 wurde der Prozess für die Produktion von Biodiesel in Kraftstoffqualität international veröffentlicht.[14] Das Unternehmen Gaskoks in Österreich errichtete 1989 die erste kommerzielle Biodieselanlage mit einer Jahreskapazität von 30.000 Tonnen pro Jahr nach einem südafrikanischen Patent. Seit den 1990er Jahren wurden viele Biodieselanlagen in Europa gebaut, 1998 wurden in 21 europäischen Staaten kommerzielle Biodieselprojekte durchgeführt. Im September 2005 führte der US-Bundesstaat Minnesota als erster Staat in den Vereinigten Staaten eine Beimischung von 2 % Biodiesel zum regulären Diesel ein.[15] Seit 2007 gilt in Deutschland eine Beimischungspflicht von 4,4 % Biodiesel zu herkömmlichem Diesel. Im Zuge der politischen Bemühungen um die Senkung des Kohlenstoffdioxidausstoßes wurde in zahlreichen weiteren Ländern eine Beimischung eingeführt oder ist geplant.

Produkt

Eigenschaften

Biodiesel ist je nach verwendetem Rohmaterial eine gelbe bis dunkelbraune, mit Wasser kaum mischbare Flüssigkeit mit hohem Siedepunkt und niedrigem Dampfdruck. Der Flammpunkt liegt über 130 °C und ist damit signifikant höher als bei regulärem Diesel. Die Dichte liegt bei 0,88 g/cm3. Die Viskosität ist vergleichbar mit der von Diesel.

Der Cloud Point von reinem Biodiesel variiert signifikant mit dem verwendetem Rohmaterial. Auf Rapsöl basierender Biodiesel geliert bei circa −10 °C, bei der Verwendung von tierischen Fetten als Rohstoff liegt der Cloud Point bei circa +16 °C. Nach der Norm EN 14214 produzierter und mit Additiven versetzter Biodiesel flockt bei etwa −20 °C aus, während Diesel je nach Menge der zugebenden Additive bei bis zu −40 °C nutzbar ist. Im Vergleich zu regulärem Diesel besitzt Biodiesel eine höhere Wasserlöslichkeit, die gegebenenfalls Korrosion begünstigen kann, ist schwefelärmer und enthält weder Benzol noch andere Aromaten. Im Gegensatz zum Dieselkraftstoff ist Biodiesel unter anderem wegen des höheren Flammpunktes kein Gefahrgut und trägt keine UN-Nummer.[16]

Die Schmiereigenschaften von Rapsmethylester sind besser als von mineralischem Diesel, wodurch sich der Verschleiß der Einspritzmechaniken vermindert.[17] Überalterter oder qualitativ minderwertiger Biodiesel jedoch kann zu Korrosion und erhöhtem Verschleiß an Teilen der Einspritzpumpe führen.

Qualitätsstandards

Das Europäische Komitee für Normung hat im Jahr 2003 für Biodiesel (Fettsäuremethylester – FAME) den Standard EN 14214 festgelegt. Damit werden Grenzwerte unter anderem für Wassergehalt, Gesamtverschmutzung, Dichte, Viskosität, chemische Zusammensetzung und Flammpunkt des Biodiesels definiert.

Biodiesel, das aus reinem Soja- oder Palmöl hergestellt wurde, kann die Norm EN 14214 bislang nicht erfüllen, im Gegensatz zu der in den Vereinigten Staaten von Amerika für Biodiesel gültigen Norm nach ASTM D 6751.[18]

Biodiesel aus Mischungen verschiedener biogener Öle kann jedoch als Beimischung zu fossilem Diesel je nach Jahreszeit bis zu 10 % zugemischt werden.[19][20]

Nomenklatur

Biodiesel auf Basis von Sojaöl

Die übergreifende Abkürzung aller Methylester auf Basis von Pflanzen- und Tierölen ist

Je nach Art des verwendeten Pflanzenöls wird beispielsweise unterschieden:

  • PME Palmölmethylester (oft - gerade in Fahrzeughandbüchern der 1990er Jahre - wird die Abkürzung PME auch für "Pflanzenöl-Methyl-Ester" verwendet)
  • RME Rapsölmethylester / Rapsmethylester / Rapsdiesel
  • Sonnenblumenmethylester
  • Sojaölmethylester

Daneben sind Methylester auf Basis von Altfetten und Tierfetten erhältlich:

  • AME Altfettmethylester
  • FME Tierfettmethylester

Neben dem reinem Biodiesel (B100) ist Biodiesel in zahlreichen Ländern als Beimischung zu herkömmlichem Dieselkraftstoff vorgeschrieben, meist als 5 %ige Mischung (B5).

Biologische Abbaubarkeit

Biodiesel ist biologisch leicht abbaubar und fördert die Abbaubarkeit von regulärem Diesel.[21] Daher wurde Biodiesel für die Reinigung ölverschmutzter Strände in Betracht gezogen.[22]

Die schnelle biologische Abbaubarkeit des Biodiesels kann sich im praktischen Einsatz in Kraftfahrzeugen als Nachteil auswirken, da sie einhergeht mit einer schlechten Alterungsbeständigkeit. Nach unsachgemäßer und zu langer Lagerung können Bakterienbefall, Oxidation und Wasseranreicherung die Eigenschaften des Biodiesels verschlechtern.[23]

Herstellung

Kalottenmodell von Linolsäuremethylester, einem typischen Bestandteil des Biodiesels

Pflanzliche und tierische Öle sind Ester des Glycerins mit Fettsäuren. Die Umesterung mit Methanol, also der Ersatz des Glycerins im Molekül durch Methanol, ist der gebräuchlichste Prozess zur Herstellung von Biodiesel. Der technische Prozess wird industriell meist durch Basen katalysiert, möglich ist jedoch auch eine Katalyse durch Säuren. Eine Vereinfachung der Folge der Prozessschritte wird durch bestimmte physikalische Bedingungen beim überkritisch eingestellten Prozess erreicht, der keine Katalyse erfordert.

Die allgemeine Reaktionsgleichung zur Herstellung von Biodiesel lautet:

Reaktionsgleichung zur Herstellung von Biodiesel

Nach der Umesterung folgen als weitere Produktionsschritte die Biodiesel-Aufarbeitung durch Abtrennung von Glycerin und überschüssigem Methanol sowie die Aufarbeitung der Nebenprodukte (Reinigung des Glycerins) und die Wiedergewinnung von Einsatzstoffen durch Destillation des überschüssigen Methanols und Rückführung von Restmengen nicht verarbeiteter Fettsäuren (Ölanteile). Restmengen der verbleibenden Fettsäuren und Schmutzanteile können verbrannt werden und liefern den Energieeintrag für den Produktionsprozess, erfordern aber je nach Zusammensetzung eine hinreichende Abgasreinigung.

Einsatzstoffe

Generell eignen sich alle pflanzlichen und tierischen Fette zur Herstellung von Biodiesel. In Europa wird dazu vor allem Raps- und in kleineren Mengen Sonnenblumenöl verwendet. In Nordamerika stellt Sojaöl den Hauptrohstoff dar, ein geringer Teil des Biodiesels wird dort aus Rapsöl produziert. Palmöl ist der Hauptrohstoff für Biodiesel in Südostasien, ergänzend wird hier Kokosöl verwendet. Hinzu kommen in geringen Mengen vor allem in Großbritannien aufbereitete Pflanzenölreste (Recycling) und in Mitteleuropa Tierfette.[24] So wurde der 2011 in Deutschland produzierte Biodiesel zu 87,3% aus Rapsöl, zu 5,1% aus Altspeisefetten und zu 2,5% aus Sojaöl hergestellt. Palmöl wurde in Deutschland nur zu 0,5% verarbeitet.[25]

Die Einsatzstoffe oder deren Mischungen sind so zu wählen, dass die Spezifikationen nach der europäischen DIN EN 14214 beziehungsweise amerikanischen ASTM D 6751 Norm eingehalten werden.

