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Städt. Louise-Schroeder-Gymnasium Kollegstufenjahrgang 1996/98

im Leistungskurs Chemie

Verfasser: Amun Re

Kursleiter: Herr X Y

Abgabetermin: 02. Februar 1998

Erzielte Punkte: ..................... in Worten: ....................................

(einfache Wertung)

................................................................

(Unterschrift des Kursleiters)

Seite

1. Themenbegründung

Schon im Jahre 1912 schrieb Rudolf Diesel, der Erfinder des Dieselmotors, in seiner Patentschrift, daß der Einsatz von Pflanzenöl als Kraftstoff zu der Zeit zwar unbedeutend sein mag, aber daß solche Produkte mit der Zeit an Bedeutung gewinnen, und sogar genauso wichtig wie das Petroleum und die damaligen Kohle-Teerprodukte werden könnten. Von Ozonloch, Klimaveränderung oder Energiekrisen war 1912 noch gar nicht die Rede. ¹⁾

Heutzutage ist es allgemein bekannt, daß die Erdöl- und Erdgasreserven sowie die Reserven für alle sonstigen herkömmlichen Energieträger begrenzt vorhanden sind. Die Kernspaltung ist auch nur für eine Übergangszeit geeignet, zumal auch dort die Ressourcen nicht unerschöpflich sind, in der man neuere, bessere und vor allem saubere und sichere Energiequellen erforschen kann.


Die mögliche Deckung des Bedarfs an flüssigen Treibstoffen²⁾

Die Folgen, die der sogenannte Treibhauseffekt oder das Ozonloch mit sich bringen kann, sind heute zum Großteil noch überhaupt nicht einzuschätzen. Beide Effekte werden durch einen erhöhten Ausstoß von schädlichen Gasen aus Industrie und Verkehr in die Erdatmosphäre hervorgerufen.

Auch deshalb ist es unvermeidlich, nach anderen Möglichkeiten der Energiegewinnung zu suchen. Dabei gibt es mehrere Alternativen. Man versucht, Energie mit Hilfe von Solarzellen, Wind, Wasserstoff, Kernfusion oder durch nachwachsende Rohstoffe herzustellen.

Die beiden Ölkrisen der 70er Jahre haben auch dazu beigetragen, daß man angefangen hat, nach neuen Ressourcen zu suchen. Durch die Ölkrisen wurde ganz deutlich, in welch großem Maße v.a. die europäischen Volkswirtschaften von den gesicherten Einfuhren des Erdöls abhängig sind.¹⁾

Nachwachsende Rohstoffe könnten auch dabei helfen, die Überschußproduktion der Landwirtschaft in der EU abzubauen. Anstatt Pflanzen für die Nahrungsmittel-herstellung könnten die Landwirte nachwachsende Rohstoffe auf den "überschüssigen" Flächen produzieren.²⁾

Dabei kommt der Agrarpolitik eine recht schwere Aufgabe zu. Sie muß ihre Politik so gestalten, daß es sich für die Landwirte lohnt, den Rohstoff anzubauen, wobei darunter auch der Nahrungsmittelanbau nicht vernachlässigt werden soll. Eine wichtige Rolle könnte hierbei auch den sog. Stillegungsflächen zukommen.

Das Problem, das meistens bei diesen erneuerbaren Ressourcen auftritt ist, daß sie mit einem zu niedrigen Wirkungsgrad arbeiten, d.h., daß die Ausbeute in einem schlechten Verhältnis zu dem Aufwand steht, der aufgebracht werden mußte. Nachwachsende Rohstoffe anzubauen oder zu verarbeiten, ist nach dem heutigen Stand der Technik in den meisten Fällen unwirtschaftlich. Abgesehen davon ist das neue Produkt nicht konkurrenzfähig, da das herkömmliche Produkt oft wesentlich billiger auf den Markt kommt.

Die Forschung, aber auch der Staat und die privaten Haushalte können dazu beitragen, daß die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen in absehbarer Zeit wirtschaftlich gemacht werden kann.

