Biokraftstoff ist ein Kraftstoff, der schnell aus Biomasse hergestellt wird und hauptsächlich für den Transport verwendet wird, aber auch zum Heizen und für Strom verwendet werden kann. Biokraftstoff ist ein Kraftstoff, der aus Biomasse hergestellt wird und schneller produziert werden kann als die natürlichen Prozesse, die bei der Bildung von fossilen Brennstoffen wie Öl beteiligt sind. Biokraftstoffe werden hauptsächlich für den Transport verwendet, aber können auch zum Heizen und für Strom verwendet werden. Es gibt verschiedene Arten von Biokraftstoffen, wie Bioethanol und Biodiesel, und ihr Klimaschutzpotential variiert. Bioethanol wird durch Fermentation aus Kohlenhydraten in Zucker- oder Stärkepflanzen hergestellt und kann als reiner Kraftstoff oder als Benzinzusatz verwendet werden, während Biodiesel durch Umesterung aus Ölen oder Fetten hergestellt wird und als reiner Kraftstoff oder als Dieseladditiv verwendet werden kann.
Die Biokraftstoffproduktion lieferte im Jahr 2021 4,3% der weltweiten Kraftstoffe für den Straßenverkehr und eine geringe Menge für die Luftfahrt. Bis 2027 soll die Biokraftstoffproduktion 5,4% der weltweiten Kraftstoffe für den Straßenverkehr und 1% des Flugkraftstoffs liefern. Die IEA strebt an, dass Biokraftstoffe bis 2050 64% der weltweiten Nachfrage nach Transportkraftstoffen decken, um die Abhängigkeit vom Erdöl zu verringern, aber die Produktion und der Verbrauch von Biokraftstoffen sind nicht auf Kurs, um dieses Ziel zu erreichen. Von 2020 bis 2030 muss die weltweite Biokraftstoffproduktion jedes Jahr um 14% steigen, um das IEA-Szenario zu erreichen.
Generationen
Biokraftstoffe sind Kraftstoffe, die aus Biomasse, wie Pflanzen, landwirtschaftlichen Abfällen, häuslichen Abfällen und industriellen Abfällen, innerhalb einer kurzen Zeitspanne hergestellt werden. Sie werden hauptsächlich für den Transport verwendet, können aber auch zum Heizen und für Strom verwendet werden. Die beiden gängigsten Arten von Biokraftstoffen sind Bioethanol und Biodiesel. Biokraftstoffe der ersten Generation sind Kraftstoffe, die aus Nahrungspflanzen hergestellt werden, die auf Ackerland angebaut werden. Biokraftstoffe der zweiten Generation sind Kraftstoffe, die aus lignozellulosehaltiger Biomasse oder landwirtschaftlichen Reststoffen hergestellt werden. Die Produktion und der Verbrauch von Biokraftstoffen sind jedoch nicht auf dem richtigen Weg, um die Ziele der Internationalen Energieagentur für nachhaltige Entwicklung zu erfüllen. Biokraftstoffe der vierten Generation umfassen Elektrokraftstoffe und Solarkraftstoffe sowie Biokraftstoffe, die von gentechnisch veränderten Organismen hergestellt werden.
Typen
Gasförmig :
Biogas und Biomethan
Biogas ist Methan, das durch den anaeroben Abbau von organischem Material, wie zum Beispiel Abfallmaterialien oder Energiepflanzen, in einem anaeroben Fermenter erzeugt wird. Das feste Nebenprodukt Gärrest kann als Biokraftstoff oder Düngemittel verwendet werden. Biogas kann auch aus Deponiegas und Gülle von Rindern gewonnen werden. Wenn CO2 und andere Verunreinigungen aus Biogas entfernt werden, spricht man von Biomethan.
Synthesegas
Biokraftstoffe der ersten Generation sind Kraftstoffe, die aus Nahrungspflanzen hergestellt werden, die auf Ackerland angebaut werden. Biokraftstoffe der zweiten Generation sind Kraftstoffe, die aus lignozellulosehaltiger oder holzartiger Biomasse oder landwirtschaftlichen Reststoffen/Abfällen hergestellt werden. Biogas entsteht durch den anaeroben Abbau von organischem Material und kann aus biologisch abbaubaren Abfallmaterialien oder durch die Verwendung von Energiepflanzen hergestellt werden. Syngas entsteht durch teilweise Verbrennung von Biomasse und kann zur Herstellung von Methanol, Dimethylether und Wasserstoff verwendet oder in einen Dieselersatz oder eine Mischung von Alkoholen umgewandelt werden.