Produktionsverfahren

Biodieselraffinerie bei Zistersdorf

Pflanzenanbau

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Biodiesel aus nachwachsenden Rohstoffen sind verschiedene Ölsaaten. Je nach Klima, Niederschlagsmenge und Sonneneinstrahlung werden verschiedene Pflanzen bevorzugt. Seitdem die Regierungen in den Industriestaaten die Verwendung von Ölen aus nachwachsenden Rohstoffen fördern oder gar vorschreiben, sind weltweit riesige Monokulturen angelegt worden, um die entsprechenden geforderten oder auch nur wirtschaftlich interessanten Erntemengen zu erreichen. Gleichzeitig werden Erntemengen, die bisher für die Nahrungsmittelversorgung genutzt wurden, für den neuen Markt der Biotreibstoffe verbraucht. Das hat zu einer erheblichen Steigerung der Rohstoffpreise geführt. Eine vergleichbare Entwicklung ist bei Zucker- oder Stärke-haltigen Erntemengen eingetreten, die für die Produktion von Bioalkohol genutzt werden können.

Ölgewinnung

Als Rohstoff für die Gewinnung von Pflanzenöl für Biodiesel stellt sich unter mitteleuropäischen Verhältnissen Raps (Brassica napus oleifera) als die geeignete Pflanze mit einem Ölgehalt in den Samen von 40 bis 45 % dar. In Ölmühlen wird aus der Rapssaat Öl (Rapsöl) gewonnen. Als Nebenprodukte gehen Rapsextraktionsschrot oder Rapskuchen in die Futtermittelindustrie.

Die im Raps vorliegenden Öl- und Fettmoleküle (zu fast 95 % C18-Ketten) weisen eine enge Kohlenstoffkettenverteilung sowie einen konstanten Sättigungsgrad auf.

Umesterung

Die physikalischen Eigenschaften der Öle sind für die Verwendung in herkömmlichen Hochleistungsmotoren ungeeignet. Daher wird eine Umesterung mit nachfolgender Separation, Fraktionierung und Waschen als Produktionsstufe zwischen der Ölgewinnung und der Beimischung zu mineralischen Treibstoffen eingefügt. Dadurch können die hoch viskosen und die schwer brennbaren Bestandteile, wie Glyzerin abgetrennt und für andere Verwendung beispielsweise in der Chemieproduktion bereitgestellt werden.

Herkömmliche Umesterung

Die eingehenden Rohstoffe müssen einen geringen Gehalt an Wasser und freien Fettsäuren aufweisen. Diese Bestandteile fördern das unerwünschte Verseifen und die daraus entstehende Emulsionsbildung, welche den Umesterungsprozess beeinträchtigen können.

Zur Umesterung wird in der Umesterungsanlage die notwendige Menge Katalysator (Kalilauge KOH; Natriummethanolat NaOCH3 oder andere Methanolate in Methanol gelöst[26], zum Methanol gegeben und aufgelöst. Das Methanol wird über das stöchiometrische Verhältnis von Öl (Glycerinester) zu Alkohol hinaus zugegeben, um die Reaktion auf die Seite des Methylesters zu verschieben.

Die Lösung wird für mehrere Stunden bei Temperaturen zwischen 50 und 70 °C gerührt, um die Reaktion zu vervollständigen.

Nach der Beendigung der Reaktion liegt das Gemisch in zwei Phasen vor. Die leichtere Phase enthält Biodiesel mit Beimengungen von Methanol, die untere Phase hauptsächlich Glycerin und Nebenprodukte. Nach Trennung der Phasen wird der Biodiesel zur Aufarbeitung gewaschen um Spuren von Lauge sowie das Methanol zu entfernen und entweder destilliert oder anderweitig getrocknet.[27].

Die Glycerinphase enthält überschüssiges Methanol sowie die meisten Nebenprodukte des Prozesses. Die neutralisierte Fettsäure bildet eine Seife und muss sauer gestellt werden. Das überschüssige Methanol wird destillativ entfernt. Das anfallende Roh-Glycerin - pro Tonne Biodiesel entstehen zugleich etwa 100 kg Glycerin[28] - wird je nach Verwendungszweck weiter aufgearbeitet.

Moderne Biodieselanlagen haben eine Kapazität von rund 200.000 Tonnen pro Jahr.[29]

Umesterung im überkritischen Prozess

Eine katalysatorfreie Alternative ohne Einsatz von Kalilauge bietet die Umesterung mit überkritischem Methanol in einem kontinuierlichen Prozess. In diesem Prozess bilden Öl und Methanol eine homogene Phase und reagieren spontan und schnell.[30] Der Prozess ist unempfindlich gegenüber Wasserspuren im Rohmaterial und freie Fettsäuren werden zu Biodiesel verestert. Weiterhin entfällt der Schritt des Auswaschens des Katalysators[31]. Der Prozess erfordert Anlagen für hohe Drücke und Temperaturen, der Gesamtenergieverbrauch ist aber vergleichbar mit dem herkömmlichen Prozess, da mehrere Prozessschritte entfallen[32] Ein großer Vorteil ist der geringere Wasserverbrauch.

Verwendung

Kleine Anteile von Biodiesel als Beimischung in herkömmlichem Diesel können von herkömmlichen Motoren problemlos genutzt werden. Seit dem 1. Januar 2007 ist in Deutschland die Beimischung von 5 % Biodiesel gesetzlich gefordert und wird von den Mineralölgesellschaften umgesetzt. Eine technische Freigabe der Fahrzeughersteller ist hierfür nicht erforderlich. Für höhere Beimischungen und reinen Biodieselbetrieb sollte der Motor biodieselfest sein, belegbar durch technische Freigaben der Fahrzeughersteller.

Fahrzeugtechnik

Für die Anwendung von reinem Biodiesel als Treibstoff muss eine technische Freigabe des Fahrzeugherstellers vorliegen. Die mit dem Kraftstoff in Berührung kommenden Kunststoffteile, wie etwa Schläuche und Dichtungen, müssen beständig gegenüber Biodiesel sein.[33] Auskunft erteilen Vertragswerkstätten, Werksvertretungen und Fahrzeughersteller.[34]

Biodiesel stellt eine Anpassung eines Kraftstoffs an vorhandene Motortechnik dar, wohingegen der technisch wesentlich veränderte Elsbett-Motor eine Anpassung an den einfacher herstellbaren Pflanzenöl-Kraftstoff darstellt.

Biodiesel hat gute Lösungsmitteleigenschaften und kann daher im Dieselbetrieb entstandene Ablagerungen aus Tank und Leitungen lösen, die den Kraftstofffilter verstopfen können.[35]

Ein Problem stellt der Kraftstoffeintrag ins Motoröl dar. Wie bei Normaldieselbetrieb gelangt unverbrannter Kraftstoff an die Zylinderwand und damit in den Schmierkreislauf. Reiner Dieselkraftstoff beginnt bei circa 55 °C zu verdampfen. Erreicht das Motoröl im Fahrbetrieb diese Temperatur, verdampft der Dieselkraftstoff aus dem Motoröl und wird über die Kurbelgehäuseentlüftung der Ansaugluft beigemengt und verbrannt. Da RME jedoch erst ab etwa 130 °C zu verdampfen beginnt und das Motoröl diese Temperatur nicht erreicht, reichert sich Biodiesel im Motoröl an. 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 Verschlechterungen der Schmiereigenschaften bei hoher Kraftstoffkonzentration im Motoröl kann zu erhöhtem Motorverschleiß führen, weswegen bei RME-Betrieb kürzere Ölwechselintervalle notwendig sind.[36]

Fahrzeuge mit bestimmten Rußpartikelfiltern können technische Probleme bekommen, wenn diese Systeme darauf ausgelegt sind, alle 500 bis 1000 km die Einspritzmenge zwecks Verbrennung der Partikel im Filter zu erhöhen. Beim Einsatz von Biodiesel ist nach bisherigen Kenntnissen kein Nachbrennen des Filters notwendig.[37]

Biodiesel für Mercedes 300D

Einspritztechnik

Erfahrungen im Pkw- und Nutzfahrzeugbereich zeigen, dass es je nach Einspritztechnik nach mehrjähriger Biodieselverwendung zu Schädigungen der Kraftstoffpumpe kommen kann. Das betrifft besonders die direkteinspritzenden Pumpe-Düse-Motoren. Da Biodiesel zähflüssiger ist als fossiler Diesel, stellen die feinen Schmierkanäle ein größeres Hindernis dar, so dass die Pumpe trocken laufen und dadurch zerstört werden kann. Dem widersprechen Prüfstandsversuche bei Porsche, die an einem Mercedes-Benz-Motor im Biodiesel-Betrieb nach 500 Stunden Laufzeit hohe Sauberkeit und eine Verschleißminderung um 60 % im Vergleich zum Normalbetrieb mit üblichem Dieselkraftstoff aufzeigten. Zudem werden technische Lösungen von Deutz und Fendt auf Basis fremdgeschmierter Einspritzpumpen angeboten, die keine diesbezüglichen Probleme aufweisen.