Der aus Rapsöl hergestellte Biodiesel kann schon heute eine beachtliche Alternative zu herkömmlichen Treibstoffen bzw. Energieträgern sein, denn der Weltgütertransport wird zu beinahe 90% von Maschinen die mit Verbrennungsmotoren ausgestattet sind bewältigt, wovon der Großteil mit Diesel betrieben wird. Dieselmotoren sind darüber hinaus die sparsamsten Motoren überhaupt, und die Flüssigkraftstoffe für den mobilen Verkehr sind in absehbarer Zeit durch keine andere Energieform ersetzbar. ¹⁾

2. Nachwachsende Rohstoffe

1. Definition

Nachwachsende Rohstoffe sind solche unverarbeitete Materialien, die von der Land- und Forstwirtschaft immer wieder neu produziert werden und dann eine sehr vielseitige Verwendung finden können. Ihr Vorrat hängt praktisch nur davon ab, wieviel vom Rohstoff abgebaut werden kann. Es gibt aber keine langfristige Begrenzung der insgesamt produzierbaren Menge. Außer den nachwachsenden Rohstoffen gibt es noch die Rohstoffe, die begrenzt vorhanden sind. Zu denen zählt Erdöl, Erdgas, Kohle und auch Uran.

2.2. Die Rohstoffpalette der Natur

Die Natur hat die verschiedensten Materialien für fast jeden Verwendungszweck. Man muß sie nur suchen. Auf die gesamte Palette detailliert einzugehen, würde den Umfang dieser Arbeit übersteigen. Um aber einen groben Überblick zu gewährleisten, was uns die Natur alles zu bieten hat, sollte die folgende tabellarische Darstellung reichen.

Nachwachsende Rohstoffe²⁾

Nachwachsender Rohstoff	Verwendungsmöglichkeiten
Zuckerstoffe = Saccharide	Zucker (Nahrungsmittel) Biotechnologie: Synthese von Proteinen, u.ä.
Stärke	Chemische Industrie und Papierindustrie, Klebstoffe
Pflanzliche Öle	Treibstoffe, Schmierstoffe, Heizstoffe, Biodiesel, Chemische Industrie, Farben- und Lackherstellung, Klebstoffe, Sowie: Elsbett-Motor mit reinem Pflanzenöl
Pflanzenfasern	Textilindustrie, Baubereich (Ersatz für Asbest) Automobilindustrie: aus Flachsfasern Kupplungsbeläge, Inneneinrichtung von Autos
Holz	Bau- und Werkstoff, Faserstoff, Chemie, Energie- erzeugung, Papier- und Zellstoffherstellung
Heil- und Gewürzpflanzen	Krankheiten lindern, Geschmack verbessern,
Schafwoll- Vlies und - Filz	Wärme- und Schalldämmung (von Häusern, etc.)

Außerdem sind zur energetischen Nutzung gut geeignet:

Getreide, Winterraps, Stroh, Feldgras, Elefanten- Gras (auch Chinaschilf oder lat. : miscanthus sinensis genannt) und Ethanol (pflanzlicher Herkunft).

Diese Stoffe können entweder in ihrer Reinform oder zu Hochdruckballen, Pellets oder Bricketts verarbeitet und dann verbrannt werden. ¹⁾

Biogas kann ebenfalls sowohl thermisch als auch energetisch genutzt werden.

Mit diesen Rohstoffen können auch Energie- Anlagen betrieben werden, wo Strom und Wärme produziert wird. Ein gutes Beispiel ist hierfür die mit Rapsöl betriebene Anlage in Hilpoltstein (Bayern), die acht öffentliche Gebäude in Hilpoltstein mit Wärme und Strom versorgt.²⁾

Volkswirtschaftlich gesehen könnten die nachwachsenden Rohstoffe auch recht interessant sein, denn zu ihrer Verarbeitung sind z.T. ganz neue Anlagen und Anlagetypen notwendig, wo natürlich sowohl zum Aufbau als auch zum Betreiben Arbeitskräfte benötigt werden. Somit könnte dieser neue Industriezweig dazu beitragen, die Arbeitslosigkeit abzubauen.