Flüssigkeit
Ethanol
Biologisch hergestellte Alkohole werden durch die Fermentation von Zucker oder Stärke hergestellt und sind am häufigsten Ethanol und seltener Propanol und Butanol. Die weltweit am weitesten verbreitete Biokraftstoff ist Ethanol, besonders in Brasilien. Die verwendeten Methoden zur Ethanolherstellung sind Enzymverdauung, Fermentation des Zuckers, Destillation und Trocknen. Der Destillationsprozess benötigt einen erheblichen Energieaufwand und der Brennstoff variiert in verschiedenen Regionen, wie z.B. Bagasse in Brasilien und Pellets oder Holzschnitzel in Europa. Zellulose-Ethanol wird auch entwickelt um die Abhängigkeit von Lebensmittelvorräten zu reduzieren.
Andere Bioalkohole
In Zusammenfassung handelt es sich bei Biokraftstoffen um Kraftstoffe, die aus biologischen Rohstoffen hergestellt werden und eine Alternative zu fossilen Kraftstoffen darstellen. Es gibt verschiedene Arten von Biokraftstoffen, wie z.B. Biogas, Biomethan, Biobutanol und Biomethanol. Biogas wird durch den anaeroben Abbau von organischem Material gewonnen und besteht vorrangig aus Methan. Biomethan und Biobutanol werden durch Fermentation von Zucker oder Stärke hergestellt. Biomethanol wird derzeit aus Erdgas hergestellt, soll aber in Zukunft aus Biomasse produziert werden. Biobutanol wird als direkter Ersatz für Benzin bezeichnet, da es mehr Energie produziert als Ethanol und in bestehenden Benzinmotoren verbrannt werden kann.
Biodiesel
Biodiesel ist ein Biokraftstoff, der durch Umesterung von Ölen oder Fetten hergestellt wird. Es ähnelt in seiner Zusammensetzung dem fossilen Diesel und besteht hauptsächlich aus Fettsäuremethyl- (oder -ethyl)estern. Es kann aus verschiedenen Rohstoffen wie Pflanzenölen, Soja, Raps, Jatropha, Mahua, Senf, Flachs, Sonnenblumen, Palmöl, Hanf, Acker-Pennycress, Pongamia pinnata und Algen hergestellt werden. Biodiesel kann in allen Dieselmotoren und modifizierten Geräten verwendet werden, wenn es mit mineralischem Diesel gemischt wird und kann auch in reiner Form (B100) in Dieselmotoren eingesetzt werden, jedoch kann es dann im Winter zu Wartungs- und Leistungsproblemen kommen. Es reduziert Emissionen um bis zu 60 % im Vergleich zu Diesel der zweiten Generation. In einigen Ländern decken die Hersteller ihre Dieselmotoren unter Garantie für die B100-Nutzung ab, jedoch sollten Fahrer sich vor dem Umstieg auf B100 erkundigen.
Biodiesel ist ein Biokraftstoff, der durch Umesterung von Ölen oder Fetten hergestellt wird und in seiner Zusammensetzung dem fossilen Diesel ähnelt. Es besteht hauptsächlich aus Fettsäuremethyl- oder -ethyl-estern (FAMEs). Biodiesel kann in allen Dieselmotoren verwendet werden und reduziert Emissionen um bis zu 60%. Es ist sicher zu handhaben und zu transportieren, da es ungiftig und biologisch abbaubar ist und einen höheren Flammpunkt als fossil Diesel hat. In Frankreich wird Biodiesel zu 8% in den Kraftstoff aller französischen Dieselfahrzeuge eingearbeitet. Es ist der führende europäische Hersteller von Biodiesel.