Motoren mit Common-Rail-Technologie, die für Biodiesel zugelassen sind, befinden sich bereits auf dem Markt.[38] Die Optimierung von Einspritzzeit und -menge kann über einen Sensor erfolgen, der dem Motormanagement Informationen vermittelt, welcher Kraftstoff oder welches Kraftstoffgemisch aktuell eingesetzt wird.[39] So wird es möglich, unabhängig vom verwendeten Kraftstoff und dessen Mischungsverhältnis die Abgasnormen einzuhalten.

Erfolgreicher Flotteneinsatz im Busbereich der Graz AG Verkehrsbetriebe (Biodiesel aus gebrauchten Pflanzenölen)

Verbrauch und Emissionen

Biodiesel senkt deutlich die Ruß-Emission (bis zu etwa 50 Prozent), doch der Gehalt an schädlichen Partikeln bleibt vergleichbar mit Mineralöl-Diesel. Demgegenüber verursacht er eine um bis zu etwa 40 Prozent höhere Kohlenwasserstoff- sowie teilweise höhere NOx-Emissionen.[40]

Es gibt Hinweise darauf, dass die durch Biodiesel bedingten Emissionen weniger krebserregend sein können als die durch herkömmlichen Diesel verursachten.[41]

Wegen der etwas geringeren Energiedichte können Leistungseinbußen von etwa 5 bis 10 Prozent oder ein ebenso erhöhter Treibstoffverbrauch auftreten.[42]

Nicht Biodiesel-taugliche Fahrzeuge

Wird ein für Biodiesel nicht taugliches Fahrzeug mit Biodiesel betrieben, so kann dieser in kurzer Zeit die treibstoffführenden Schläuche und Dichtungen zersetzen, wobei Dichtungen in der Einspritzanlage und Zylinderkopfdichtungen betroffen sein können. Der Grund liegt hier im guten Lösungsmittelverhalten des Biodiesels. Er löst die in Dichtungen und Schläuchen enthaltenen Weichmacher, die Teile verspröden und werden undicht. Auch wenn der Motor ab Werk für Biodieselbetrieb freigegeben ist, muss dies für Zusatzaggregate, wie etwa eine Standheizung, nicht gelten. Beim Kauf eines für den Biodieselbetrieb vorgesehenen Fahrzeugs ist also darauf zu achten, dass alle verbauten Komponenten biodieseltauglich sind.

Neuere Motoren, die nicht für Biodiesel freigegeben sind, können auf Grund der abweichenden Verbrennungseigenschaften des Biokraftstoffs darüber hinaus Probleme mit der Motorelektronik bekommen, die auf normalen Diesel eingestellt ist.

Korrosion

Eine Untersuchung der Darmstädter Materialprüfungsanstalt hat gezeigt, dass Korrosionsschutzschichten wie Verzinkung von Biodiesel angegriffen werden können. Kritisch war hierbei, dass Biodiesel leicht hygroskopisch wirkt und bei einem eventuellen Wassergehalt durch Esterhydrolyse freie Fettsäuren entstehen, die den pH-Wert senken und korrosiv wirken können. Siehe dazu auch den Artikel Dieselpest. Durch eine Beimischung konventionellen Diesels wird dieser Effekt vollständig verhindert.[43][44]

Schienenverkehr

Eine Lok der Virgin Voyager Gesellschaft (Zug-Nr. 220007 Thames Voyager) von Richard Branson wurde zur Verwendung eines 20-prozentigen Biodieselgemisches umgebaut.[45] Ein weiterer Zug, der während der Sommermonate auf einer Mischung mit 25 % Biodiesel auf Rapsölbasis laufen soll, wurde in östlichen Teil des US-Bundesstaates Washington eingesetzt.[46]

Die gesamte Flotte der Prignitzer Eisenbahn GmbH fährt seit 2004 mit Biodiesel. Vorher wurde mit Pflanzenöl gefahren, welches aber mit den neuen Triebwagen nicht mehr genutzt werden konnte.[47]

Schifffahrt

Die „Earthrace“ im Dock von Malmö, Schweden

In der Schifffahrt wird Biodiesel oft wegen seiner schnellen biologischen Abbaubarkeit eingesetzt. So wird das Ausflugsschiff Sir Walter Scott auf dem Loch Katrine in Schottland mit Biodiesel betrieben, damit bei einem möglichen Unfall die aus diesem See gespeiste Trinkwasserversorgung von Glasgow nicht durch Kontamination mit Kohlenwasserstoffen gefährdet ist, wie dies bei Diesel der Fall wäre. Um die generelle Einsatzfähigkeit von Biodiesel in der Schifffahrt zu demonstrieren, wurde der Trimaran Earthrace entwickelt. Dieser wurde ausschließlich von Biodiesel angetrieben und umrundete im Jahr 2008 die Erde in 60 Tagen, 23 Stunden und 49 Minuten.[48] Auch das Umweltbundesamt empfiehlt die Verwendung von Biodiesel als Kraftstoff in Sportbooten unter Aspekten des Gewässerschutzes.[49]

Luftverkehr

Der Einsatz von Biodiesel im Luftverkehr befindet sich noch in der Entwicklung. Green Flight International führte die ersten Flüge durch, bei denen für den Großteil der Strecke reines Biodiesel zum Einsatz kam: 2007 mit dem Kurzstreckenjet Aero L-29 Delfin in Nevada, im folgenden Jahr etwa 4.000 Kilometer quer durch die Vereinigten Staaten.[50][51] Bisherige Versuche mit Verkehrsmaschinen vom Typ Boeing 747 verwenden Biodiesel in Mischung mit fossilem Kerosin. Mit einer Biokraftstoff-Beimischung von 20 Prozent fand im Februar 2008 ein Testflug der Fluggesellschaft Virgin Atlantic von London Heathrow Airport nach Amsterdam statt[52], im Dezember 2008 führte Air New Zealand von Auckland aus einen Testflug durch, bei der ein Triebwerk von einer Mischung aus Flugzeugbenzin und 50 Prozent Biokraftstoff aus Jatrophaöl angetrieben wurde.

Heizöl

Biodiesel kann im Prinzip als Bioheizöl verwendet werden, wobei auf Grund der guten Lösungsmitteleigenschaften hohe Anforderungen an die chemische Beständigkeit der verwendeten Heizanlagenkomponenten gestellt werden. Anders als bislang bei Kraftstoffen kann Biodiesel als Heizölersatz keine Steuerermäßigung in vergleichbarer Höhe aufweisen, da Heizöl ohnehin geringer besteuert wird. Heizöl mit einer Beimischung von 5 bis 20 Prozent Biodiesel ist in Deutschland seit 2008 auf dem Markt[53][54], das Blockheizkraftwerk des Bundeskanzleramtes wird mit Biodiesel betrieben[55].