3. Fettchemie

1. Rohstoffe, Verfahren und Produkte

Die wichtigsten nachwachsenden Rohstoffe, die in der chemischen Industrie heute schon Verwendung finden, sind Fette und Öle. Sie werden aus Pflanzen und Tieren gewonnen, wobei, die Menge betrachtet, Soja-, Palm-, Raps- und Sonnenblumenöl sowie Talg und Schmalz die größte Bedeutung haben.

Diese Fette und Öle haben eine jeweils unterschiedliche Fettsäurezusammensetzung, auch Fettsäuremuster genannt, und sind davon abhängig in den unterschiedlichsten Bereichen verwendbar.


Weltproduktion natürlicher Öle und Fette 1990¹⁾

Die bedeutendsten industriellen Verfahren sind die Kondi- Druckspaltung, die mit Wasser bei 250°C und einem Druck von 50 bar zu Fettsäuren und Glycerin erfolgt, die Umesterung mit Methanol bei 240°C und 100 bar zu Fettsäuremethylestern und Glycerin, sowie die Hydrierung der Methylester bei 230°C und ungefähr 300 bar zu Fettalkoholen.

Aus diesen Stoffen kann man mit Weiterveredelung die verschiedensten Produkte herstellen. Schon heute werden die so gewonnenen, veredelten Produkte vielfach in der Wasch- und Reinigungsmittelindustrie sowie bei der Papierherstellung und in vielen anderen Bereichen verwendet.

Auch die Zukunftsperspektive für diese veredelten Produkte ist recht gut. Man kann Tenside auf der Basis von Fetten und Ölen herstellen. Ebenso wird versucht, Rapsöl als Schmiermittelgrundstoff zu verwenden. Hierzu müßten aber andere Stoffe hinzugegeben werden, um die Oxidation des Rapsöls zu hemmen. Diese Gefahr besteht jedoch bei Ölsäureestern nicht mehr. Deshalb sind sie in Industrieschmierstoffen, wie Getriebe und Hydraulikölen u.ä., weit verbreitet.

Genauso aus natürlichen Fetten und Ölen herstellbar sind Polyole, die schon seit einigen

Jahren auf dem Markt erhältlich sind. Sie werden durch Umesterung mit verschiedenen Alkoholen produziert. Ihr Hauptanwendungsgebiet finden sie im Baugewerbe als

Ausschäumungen oder in der Elektroisoliertechnik als Polyurethangießharze. ¹⁾

2. Fettsäuren - Struktur, Darstellung und Eigenschaften


Fettsäuren gehören in die Gruppe der Carbonsäuren. Sie haben eine längere unverzweigte Kohlenstoffkette, wobei die Anzahl der C-Atome gerade ist. Sie bestehen aus dem unpolaren Fettrest und der polaren Carboxylgruppe. Man unterscheidet zwischen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren.

Um die Fettsäuren herzustellen, wird das Öl oder Fett direkt mit Wasserdampf unter Hochdruck behandelt, wobei die Öle hydrolytisch gespalten werden. Es entsteht die Fettsäure (88%) und das Glycerin (12%). Das Gemisch ist leicht trennbar, da das Glycerin im Gegensatz zu den Fettsäuren wasserlöslich ist. Anschließend kann man das Fettsäuregemisch fraktioniert destillieren, wodurch man nach den einzelnen Fettsäuren auftrennen kann.²⁾

Jedes Öl hat sein spezifisches Fettsäuremuster, d.h., daß in jedem Öl ein bestimmtes Verhältnis bezüglich der Menge der einzelnen Fettsäuren vorliegt.

Das Fettsäuremuster von Rapsöl³⁾

Fettsäure	%	Doppelbindungen	C-Atome (gesamt)
Palmitinsäure	3,2-5,0	0	16
Stearinsäure	1,0-2,5	0	18
Ölsäure	52,6-63,2	1	18
Linolsäure	20,7-28,1	2	18
Linolensäure	10,1-15,5	3	18
Erucasäure	0-1,7	1	22

Der Schmelzpunkt liegt bei 0°C.