Grüner Diesel
Grüner Diesel wird durch Hydrocracken von biologischen Ölrohstoffen wie Pflanzenölen und tierischen Fetten hergestellt. Es ist eine Raffineriemethode, die erhöhte Temperaturen und Druck in Gegenwart eines Katalysators verwendet, um größere Moleküle in kürzere Kohlenwasserstoffketten zu zerlegen, die in Dieselmotoren verwendet werden. Es kann auch als erneuerbarer Diesel, Wasserstoff behandeltes Pflanzenöl (HVO-Kraftstoff) oder aus Wasserstoff gewonnener erneuerbarer Diesel bezeichnet werden. Im Gegensatz zu Biodiesel hat grüner Diesel genau die gleichen chemischen Eigenschaften wie erdölbasierter Diesel. Es erfordert keine neuen Motoren, Pipelines oder Infrastruktur, um es zu verteilen und zu verwenden, aber es wurde nicht zu Kosten produziert, die mit Erdöl konkurrenzfähig sind. Benzinversionen werden ebenfalls entwickelt. Grüner Diesel wird in Louisiana und Singapur von ConocoPhillips, Neste Oil, Valero, Dynamic Fuels und Honeywell UOP sowie Preem in Göteborg, Schweden, entwickelt, was als Evolution Diesel bekannt ist.
Reines Pflanzenöl
Zusammenfassend werden biologisch hergestellte Alkohole wie Ethanol und seltener Propanol und Butanol durch die Wirkung von Mikroorganismen und Enzymen durch die Fermentation von Zucker oder Stärke hergestellt. Ethanol ist der am weitesten verbreitete Biokraftstoff, insbesondere in Brasilien. Biodiesel, hergestellt durch Umesterung aus Ölen oder Fetten, ist der am weitesten verbreitete Biokraftstoff in Europa. Grüner Diesel, auch als erneuerbarer Diesel oder Wasserstoff behandeltes Pflanzenöl bekannt, wird durch Hydrocracken biologischer Ölrohstoffe hergestellt und hat die gleichen Eigenschaften wie erdölbasierter Diesel. Reines Speiseöl wird normalerweise nicht als Brennstoff verwendet, aber gebrauchtes Pflanzenöl wird zunehmend zu Biodiesel verarbeitet oder als Kraftstoff verwendet.
Biobenzin
Eine Studie, geleitet von Professor Lee Sang-yup am Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), hat gezeigt, dass Biobenzin aus Pflanzen oder anderen Non-Food-Pflanzen hergestellt werden kann, indem man modifizierte E. coli verwendet, die mit Glukose gefüttert werden. Die Enzyme wandelten den Zucker in Fettsäuren um und diese wiederum in Kohlenwasserstoffe, die chemisch und strukturell identisch mit denen von kommerziellen Benzinkraftstoffen sind.
Bioether
Bioether (auch bekannt als Kraftstoffether oder sauerstoffhaltige Kraftstoffe) sind kosteneffiziente Verbindungen, die als Oktanzahlverbesserer wirken. Sie werden durch die Reaktion von reaktiven Isoolefinen mit Bioethanol hergestellt. Bioether werden aus Weizen, Zuckerrüben oder Abfallglycerin, das bei der Herstellung von Biodiesel anfällt, hergestellt. Sie verbessern die Motorleistung, während sie gleichzeitig den Motorverschleiß und die Emissionen von schädlichen Abgasen reduzieren. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass sie selbst zu einem Kraftstoff werden, da sie eine geringe Energiedichte haben. Sie tragen jedoch zur Luftqualität bei, indem sie die Menge an bodennahen Ozonemissionen reduzieren. In Europa werden Bioether-Additive wie MTBE und ETBE am häufigsten verwendet, um Blei zu ersetzen. In den USA wurde jedoch die Anforderung aufgehoben, dass neu formuliertes Benzin ein Oxygenat enthalten muss, was dazu führt, dass dem Kraftstoff weniger MTBE zugesetzt wird.
Fragen und Antworten
Was ist Biotreibstoff und wie wird er hergestellt?
Biotreibstoffe sind Kraftstoffe, die aus Biomasse wie Pflanzen, Tierabfällen oder Algen gewonnen werden. Es gibt verschiedene Arten von Biotreibstoffen, darunter Biogas, Biodiesel und Bioethanol. Die Herstellung erfolgt durch die Umwandlung von Biomasse in eine flüssige oder gasförmige Form, die für den Einsatz als Kraftstoff geeignet ist.
Welche Vorteile hat die Verwendung von Biotreibstoffen?
Die Verwendung von Biotreibstoffen hat mehrere Vorteile. Zum einen sind sie erneuerbar und können schnell produziert werden, im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die Millionen von Jahren zur Entstehung benötigen. Zum anderen können sie dazu beitragen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren und somit den Klimawandel zu bekämpfen. Durch die Verwendung von Biotreibstoffen kann auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und die damit verbundenen politischen und wirtschaftlichen Risiken reduziert werden.