Marktentwicklung

Biodiesel-Verbrauch in der EU (in GWh)[56][57]
Nr. Staat 2005 2006 2007
1 DeutschlandDeutschland Deutschland 18.003 29.447 34.395
2 FrankreichFrankreich Frankreich 4.003 6.855 13.506
3 OsterreichÖsterreich Österreich 920 3.878 4.270
4 Vereinigtes KonigreichVereinigtes Königreich Vereinigtes Königreich 292 1.533 3.148
5 SpanienSpanien Spanien 270 629 3.031
6 PortugalPortugal Portugal 2 818 1.847
7 ItalienItalien Italien 2.000 1.732 1.621
8 SchwedenSchweden Schweden 97 523 1.158
9 BelgienBelgien Belgien 0 10 1.061
10 GriechenlandGriechenland Griechenland 32 540 940
11 BulgarienBulgarien Bulgarien – 96 539
12 LitauenLitauen Litauen 87 162 477
13 LuxemburgLuxemburg Luxemburg 7 6 397
14 TschechienTschechien Tschechien 33 213 380
15 PolenPolen Polen 152 491 180
16 SlowenienSlowenien Slowenien 58 48 151
17 IrlandIrland Irland 9 8 27
18 LettlandLettland Lettland 29 17 0
19 UngarnUngarn Ungarn 0 4 0
20 DanemarkDänemark Dänemark 0 0 0
21 NiederlandeNiederlande Niederlande 0 172 n.a.
22 SlowenienSlowenien Slowenien 110 149 n.a.
23 RumänienRumänien Rumänien – 32 n.a.
24 MaltaMalta Malta 8 10 n.a.
25 FinnlandFinnland Finnland 0 0 n.a.
26 EstlandEstland Estland 0 7 n.a.
27 Zypern RepublikRepublik Zypern Zypern 0 0 n.a.
27 EU Gesamt 26.110 47.380 67.154
1 t Öleinheit = 11,63 MWh; „n.a.“ = nicht angegeben

Nach mehreren Jahren mit steigenden Absätzen ist der Verkauf von Biodiesel-Reinkraftstoff in Deutschland seit 2008 rückläufig. Der kraftstoffbedingte Mehrverbrauch, technische Restrisiken und gegebenenfalls Umrüstungskosten sind nur durch einen Preisvorteil für Biodiesel auszugleichen. Der tatsächliche Preisvorteil von Biodiesel sinkt jedoch seit 2006 ab, als Folge der jährlich steigenden Steuerbelastung sowie zeitweise auch der Preisentwicklung auf den Pflanzenöl- und Rohölmärkten. Zeitweise liegt der Marktpreis für Biodiesel über dem des fossilen Diesels.

Durch die obligatorische Beimischung von Biodiesel zu fossilem Diesel erhöht sich der Absatz in diesem Segment, dies gleicht die Verluste beim Reinkraftstoff jedoch nicht aus. Die EU-Direktive 2003/30/EC von Mai 2003 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. Erreicht wurde eine Quote von 5,8 %.[58] In Österreich wurde die EU-Direktive teilweise früher umgesetzt und ab 1. November 2005 nur mehr Diesel mit 5 % Zusatz aus biogenen Quellen angeboten. In Österreich werden Dieselkraftstoffen seit Februar 2009 sieben Prozent Biodiesel (B7) beigemischt, in Deutschland ist die Beimischung von B7 ebenfalls zulässig, bisher liegt die Beimischung hier noch bei 5 %.[59]

Absatz und Kapazitäten

Der Absatz von Biodiesel ist im Jahr 2008 gegenüber dem Vorjahr von 3,3 auf 2,7 Millionen Tonnen gesunken. Dabei verringerte sich der Absatz von Biodiesel als Reinbiokraftstoff um 739.000 Tonnen, während die Verwendung von Biodiesel als Beimischkomponente in Dieselkraftstoff um 190.000 Tonnen stieg. Im Jahr 2007 wurde die Hälfte des Reinbiodiesels direkt an Speditionen abgesetzt, zu 7 % über Tankstellen verkauft, und 3 % an Landwirte.[60]

Die Biodieselindustrie in Deutschland hat ihre Kapazitäten zwischen 2004 und 2007 von 1,2 auf 4,8 Millionen Tonnen vervierfacht.[60] In Deutschland produzieren rund 40 Hersteller Biodiesel. Mehr als die Hälfte der Unternehmen ist in den neuen Bundesländern ansässig, rund ein Drittel in Norddeutschland.[61] Aufgrund der politischen Rahmenbedingungen und der Marktlage werden die Kapazitäten vielfach nicht ausgelastet, erste Biodieselhersteller sind bereits insolvent, die Biokraftstoffbranche befürchtet bei weiteren politischen Einschnitten einen Zusammenbruch der Branche.[62][63] Von zeitweise 1.900 ist die Zahl der Biodiesel-Tankstellen bis 2011 auf 200 gesunken.[64]

Eine ehemalige Biodiesel-Tankstelle
Biodieselabsatz in Deutschland
Jahr Reinkraftstoff
(in Mio. Liter) 		Gesamt[65][66][60]
(in Kilotonnen)
2000 keine Angaben 340
2001 163,2 450
2002 189,6 550
2003 360,2 810
2004 476,6 1.180
2005 589,3 1.970
2006 538,7 2.870
2007 1.819 3.300
2008 1.080 2.700

Umweltverträglichkeit

Vorteile

Kuppelprodukte

Bei der Produktion von Biodiesel aus Ölpflanzen gibt es zudem keine Abfallprodukte, da alle Nebenprodukte dieser Reaktion weiterverwertet werden: Rapskuchen und Sojakuchen, die bei der Pressung anfallen, werden als Futtermittel benutzt. Das bei der Umesterung entstehende Glyzerin kann in der chemischen Industrie weiterverwertet werden (etwa für Kosmetik). Das auf dem Feld verbleibende Stroh trägt zum Erhalt des Humuskörpers und damit der Bodenfruchtbarkeit bei.

Bei Leckagen ist Biodiesel 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.[67]

Wirtschaft und Energie

Da Biodiesel aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird, ersetzt sein Gebrauch Kraftstoffe auf Erdölbasis, dessen künftige Verfügbarkeit bereits mittelfristig als begrenzt angesehen wird (siehe Peak Oil). Zudem mindert Biodiesel als erneuerbarer Energieträger die Importabhängigkeit der deutschen Energieversorgung im Kraftfahrsektor, da momentan kein Alternativantrieb in ausreichender Menge und Effizienz zur Verfügung steht. Biokraftstoffe trugen 2010 so mit 182.000.000 GJ zum Primärenergieverbrauch in Deutschland bei.[68]

Pflanzenbau

Die Produktion von Ölpflanzen im Mischfruchtanbau oder im Rahmen der Fruchtfolge kann die Auslaugung von Böden verhindern und den Ertrag an Lebensmitteln auf Dauer steigern und der Einsatz von Herbiziden kann dadurch verringert werden. Entsprechende Versuche wurden bereits in der Praxis durchgeführt und sind positiv verlaufen.[69] Die in Deutschland hauptsächlich verwendete Biodieselquelle Raps kann z.B. nur alle 3-4 Jahre auf demselben Feld angebaut werden.

Klimawirkung

Die Klimaneutralität bei der Verbrennung von Biodiesel ist umstritten. Der CO2-Bindung beim Wachstum der Pflanze müssen nicht nur die CO2-Freisetzung bei der Verbrennung gegenübergestellt werden, ebenso wie bei allen Klimabilanzen sind zudem die bei Anbau, Herstellung und Nutzung anfallenden Emissionen klimarelevanter Stoffe zu berücksichtigen. Neben Kohlendioxid spielen hier vor allem die in ihrer Höhe umstrittenen Lachgas-Emissionen eine Rolle. Je nach Studie wird die Klimabilanz von Biodiesel um 20 bis 80 % günstiger eingeschätzt als die von Mineralöl-Diesel, werden durch den Ölpflanzenbau verursachte Landnutzungsänderungen betrachtet (z. B. Rodung von Regenwald oder Moorgebieten), so kann die Gesamtbilanz gegenüber Mineralöl negativ ausfallen.

Laut einer Ökobilanzierung aus dem Jahr 2006 liefert Biodiesel aus Sojaöl 193 % der in seiner Produktion eingesetzten Energie und reduziert Treibhausgasemissionen gegenüber Erdöl um 41 %. Damit ist es deutlich effizienter als Ethanol aus Mais. Die Luftverschmutzung ist zudem geringer als bei Ethanol aus Mais.[70]

Nachteile

Allgemein

Das Umweltbundesamt lehnt in einem Bericht vom 1. September 2006[71] die Herstellung von Biodiesel ab und stellt fest:

„Potenzial Biodiesel: Wegen der beschränkten Ackerflächen kann mit in Deutschland angebautem Raps maximal etwa fünf Prozent des im Verkehrssektor benötigtem Dieselkraftstoff ersetzt und ein bis vier Prozent der Treibhausgasemissionen in diesem Bereich vermieden werden. Hierzu müsste aber bereits die Hälfte der gesamten deutschen Ackerfläche zum Biodiesel-Rapsanbau in vierjähriger Fruchtfolge genutzt werden, was eher unrealistisch ist. Das tatsächliche Potential liegt deshalb eher in der Größenordnung von 1 bis 2 % der Dieselmenge.“

In den USA würde die Verarbeitung der gesamten Sojaernte zu Biodiesel lediglich 6 % der Nachfrage decken.[70]

Biodiesel produziert mehr ozonfördernde Abgase als aus Erdöl gewonnener Treibstoff. Kritiker bemängeln zudem, dass durch staatliche Subventionen und damit günstigere Preise für Spediteure der Schwerlastverkehr gefördert wird, was einer geringeren Umweltbelastung entgegenwirkt.