Ist die Fettsäure gesättigt , so ist sie eher fest, ist sie ungesättigt, dann wird sie eher im flüssigen Zustand bei Raumtemperatur vorliegen. Außerdem weist die Fettsäure saure Eigenschaften auf, d.h. sie spaltet von der Säuregruppe gerne ein Proton ab, falls ein Protonenakzeptor vorhanden ist. Bei dieser Dissotiation erhält man das negativ geladene Fettsäureanion. ¹⁾

3. Glycerin - Struktur, Darstellung, Eigenschaften und Verwendung

Glycerin ist in die Gruppe der dreiwertigen Alkohole einzuordnen, d.h. es ist eine Verbindung aus Kohlen- und Wasserstoffatomen (Kohlenwasserstoff) mit drei Hydroxyl-gruppen (OH-Gruppen). Mit systematischem Namen heißt es

1,2,3- Propantriol.

Glycerin entsteht wie in Punkt 3.2. genannt bei der hydrolytischen Spaltung der natürlichen Fette und Öle. Anschließend muß es gereinigt werden, und durch die Abdestillation des Wassers wird die gewünschte Konzentration eingestellt. Der prozentuale Glycerinanteil in den verschiedenen natürlichen Ölen und Fetten ist abhängig von der Länge der Molekülketten der Fettsäuren.

Eine andere Möglichkeit, Glycerin herzustellen, ist die Synthese aus Propylen.

Ähnlich wie Natronlauge ist Glycerin sehr stark hygroskopisch, deshalb kommt es immer in Lösung in den Handel. Es ist eine farb- und geruchslose, ungiftige Flüssigkeit und hat einen süßen Geschmack. Es schmilzt etwas unter Raumtemperatur (17°C) und siedet erst bei 290°C, was auf die Bildung von intermolekularen Wasserstoff-brückenbindungen zurückzuführen ist. Glycerin ist lipophob und hydrophil, das sieht man auch an der stark hygroskopischen Eigenschaft. Es verbrennt ohne Aschebildung und reagiert neutral, also weder basisch noch sauer.

In sehr hoher Konzentration (99,5%) wird Glycerin nur in der pharmazeutischen Industrie, in der Kosmetik und bei der Sprengstoffherstellung (Nitroglycerin) verwendet. Ansonsten findet es eine breite Verwendung von der Kunstharz- über die Papierherstellung bis hin zur Tabakindustrie.¹⁾

4. Biodiesel bzw. Rapsölmethylester (RME)

1. Chemische Zusammensetzung

Die jeweiligen Fettsäuremethylester werden in einer Umesterungsreaktion der Fette und Öle mit Methanol hergestellt. In der Industrie verfährt man nach demselben Prinzip.²⁾

Die Umesterung

Nach der Umesterung fällt auf, daß die entstandenen Moleküle eine große Ähnlichkeit mit Cetan (unverzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 16 C-Atomen; vgl. Anhang S. 27, Abb. 27.1.) haben. Die Cetan- Zahl ist ein Maß für die Zündwilligkeit des Treibstoffs, falls eine Selbstentzündung bei Kompression herbeigeführt werden soll.

Durch die Umesterung wird die Viskosität in großem Maße abgesenkt. ³⁾

Man könnte Biodiesel übrigens auch aus Sonnenblumen- oder Sojaöl, auch vermischt mit Palmöl und Talg oder Schmalz herstellen. Es wären sogar manche Algenöle zur Herstellung von Biodiesel ein guter Ausgangsstoff, jedoch ist aus deutscher Sicht zur Zeit Raps die einzige Ölpflanze, die in Frage kommen kann. ⁴⁾

Die in Leer, im Ostfriesland, betriebene Umesterungsanlage wird nach dem CD- Verfahren betrieben, wobei "CD" für "continous deglycerolization" steht, was soviel heißt wie kontinuierliche Entfernung des Glycerins. Die eigentliche Reaktion, die Umesterung, findet in den grüngelben Kolonnen statt. Zwischen diesen stehen Seperatoren, welche für die saubere Phasentrennung von leichtem Ester und schwerem Glycerin verantwortlich sind. Man kann die beteiligten Verbindungen leicht voneinander trennen. Dieser ersten Trennung folgen natürlich noch weitere Schritte. ²⁾