Welche Nachteile hat die Verwendung von Biotreibstoffen?
Die Verwendung von Biotreibstoffen hat auch einige Nachteile. Zum einen können Anbau und Produktion von Biomasse negative Auswirkungen auf die Umwelt haben, wenn sie nicht nachhaltig betrieben werden. Außerdem kann die Verwendung von Biotreibstoffen dazu führen, dass Nahrungsmittel für den Anbau von Energiepflanzen verwendet werden, was zu steigenden Preisen und Nahrungsmittelknappheit führen kann. Es besteht auch die Gefahr von Landnutzungskonflikten, insbesondere in ärmeren Ländern, in denen der Anbau von Energiepflanzen die Nahrungsproduktion beeinträchtigen kann.
Welche Rolle spielt die Politik bei der Förderung von Biotreibstoffen?
Die Politik spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung von Biotreibstoffen. Viele Regierungen haben Anreize und Subventionen eingeführt, um die Produktion und Nutzung von Biotreibstoffen zu fördern. Darüber hinaus gibt es gesetzliche Regelungen wie die EU-Richtlinie zur Förderung erneuerbarer Energien, die vorschreibt, dass bis 2020 10% des Energieverbrauchs im Verkehrssektor aus erneuerbaren Quellen stammen müssen. Es gibt jedoch auch Kritik an der Förderung von Biotreibstoffen durch politische Maßnahmen, da sie manchmal zu negativen Umweltauswirkungen führen können, wenn sie nicht nachhaltig betrieben werden.
Wie könnte die Zukunft von Biotreibstoffen aussehen?
Die Zukunft von Biotreibstoffen hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit von Biomasse, politischen Entscheidungen und technologischen Fortschritten. Es ist möglich, dass Biotreibstoffe in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen und der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen spielen werden. Es ist jedoch auch wichtig, dass die Produktion und Nutzung von Biotreibstoffen nachhaltig betrieben wird, um negative Umweltauswirkungen zu minimieren und eine ausreichende Nahrungsmittelversorgung zu gewährleisten.
Was ist Biobenzin?
Biobenzin ist ein Kraftstoff, der aus Biomasse hergestellt wird und als Alternative zu herkömmlichem Benzin dient. Es wird oft auch als „grünes Benzin“ bezeichnet und kann aus verschiedenen Rohstoffen wie Mais, Zuckerrohr und Raps hergestellt werden.
Wie wird Biobenzin hergestellt?
Biobenzin wird durch einen Prozess namens Vergärung hergestellt. Hierbei werden die Rohstoffe in einem Fermenter zu Ethanol umgewandelt, das dann weiter zu Biobenzin raffiniert wird. Ein weiteres Verfahren ist die Fischer-Tropsch-Synthese, bei der Kohlenwasserstoffe aus Biomasse erzeugt werden.
Welche Vorteile hat Biobenzin im Vergleich zu herkömmlichem Benzin?
Biobenzin hat mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichem Benzin. Zum einen ist es erneuerbar und kann aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden, was die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduziert. Zudem kann es dazu beitragen, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, da es weniger Kohlenstoffdioxid und andere Schadstoffe ausstößt.
Welche Nachteile hat Biobenzin?
Biobenzin kann auch einige Nachteile haben. Die Produktion von Biobenzin erfordert eine große Menge an Land und Wasser, was zu Konflikten mit der Nahrungsmittelproduktion führen kann. Zudem kann die Produktion von Biobenzin auch negative Umweltauswirkungen haben, wie beispielsweise die Rodung von Wäldern oder die Verschmutzung von Wasserressourcen.
Wie kann die Regierung die Produktion und Nutzung von Biobenzin fördern?
Die Regierung kann die Produktion und Nutzung von Biobenzin durch verschiedene Anreize und Vorschriften fördern. Zum Beispiel kann sie Steuervergünstigungen für Unternehmen bieten, die Biobenzin herstellen oder verwenden. Sie kann auch Regulierungen einführen, die den Einsatz von Biokraftstoffen in bestimmten Sektoren, wie dem Transportwesen, vorschreiben. Zudem kann die Regierung auch in die Forschung und Entwicklung von Biobenzin investieren, um die Technologie zu verbessern und die Produktionskosten zu senken.