Noch nicht vollständig gelöst ist bislang die Nutzung des Glycerins, bei der Umesterung fallen prozessbedingt 100 kg Glycerin pro Tonne Biodiesel an. Bisher stehen zu wenige wirtschaftliche Verwertungswege für das Kuppelprodukt Glycerin offen.[72]

Flächen- und Fremdenergiebedarf

siehe auch: Liste der Ölpflanzenerträge

Bezogen auf den Weltbedarf an dieselähnlichen Kraftstoffen könnte Palmölmethylester sowohl von der Ölergiebigkeit der Pflanze als auch von der Größe des potentiellen Anbaugebiets ein wichtiger Kraftstoff werden. Dies wird mit der großflächigen Abholzung von Urwäldern in Indonesien zwecks Anlage von Ölpalmen-Monokulturen erkauft.

Eine Studie von Forschern der Universität Minnesota[73] weist darauf hin, dass es unwahrscheinlich ist, durch Alternativ-Kraftstoffe den weltweit zunehmenden Spritbedarf in nennenswertem Umfang abdecken zu können. Diese Studie beruht auf der allgemeinen Annahme des Pro-Kopf-Verbrauchs der US-Bürger und der Verwendung amerikanischer Fahrzeuge.

Der erforderliche Flächenbedarf, 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.[74] 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 selbst erhebliche Energiemengen (Methanol, eventuell Düngemittel, Transport, Verarbeitungsprozess). Um auszuschließen, dass die für die Produktion nötige Energiemenge wiederum durch fossile Energieträger beschafft wird, wird die Anbaufläche entsprechend so weit vergrößert, dass die für die Produktion selbst benötigte Energiemenge auf der Anbaufläche mit erzeugt wird.

Für die Energiemengen $ E_{\mathrm {g} es} $ (Gesamtenergie), $ E_{\mathrm {p} rod} $ (Energiebedarf der Biodieselproduktion selbst) und $ E_{\mathrm {n} etto} $ (tatsächlich verfügbare Energiemenge an Biodiesel) gilt dann

$ E_{\mathrm {g} es}=E_{\mathrm {p} rod}+E_{\mathrm {n} etto}=E_{\mathrm {n} etto}\cdot {\frac {k}{k-1}} $,

wobei das Verhältnis k vergleichbar ist zum Carnot-Wirkungsgrad einer Wärmepumpe.

Bei der Gewinnung, einschließlich der Weiterverarbeitung zu Biodiesel (Pflügen, Säen, Behandeln mit Pflanzenschutz, Düngen, Ernten, Verestern), muss eine Energiemenge von 25 MJ/kg aufgewendet werden. Demgegenüber hat Biodiesel einen Heizwert von 37 MJ/kg.

Das Verhältnis k (vgl. Erdöl: k etwa 10 ) beträgt demnach

$ k_{\text{PME}}={\frac {37\,\mathrm {MJ \over kg} }{25\,\mathrm {MJ \over kg} }}=1{,}48 $ im Gegensatz zu $ k_{\text{Dieselkraftstoff}}={\frac {43\,\mathrm {MJ \over kg} }{5\,\mathrm {MJ \over kg} }}=8{,}21 $.

Bei dieser Darstellung wird nicht berücksichtigt, dass beim herkömmlichen Diesel zusätzlich chemisch gebundene Energie (Rohöl) zugeführt werden muss, die aus einem endlichen Reservoir entnommen wird. Beim Biodiesel wird im Gegenzug die Strahlungsenergie der Sonne vernachlässigt, die aber sowieso vorhanden und praktisch unerschöpflich ist.

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 (siehe hierzu: Bruttokraftstoffertrag) 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[75]). Diesel oder Heizöl EL hat einen Heizwert von 43 GJ/t, der um etwa 16 % höher als der von Biodiesel ist. Um den gesamten Jahresverbrauch Deutschlands durch Biodiesel zu ersetzen, wäre also eine Jahresproduktion von etwa 58 Mio. t Biodiesel bereitzustellen. Hierzu würde 29,8 m²/kg•50.000.000.000 kg = 1.490.000 km² benötigt. In der Zahl von 29.8 m²/kg Dieseläquivalent ist die um 16 % geringere Energiedichte bereits berücksichtigt, daher wird in der Flächenberechnung der Jahresverbrauch an Heizöl eingesetzt.

Die Mengen an Ölpflanzen aus heimischer Landwirtschaft sind für die Eigenversorgung zu gering, weshalb Importe notwendig würden um größere Mengen Treibstoff zu ersetzen. So wird beispielsweise für eine Fahrt von Stuttgart nach Hamburg (668 km mit einem Verbrauch von 47,4 Liter Biodiesel) der Rapsertrag aus 445,56nbsp;m² Anbaufläche benötigt.

2006 wurden etwa 50 % der Fläche der Bundesrepublik Deutschland für die landwirtschaftliche Produktion genutzt[76], also wäre das Zehnfachen der landwirtschaftlichen Nutzfläche von Deutschland erforderlich um aus Raps ausreichend Biodiesel zu gewinnen. Da Raps nicht in den zwei bis drei Folgejahren angebaut werden kann (selbstunverträglich), müsste die vierzigfache landwirtschaftliche Nutzfläche der Bundesrepublik in den Anbau einbezogen werden.

Auch wenn ein Teil des deutschen Heizölverbrauches zukünftig durch Solarkollektoren auf den Dächern einsparbar ist, sieht das EEWärmeG andererseits ausdrücklich die Verwendung von Pflanzenölen für Heizzwecke vor.

Schon 2006 überschritt der Bedarf an Pflanzenölen (als Biodiesel und Pflanzenölkraftstoff) mit 3,4 Mio t die mögliche inländische Anbaukapazität von Raps von 1,5 Mio t, sodass der Rest importiert werden musste.[77]

Andere Pflanzen, die zur Ölproduktion geeignet sind, mit geschätzten Ölmengen (in Litern pro Hektar):

Flächenkonkurrenz

Ein Kritikpunkt an Biodiesel ist die Auswirkung auf Naturlandschaften und hierbei besonders auf Regenwälder. Vor allem Umweltverbände wie Rettet den Regenwald e. V kritisieren, dass für die Pflanzenölproduktion als Grundlage der Biodieselherstellung große Regenwaldflächen gerodet werden, besonders für den Anbau von Ölpalmen in Indonesien, Malaysia und Papua Neuguinea.[79] Dabei wird häufig übersehen, dass nicht einmal 5 % des weltweit genutzten Palmöls für die Biodieselherstellung verwendet wird.[80]

Darüber hinaus kann der Anbau von Ölsaaten auf bestehenden Ackerflächen oder die Verwendung von Pflanzenölen zur Herstellung von Biodiesel zu einer Verknappung oder Verteuerung von Lebensmitteln führen, wobei die genauen Auswirkungen selbst in der Fachwelt umstritten sind.[81][82]

Dennoch gilt es an erster Stelle, den illegalen Holzeinschlag von Regenwald zu unterbinden und an deren Stelle die Kultivierung von bereits gerodetem und brachliegenden Land zu fördern. In Indonesien alleine liegen mehrere Millionen Hektar bereits gerodeter Landflächen brach. Durch Kultivierung und nachhaltige Bewirtschaftung dieser bereits zerstörten „Steppen-Landschaften“ könnte Biodiesel für viele arme Menschen eine Einkommensquelle schaffen.