Das besondere bei diesem Verfahren ist, daß mit einem wässrigen Extraktionsmedium in den Umesterungsprozess eingegriffen wird, der eigentlich wasserfrei durchzuführen wäre. Hierbei wird in den ersten beiden Trennstufen das freigewordene Glycerin zusätzlich extrahiert, wodurch man einen fast beliebig kleinen Restgehalt an Glycerin erreichen kann. ²⁾

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, daß man nicht mehr wie früher eine teuere Hochdruckanlage (50-100bar) braucht, wobei auch noch sehr hohe Temperaturen (200-250°C) notwendig sind, sondern man sich auf einfache Laborbedingungen beschränken kann.³⁾

"Um aus dickflüssigem Pflanzenöl einen dünnflüssigen Superdiesel zu machen, genügt es fast, im Labor z.B. Rapsöl mit 20 bis 25% Methanol zu mischen, ein wenig Natriumhydroxid beizufügen und bei 70°C unter Rückfluß zu rühren. Nach einiger Zeit (30-60 Minuten) fällt Glycerin als bräunlich-schwere Unterschicht aus. Die Oberschicht ist ein zu 70-75% umgeestertes Öl, das als Kraftstoff allerdings noch nicht ganz befriedigt."⁴⁾

Bei der Umesterung findet nicht nur die Reaktion von Rapsöl mit Methanol zu Rapsölmethylester und Glycerin statt. Es gibt auch einige unerwünschte und unvermeidbare Nebenreaktionen.

• Unvermeidbare Nebenreaktion:

Fettsäure + NaOH ® Seife + Wasser

• Unerwünschte Nebenreaktion

Rapsöl + NaOH ® Seife + Glycerin ¹⁾

Die Edukte und Produkte sind in Wasser verschieden gut löslich.

Außerdem wird beim CD- Verfahren die Säurezahl gesenkt, und man erhält eine gute Oxidationsstabilität. ¹⁾

Durch dieses Verfahren ist es möglich größere Mengen Biodiesel in kürzerer Zeit mit weniger Energieaufwand bei höherer Produktqualität zu erzeugen.

Der wesentliche Unterschied zwischen Fettsäuren und Fettsäuremethylestern liegt darin, daß der Transport der letzteren wesentlich einfacher ist, weil die Fettsäuremethylester im flüssigen Zustand vorliegen, nicht so wie die Fettsäuren, die auch in fester Form vorliegen können. Ein weiterer Vorteil, in Bezug auf den Transport und die Lagerung, ist, daß bei den Fettsäuremethylestern die saure Eigenschaft des Moleküls nicht mehr vorhanden ist, da sich aus der Carboxylgruppe der Fettsäure die Estergruppe mit der Esterbindung gebildet hat. Diese weist grundlegend andere Eigenschaften als die Carboxylgruppe auf, die v.a. als Protonendonator dient und korrosiv wirkt. ²⁾

CFPP: Grenzwert der Filtrierbarkeit: er ist ein Maß für die Wintertauglichkeit des Kraftstoffs. Dieser kann durch die Zugabe von Additiven verändert werden. Aus diesem Grund ist Diesel bis zu -20°C wintertauglich.¹⁾

Der Heizwert von Diesel beträgt 42,8 MJ/kg, der von RME ca. 36,8 MJ/kg. ²⁾

4.4. Abgaswerte

Bei bisherigen Tests hat man folgendes festgestellt:

• Verbrennt man Biodiesel, so werden eindeutig weniger Schadstoffe emittiert, als wenn man herkömmlichen Diesel verbrennen würde. Es tritt nur bei den Stickoxiden ein geringfügiger Anstieg auf. Durch die Kombination von Biodiesel mit einem Oxidationskatalysator (Oxikat) lassen sich noch bessere Werte erzielen.
• Dabei muß man auch berücksichtigen, ob man mit Diesel Direkteinspritzern oder Kammermotoren arbeitet, denn mit Kammermotoren kann man wesentlich niedrigere Emissionswerte erhalten als mit Direkteinspritzern.