Umweltverbände wie Rettet den Regenwald e. V. weisen sowohl auf den Zusammenhang von EU-Importen und Regenwaldzerstörung als auch auf die hohen Emissionswerte bestimmter Anbaumethoden oder -produkte wie Palmöl hin. Sie beziehen sich auf Untersuchungen von Wetlands International, Delft Hydraulics und Alterra, die nachweisen, „dass die Palmöl-Nutzung von südostasiatischen Torfböden zehnmal mehr Kohlendioxid-Emissionen bedeutet als der Einsatz einer vergleichbaren Menge von Mineralöl.“ In der Kritik steht hierbei die EU Biotreibstoff-Direktive. Letztendlich würde ein Vielfaches mehr CO2 freigesetzt werden, als später durch die Pflanzen wieder gebunden werden kann.[83] In Deutschland werden jedoch nur 7 % des beigemischten Biodiesels aus Palmöl hergestellt.[84]

Auswirkungen auf die Nahrungsmittelproduktion

Die Nutzung von Ackerfläche zur Erzeugung nachwachsender Rohstoffe verringert die Anbaufläche für Nahrungsmittel. 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 310-fach stärkeres Treibhausgas als CO2. Distickstoffoxid gilt noch vor den Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), als die bedeutendste Quelle ozonschädlicher Emissionen des 21. Jahrhunderts.[85]

Die Verteuerung von Nahrungsmitteln ist ein zentrales Problem der Biodieselgewinnung, zum Teil als Agflation bezeichnet.[86] In vielen Entwicklungsländern wie Mexiko, Kolumbien, Afghanistan und Indien verteuern sich einfache Lebensmittel wie Mais oder Soja, da Anbauflächen und andere Ressourcen für die Gewinnung von Biodiesel benutzt werden. Eine Verschärfung des Hungers und der Unterernährung ist die Folge.[87][88][89]

Dieser Effekt ist keine Besonderheit der Biodieselproduktion: Sämtliche Energieerzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen, die nicht nur Abfälle verwertet (etwa Bioethanol aus Zuckerpflanzen, Biogasanlagen auf Mais-Basis, Holzhackschnitzel aus Pappel- oder Weidenplantagen usw.), konkurrieren weltweit mit Nahrungsmittelproduktion. Denn oftmals bieten die Produktion und Vermarktung von Energiepflanzen für die Erzeuger bessere Einkommensmöglichkeiten. Jedoch wird das Ausmaß dieses Effektes durch die staatliche Subventionierung beim Biodiesel weltweit spürbar. Regierungen propagieren den Einsatz von Biodiesel als umweltschonend und nachhaltig, dabei geht es um die Unabhängigkeit von Erdöl produzierenden Ländern und um langfristige Marktstrategien großer Mineralöl- und Energiekonzerne, die den Energiemarkt dominieren.

Nach Berechnungen Michael Schmitz, Professor für Agrar- und Entwicklungspolitik an der Justus-Liebig-Universität Gießen, sind die Preisanstiege bei Nahrungsmitteln jedoch nur zu einem geringen Teil auf die erhöhte Nachfrage nach Biokraftstoffen zurückzuführen. Für eine Studie simulierte er die Auswirkungen der erhöhten Biokraftstoffproduktion auf das Preisniveau von neun Agrarprodukten in 16 Ländern bis zum Jahr 2020. Der ermittelte Preisunterschied betrug etwa bei Weizen 2,1 %, bei Futtergetreiden 7,3 %, bei Ölsaaten 7,1 % und bei Rohzucker 21,2 %. Bei Reis war überhaupt kein Einfluss festzustellen.[90]

Kritiker wie der internationale Kleinbauernverband Via Campesina meiden den Begriff „Bio“-Diesel und werten ihn als Euphemismus. Sie bevorzugt daher Agrodiesel.[91]

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.[92]

Eine Studie schwedischer Wissenschaftler (2002) bescheinigt reinen Rapsölkraftstoffen (auch RME) gefährliche 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.[92]

Ein Forschungsvorhaben (2003) der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft kam zu dem Ergebnis, dass die schwedischen Untersuchungen für die dieselmotorische Verbrennung von RME völlig irrelevant seien.[93]

Im Mai 2010 publizierte das Journal „Angewandte Chemie“ erste Ergebnisse[94] eines Forschungsteams aus Deutschland, den USA und China über die Bildung von schädlichen oder giftigen Verbrennungsprodukten von typischen Biokraftstoffen. Die Studie hebt hervor, dass dieses Thema bisher nicht ausreichend untersucht sei. Nach Aussage der Autorin Katharina Kohse-Höinghaus produzieren Biokraftstoffe deutlich mehr bedenkliche Carbonylverbindungen wie zum Beispiel Formaldehyd und Acetaldehyd; ihre Bewertung des aktuellen Wissenstandes lautet: „Wir öffnen damit die Büchse der Pandora. Wir verwenden Stoffe, ohne vorher unsere Hausaufgaben gemacht zu haben.“[95]

Laut einer internen Untersuchung der EU-Kommission von 2011 erhöht sich der CO2-Ausstoß gegenüber herkömmlichem Kraftstoff bei Herstellung von Biodiesel aus Raps um insgesamt 4,5 %, bei der Herstellung aus Soja um 11,7 %.[96]

Weiterentwicklungen und Alternativen zu Biodiesel

Biodiesel hat den Nachteil, dass nur ein geringer Teil der Pflanze verwendbar ist. Eine wesentlich bessere Energiebilanz als bei Flüssigkraftstoffen wird bei der Verwertung von Biomasse für die Strom- und Wärmeerzeugung erzielt, weshalb diesen Nutzungsformen nach Ansicht eines Teils der Fachleute der Vorzug gegeben werden sollte.

Eine weitere Alternative zu Biodiesel ist der Kraftstoff Pflanzenöl („Pöl“), bei dem der hohe Aufwand für die Veresterung, der zudem noch den Energiegehalt reduziert[97] und damit einen höheren Verbrauch verursacht, entfällt. Je nach Motortyp kann für die vom Dieselkraftstoff abweichenden physikalischen Eigenschaften ein Umbau des Dieselmotors erforderlich werden.

Die Erzeugung von dieselähnlichen Kraftstoffen BtL-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 liefen seit April 2003 mit diesem synthetischen Biokraftstoff in Sachsen bei der mittlerweile insolventen (Choren Industries GmbH) mit Unterstützung des Deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft in Kooperation mit der Daimler AG und der Volkswagen AG.[98]

Bis zur Marktreife wird eine Übergangslösung mit Synfuel arbeiten, das aus fossilen Ressourcen hergestellt wird (GTL, CTL), daher erscheint Biodiesel als die einzige Möglichkeit, in größerem Umfang Fahrzeuge mit Dieselmotor CO2-neutraler zu betreiben. BtL-Kraftstoffe sind laut Biokraftstoffbericht 2007 des Bundesministerium für Finanzen noch lange nicht marktreif, zudem stehen entsprechende Aussagen zu Energie- und Ökobilanzen noch aus. In Deutschland existiert nur eine Pilotanlage, welche in naher Zukunft 15.000 Tonnen BtL produzieren soll. Aufgrund des noch zu hohen Energieaufwands in der Herstellung, bescheinigt die Deutsche Energie Agentur erst mittelfristig eine Konkurrenzfähigkeit der BtL-Kraftstoffe gegenüber den Kraftstoffen der ersten Generation.

Eine weitere Alternative zu den traditionellen Biotreibstoffen bietet die Fairtrade-Organisation Gebana: Biodiesel aus biologischem Anbau und Fair Trade. Das verwendete Öl ist ein Nebenprodukt der Weiterverarbeitung von Sojabohnen zweiter Qualität. Der Treibstoff soll die treibhausrelevanten Emissionen gegenüber fossilem Diesel um 70 % reduzieren und eine positive Gesamtökobilanz haben.[99][100]

Weiterhin besteht besonders in den Ländern des Südens die Möglichkeit, das Öl der Jatropha-Pflanze zu verwenden. Es wird bereits in verschiedenen afrikanischen Ländern (unter anderem Tansania) zur Ergänzung von Solaranlagen eingesetzt.[101] Der Vorteil gegenüber Rapsöl besteht darin, dass die Pflanze mit kargen Böden auskommt. Derartige Projekte werden in Kamerun von der FairTradeFuel.org begleitet.[102]

Pflanzenöle, etwa aus Sojabohnen und Raps, sind viel versprechende Ausgangsprodukte für die Herstellung von Biotreibstoffen. Eine interessante Alternative zu diesen herkömmlichen ölhaltigen Feldfrüchten sind Mikroalgen.