Vergleich der Schadstoff Emissionen¹⁾

Diesel- Biodiesel (RME) ohne und mit Katalysator

In den Partikeln sind u.a. organisch lösliche Anteile enthalten, zu denen auch die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe zählen, die zum großen Teil nachgewiesen stark krebserregend sind. Diese Emissionen sind bei RME im Vergleich zu Diesel deshalb so gering, weil Biodiesel keine aromatischen Bestandteile hat. Zunehmend wichtig ist auch die Emission von Aldehyden und Ketonen, die zum Teil eine nicht unerhebliche toxische Wirkung haben. Zwar steigt der Ausstoß von Aldehyden etwas beim RME Betrieb an, aber durch einen Oxidationskatalysator kann man dies wieder ausgleichen. ²⁾

Vergleich: Diesel- RME Direkteinspritzer - RME Kammermotor¹⁾

"Die Auswertung von Messungen an 54 unterschiedlichen Motoren ergab" obiges "Bild für die Schadstoffe im Vergleich zum Diesel- Betrieb in %."¹⁾

Die Ruß-Emission kann auch deutlich abgesenkt werden.

Damit dürfte es keine Frage mehr sein, welcher Kraftstoff zu bevorzugen ist.

Noch dazu hat man beim RME den Vorteil, daß man keine zusätzlichen CO₂ Emissionen verursacht, weil man in diesem Fall einen geschlossenen Kreislauf hat. Die Rapspflanze nimmt bei der Photosynthese CO₂ auf, woraus sie mit Hilfe von anderen Stoffen die unterschiedlichsten organischen Verbindungen herstellt, u.a. auch die Triglyceride des Rapsöls. Diese werden vom Menschen umgeestert, und schließlich kommt der Kohlenstoff als das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid wieder in die Luft zurück. Man hat kein zusätzliches Kohlenstoffdioxid dem natürlichen Kreislauf des Kohlenstoffs zugeführt, wie es beim Verbrennen der herkömmlichen Energieträger der Fall ist.

Somit ist die Verwendung von Biodiesel eine Form der indirekten Nutzung der Sonnenenergie und letztendlich eine umweltschonende Alternative zu mineralischem Diesel.

Biodiesel ist aus natürlichen Rohstoffen hergestellt. Das hat zur Folge, daß es leicht biologisch abbaubar (in 5 Tagen zu 95%)¹⁾ ist, im Gegensatz zu mineralischem Diesel, das nur schwer von der Natur abgebaut werden kann, falls es einmal irgendwo ausfließt. Rapsöl müßte man nicht aus entfernten Gebieten, wie man es mit Erdöl tun muß, mit Schiffen oder Pipelines, die sinken oder ein Leck bekommen könnten, einführen. Weder RME noch Rapsöl stellen eine so große Belastung für die Umwelt dar, wie Erdöl oder dessen Folgeprodukte.

"Biodiesel ist ungefähr so gefährlich wie Salatöl. Bei Erzeugung, Lagerung und Transport tritt keine Gefährdung des Menschen auf. Biodiesel dampft nicht aus, ist nicht giftig und wird biologisch rasch abgebaut. Die Vorteile gehen bei der Beimengung" -also, Vermischung mit mineralischem Diesel in irgendeinem Verhältnis - "verloren. In Grundwasserschutzgebieten, auf Binnenseen und Flüssen, in Schigebieten und auf Gletschern ist reiner Biodiesel der ideale Kraftstoff." ²⁾

Es wurde oft kritisiert, daß beim Anbau des Rapses zuviel Lachgas N₂O anfällt. Dies ist deswegen ein nicht unbedeutender Aspekt, weil Lachgas ein Gas ist, das mit den anderen Klimagasen den Treibhauseffekt verursacht. Es wird zwar in wesentlich geringeren Mengen freigesetzt, aber es ist 270mal wirksamer als CO₂. Man hat den CO₂- Gleichwert (CO_2eq) eingeführt, womit die Wirkung der Treibhausgase auf CO₂ umgerechnet wird. ³⁾

" Wird 1 Liter Dieselkraftstoff durch Biodiesel ersetzt, so vermindert sich die Emission von Klimagasen unter Berücksichtigung der Nebenprodukte um 3,5 bis 3,9 kg CO_2eq je Liter ersetzten Fossilkraftstoffes" ⁴⁾