Wissenschaftler der Technischen Universität München entwickelten 2011 ein neues Verfahren zur Aufbereitung des Algenöls zu einem dieselähnlichen Produkt. Das Öl der in den Untersuchungen verwendeten Mikroalgen bestand hauptsächlich aus neutralen Lipiden, wie Mono-, Di- und Triglyceriden mit ungesättigten C-18-Fettsäuren als Hauptbestandteil (88 %). Nach achtstündiger Reaktion mit einem neuartigen Katalysator aus Nickel auf einem porösen Träger aus Zeolith-HBeta bei milden Bedingungen (260 °C, 40 bar Wasserstoffdruck) erhielten die Forscher 78 % flüssige Alkane mit Oktadekan als Hauptbestandteil. Als gasförmige Nebenprodukte fielen vor allem Propan und etwas Methan an.

Eine Untersuchung der Reaktion ergab folgende Reaktionsschritte: Zunächst werden die Doppelbindungen der ungesättigten Fettsäuren der Triglyceride mit Wasserstoff gesättigt, danach werden die nunmehr gesättigten Fettsäuren unter Wasserstoffaufnahme vom Glycerin-Baustein abgespalten, der dabei zu Propan regiert. Im letzten Schritt werden die Fettsäuren zum entsprechenden Alkan reduziert.[103]

Politik

Europäische Union

Die Europäische Union hat in ihrer Biokraftstoff-Richtlinie einen Zeitplan in Stufen vorgegeben: Alle Mitgliedsstaaten sollten ihren Kraftstoffverbrauch bis zum Jahr 2005 zu zwei Prozent mit Biokraftstoffen abdecken. Bis 2010 sollen es 5,75 Prozent sein, bis 2020veraltet zehn Prozent. Dies kann durch Verwendung von Biotreibstoffen in Reinform als Beimischung erfolgen, aber durch Einsatz anderer erneuerbarer Energien.[104]

Deutschland

Das 2006 vom Bundestag verabschiedete Biokraftstoffquotengesetz schrieb vor, dass der Anteil an Biokraftstoffen bis 2010 auf 6,75 % und bis 2015 auf 8 % steigen sollte. Durch das Gesetz zur Änderung der Förderung von Biokraftstoffen vom 15. Juli 2009 wurde beschlossen, diese Quote 2009 bei 5,25 % zu belassen und ab 2010 bei 6,25 % einzufrieren.[105] Bereits seit 2004 darf herkömmlicher (Mineralöl-)Diesel mit bis zu 5 % Biodiesel vermischt werden, seit Februar 2009 erlaubt eine neue Dieselnorm die Beimischung von bis zu 7 %.

Der Bundestag verabschiedete am 29. Juni 2006 das Energiesteuergesetz, das die schrittweise Besteuerung von Biodiesel und Pflanzenöl-Kraftstoff vorsieht. Für beide Stoffe sollte ab 2012 der volle Mineralölsteuersatz gelten. Reiner Biodiesel wurde ab August 2006 mit neun Cent pro Liter besteuert, eine jährliche Erhöhung um sechs Cent war im EnergieStG 2006 verankert. Dies führte zu einem Absinken des Biodieselanteils am Diesel-Gesamtbedarfsvolumen. Hatte Biodiesel im Jahr 2007 noch einen Marktanteil von rund 12 Prozent am Gesamtdieselmarkt, so ist dieser durch die Besteuerung auf unter sieben Prozent in 2011 gesunken.[106] Deswegen wurde im Juni 2009 das Energiesteuergesetz geändert.[107] Es war weiterhin eine jährliche Erhöhung vorgesehen, jedoch sollte der volle Steuersatz erst ab 2013 greifen. Bereits im Dezember 2009 wurde die Besteuerung von Biodiesel im Zuge des Wachstumsbeschleunigungsgesetzes[108] erneut geändert. Die jährliche Erhöhung für 2011 und 2012 wurde ausgesetzt, so dass nach jetziger Gesetzeslage die Steuer auf Biodiesel Anfang 2013 in einem großen Sprung von 18,6 ct auf 45,03 ct pro Liter steigen wird. Da der Brennwert von Biodiesel unter dem von Mineralöl liegt, wird der volumenbezogene Steuersatz um zwei Cent unter dem Satz für fossile Brennstoffe bleiben. Die Steuerermäßigung für reine Biokraftstoffe wird gem. §50 Abs. 1 Satz 5 EnergieStG nur für die Mengen Biokraftstoffe gewährt, welche die in §37a Abs. 3 BImSchG für die Beimischung genannten Mindestanteile überschreiten (so genannte „fiktive Quote“).[109]

Vergleich von Biokraftstoffen in Deutschland
Biokraftstoff Ertrag/ha Kraftstoffäquivalenz
[l][110][* 1]		 Kraftstoffäquivalent
pro Fläche [l/ha][* 2]		 Preis
[cent]		 Preis Kraftstoff-
äquivalent [cent/l][* 3]		 Fahrleistung
[km/ha][110][* 4]
Pflanzenöl (Rapsöl) 1590 l[110] 0,96 1526 98,1/l (11/2009)[111] 102,2 23300 + 17600[* 5]
Biodiesel (Rapsmethylester) 1550 l[112] 0,91 1411 107,9/l (KW 49/2009)[113] 118,6 23300 + 17600[* 5]
Bioethanol (Weizen) 2760 l[110] 0,65 1794 93,2/l (E85, 11/2009)[114] 133,1 22400 + 14400[* 5]
Biomethan 3540 kg[112] 1,4 4956 93/kg (06/2008)[115] 66,4 67600
BtL (Biomass to Liquid) 4030 l[112] 0,97[* 6] 3909 nicht am Markt k.a 64000
  1. ↑ 1 l Biokraftstoff bzw. 1 kg Biomethan entspricht dieser Menge konventionellen Kraftstoffs
  2. ↑ ohne Nebenprodukte
  3. ↑ Preis für die Menge Biokraftstoff, die äquivalent zu 1 l konventionellem Kraftstoff ist
  4. ↑ separate Berechnung, nicht auf den anderen Daten basierend
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 mit Biomethan aus Nebenprodukten Rapskuchen/ Schlempe/ Stroh
  6. ↑ auf Basis von FT-Kraftstoffen


Literatur

  • Sven Geitmann: Erneuerbare Energien und alternative Kraftstoffe. Hydrogeit Verlag, 2. Aufl., Jan. 2005, ISBN 3-937863-05-2.
  • Sven Geitmann: Alternative Kraftstoffe. Hydrogeit Verlag, 2008, ISBN 978-3-937863-12-2.
  • Philipp Dera: „Biodiesel“ – Wachstumsmarkt mit Nachhaltigkeitsgarantie? Sozioökonomische Dimensionen der Palmölproduktion in Indonesien Berlin: regiospectra 2009, ISBN 978-3-940132-10-9.

Einzelnachweise

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Eintrag zu Fettsäuren, C16-18- und C18-ungesättigt, Methylester in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 15. April 2008 (JavaScript erforderlich).
  2. ↑ Viskosität von Biodiesel bei hydrogeit.de
  3. ↑ Broschüre (pdf)
  4. ↑ Physikalische Kenngrößen
  5. ↑ Physikalische Kenngrößen
  6. ↑ Cetanzahl bei Oelmühle.de
  7. ↑ 7,0 7,1 Sicherheitsdatenblatt zu Rapsölmethylester.
  8. ↑ nicht spezifiziert nach EN 14214.
  9. ↑ Richtlinie 2003/30/EG zur Förderung der Verwendung von Biokraftstoffen oder anderen erneuerbaren Kraftstoffen im Verkehrssektor.
  10. ↑ Chem. Abstr. 7:1605 (1913).
  11. ↑ 70 Jahre Biodiesel
  12. ↑ Historical Perspectives on Vegetable Oil-Based Diesel Fuels, G. Knothe, INFORM, Vol. 12(11), S. 1103–1107 (2001).
  13. ↑ Homepage von Tecbio.
  14. ↑ SAE Technical Paper series no. 831356. SAE International Off Highway Meeting, Milwaukee, Wisconsin, USA, 1983.
  15. ↑ Verordnung über Biodiesel in Minnesota.
  16. ↑ Rapsölfettsäuremethylester In der Gefahrgutdatenbank der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
  17. ↑ Schmierfähigkeitverbesserung durch Biodiesel in Kraftfahrtechnisches Taschenbuch von Horst Bauer, Robert Bosch GmbH, S. 323, (als Google-Buch).
  18. ↑ Spezifikation von Biodiesel nach ASTM D 6751.
  19. ↑ Projekt „Local & Innovative Biodiesel“ – Forschungsprojekt im Rahmen eines Programmes der Europäischen Kommission, veröffentlicht unter www.biodiesel.at.
  20. ↑ Biodiesel Norm EN 14214.
  21. ↑ Biodegradability, BOD5, COD and Toxicity of Biodiesel Fuels, von C. L. Peterson und Gregory Möller, University of Idaho.
  22. ↑ Entfernung von Rohöl von Stränden mit Hilfe von Biodiesel.
  23. ↑ Bericht des Instituts für Allgemeine Mikrobiologie der Universität Oldenburg über Wachstum von natürlich vorkommenden Mikroorganismen in Biodiesel bei der Lagerung.
  24. ↑ Markus Quirin, Sven Gärtner, Martin Pehnt, Guido Reinhardt (ifeu-Institut): CO2-Mitigation through Biofuel in the Transport Sector. Status and Perspectives. Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Heidelberg August 2003. S. 23 (Volltext).
  25. ↑ VDB Verband der Deutschen Biokraftstoffindustrie e.V., 2012 Biokraftstoff Factsheet
  26. ↑ c.gerlts.de (Inhalt nicht mehr verfügbar)
  27. ↑ Beispiel von Biodiesel Batch-Equipment
  28. ↑ A. Müller: Kleines Molekül vor großen Aufgaben. Chemische Rundschau. (2009) 6:15-17
  29. ↑ Bericht über die Biodieselanlage der Ölmühle AG
  30. ↑ Kunchana Bunkyakiat, Et Al: Continuous Production of Biodiesel via Transesterification from Vegetable Oils in Supercritical Methanol. In: American Chemical Society (Hrsg.): Energy and Fuels. 20, 2006, S. 812–817. doi:10.1021/ef050329b. Abgerufen am 20. Dezember 2007.
  31. ↑ Production of biodiesel by a two-step supercritical reaction process with adsorption refining; C.R. Vera, S.A. D'Ippolito, C.L. Pieck, J.M.Parera, 2nd Mercosur Congress on Chemical Engineering, 4th Mercosur Congress on Process Systems Engineering, Rio de Janeiro
  32. ↑ Dadan Kusdiana; Saka, Shiro: Biodiesel fuel for diesel fuel substitute prepared by a catalyst free supercritical methanol (PDF). Abgerufen am 20. Dezember 2007.
  33. ↑ New HDPE Resins With Improved Resistance to Bio-Diesel Fuels.
  34. ↑ Freigabedatenbank und Kontaktinformationen der Fahrzeughersteller – Biodiesel.de.
  35. ↑ Empfehlungen zum Einsatz von Biodiesel.
  36. ↑ Rapsölkraftstoff und Biodiesel auf dem Prüfstand, R. Richter, Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, Jena, Februar 2008.
  37. ↑ Bericht des ADAC über die Kompatibilitätsprobleme von Biodiesel und Rußpartikelfiltern.
  38. ↑ Vorstellung eines Land Rover mit Common-Rail-Technologie für Biodiesel.
  39. ↑ Neuer Sensor für optimales Motormanagement – Zukunft von Biodiesel als Kraftstoff, Bericht im Innovationsreport.
  40. ↑ Effects of Biodiesel on NOxEmissions, Bob McCormick, National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado.
  41. ↑ Untersuchungen der TFZ Bayern zu Mutagenität.
  42. ↑ Bericht des ADAC über erhöhten Kraftstoffverbrauch mit Biodiesel.
  43. ↑ Korrosion durch biogene Kraftstoffe – Manuel Scholz, M. Gugau, C. Berger, Stuttgarter Automobiltag 2007. Darmstadt: IfW, 2007, Beitrag für Tagungsband, 8 S. (2007).
  44. ↑ Korrosion durch Biokraftstoffe – Schutz durch Beschichtungen auch bei zyklischer Beanspruchung. – Corrosion by biofuels – protection by coatings also under cyclic loadings – Heinz Kaufmann, C. Morgenstern, M. Gugau, M. Scholz, T. Jung, in Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 37 (2006), 12, S. 983–993. ISSN 0933-5137, 1521-4052.
  45. ↑ First UK biodiesel train launched. BBC. Abgerufen am 17. November 2007.
  46. ↑ Biodiesel will drive Eastern Wa. train during summerlong test. Seattle Times. Abgerufen am 21. Juli 2008.
  47. ↑ http://www.allianz-pro-schiene.de/publikationen/stadt-land-schiene/stadt-land-schiene-3-neuauflage-januar-2010.pdf
  48. ↑ Homepage des Projektes
  49. ↑ Empfehlung des BUA zur Verwendung von Biodiesel in Sportbooten.
  50. ↑ Green Flight International Record-Setting Biofuel-Powered Jet Flight., Pressemitteilung vom 1. November 2008, abgerufen am 3. Juni 2009.
  51. ↑ Alec Rosekrans 02/11/2008: Green Living: Biodiesel Aviation Becoming a Reality. In: HalogenGuides Jets, abgerufen am 3. Juni 2009.
  52. ↑ Biofuel-powered jet makes test flight.
  53. ↑ Vorreiter in Bayern: BayWa Mineralöle bietet erstmals Bio-Heizöl im Raum Ostbayern an., Pressemitteilung vom 18. November 2008, abgerufen am 5. Juni 2009.
  54. ↑ SCHARR BIO HEIZÖL schwefelarm mit bis zu 20 % Bioanteil, abgerufen am 12. Juni 2009.
  55. ↑ Bundesregierung: Geschichte und Architektur des Bundeskanzleramts
  56. ↑ Biofuels barometer 2007 – EurObserv’ER Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables n° 179, S. 63–75, 5/2007.
  57. ↑ Biofuels barometer 2008 – EurObserv’ER Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables n° 185, S. 49–66, 6/2008.
  58. ↑ Biokraftstoffe. Abgerufen am 14. Juni 2012.
  59. ↑ Bio-fuel Chains – An Overview on the Structure and the Value Chain Organization, Kirsti Dautzenberg and Jon Hanf, Leibniz Institute of Agricultural Development in Central and Eastern Europe.
  60. ↑ 60,0 60,1 60,2 Verband der deutschen Biokraftstoffindustrie: Biodieselabsatz.
  61. ↑ Quelle für Herstellerzahl und regionale Verteilung: Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien, 2007; Angabe einem Schreiben des Wirtschaftsministeriums Baden-Württemberg vom 16. August 2007, Nr. 4-4585/347, entnommen.
  62. ↑ NGZ-Interview mit Bio Ester-Chef Biodiesel in der Krise, NGZ 2. März 2009. (Online)
  63. ↑ Bundestag will Erdölquote an der Zapfsäule erhöhen / BEE und VDB warnen vor Aus für Biokraftstoffbranche Entgegen aller Bestrebungen zu mehr Klimaschutz und zur Verringerung der Abhängigkeit von knapper werdendem Erdöl will der Bundestag morgen eine Absenkung der Biokraftstoffquote beschließen. Pressemitteilung des VDB vom 26. März 2009. (Online)
  64. ↑ Steuer auf Biokraftstoff behindert Wettbewerb im Dieselmarkt - Pressemitteilung vom Verband der Deutschen Biokraftstoffindustrie e.V. (Online)
  65. ↑ Absatzzahlen von Biodiesel nach UFOP.
  66. ↑ UFOP, 2009: Absatzeinbruch bei Biodiesel und Pflanzenölkraftstoff.
  67. ↑ Wassergefährdende Stoffe – Deutsches Umweltbundesamt.
  68. ↑ Agentur für Erneuerbare Energien. (PDF)
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Weblinks

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