Im Boden sind überall Bakterien enthalten, die den molekularen Stickstoff in Formen umwandeln, in denen es die Pflanzen aufnehmen können. Dabei entsteht als Nebenprodukt auch Lachgas. Lachgasemissionen sind von vielen Faktoren abhängig, u.a. dem Typ des Düngers, dem Bodentyp, dem ph-Wert des Bodens und den Klimaverhältnissen. Bei verschiedenen Messungen wurde ermittelt, daß der Rapsanbau für keine erhöhten Lachgasemissionen sorgt. ²⁾

"In einem Globalversuch konnte nachgewiesen werden, daß die Mutagenitätsrate (das Auftreten von Änderungen am Erbgut) bei Bakterien und Pilzen, die Motorabgasen ausgesetzt werden, deutlich niedriger liegt, wenn diese aus der Verbrennung von BIODIESEL stammen". ³⁾

Biodiesel hat eine deutlich positive Energiebilanz. Die Herstellung des RME mit den anfallenden Nebenprodukten liefert 2,5 bis 3mal soviel Energie, wie insgesamt hineingesteckt werden muß.⁴⁾

Mit Hilfe der Sonnenenergie und der Rapspflanze sind wir in der Lage, Diesel durch Biodiesel, synthetisches Glycerin durch natürliches Glycerin und Sojaschrot, das energie- und transportaufwendig ist, durch Rapsschrot zu ersetzen. Außerdem erhält man noch Rapsstroh, das sowohl energetisch als auch thermisch genützt werden kann. ²⁾

Einer Schätzung zufolge wurden 1994 in Europa ungefähr 400.000 Tonnen Methylester produziert und abgesetzt. Davon waren höchstens 30.000 t Biodiesel (zumeist in Deutschland) und der Rest wurde als Heizöl oder in der Oleochemie verwendet.

Für das Jahr 1997 hat man mit einer Produktion von 800.000 t Methylestern insgesamt gerechnet, wovon 210.000 t auf Biodiesel, das v.a. in Deutschland und Frankreich hergestellt wird, entfallen sollen.

Momentan steht aber einer weiteren Verbreitung des Biodiesels das sogenannte "Blair House" Abkommen im Weg. Dies ist ein Abkommen zwischen der EU und den USA innerhalb des GATT, das besagt, daß in Europa ungefähr 1,0 Millionen Tonnen (genau: 1 Million t Sojaschrotäquivalent) Pflanzenöle der technischen Verwendung zugeführt werden können. ¹⁾

Rein theoretisch könnte man in Deutschland ca. 1.000.000 Hektar für den Anbau von Ölpflanzen verwenden. Wenn man durchschnittlich mit einem Ölertrag von 1200kg/ ha rechnet, würde das bedeuten, daß rund 27% der Nettoeinfuhr von Dieselkraftstoff bzw. 9% des Nettoimports von Mineralölerzeugnissen ersetzt werden können. ²⁾

Übrigens beabsichtigt die EU-Komission, bis zum Jahr 2005 einen Marktanteil von 5% für Biokraftstoffe durchzusetzen. Diese Kraftstoffe sollten laut der Komission zunächst nicht oder nur geringfügig besteuert werden.¹⁾

Dabei darf man nicht außer Betracht lassen, daß man durch Züchtung oder auch mit Hilfe der Gentechnik die Ernteerträge noch steigern kann.

Die erste Biodieseltankstelle Deutschlands wurde schon im Dezember 1991 in Niedersachsen eröffnet. ³⁾

Die Nachfrage nach Biodiesel steigt fortlaufend an, weil immer mehr Fahrzeughersteller ihre Fahrzeuge für den Betrieb mit Biodiesel freigeben. Inzwischen gibt es schon über 500 Tankstellen in ganz Deutschland, wo Biodiesel getankt werden kann.

Produktionsanlagen über ganz Deutschland verteilt, mit einer Jahreskapazität von insgesamt ca. 300.000 Tonnen Biodiesel, sind entweder geplant oder im Bau. Eine Anlage mit einer Jahreskapazität von 60.000 Tonnen ist bereits in Leer in Ostfriesland im Betrieb. ⁴⁾

Betriebswirtschaftlich gesehen macht es für den Durchschnittsverbraucher keinen Unterschied, ob er mit Diesel oder mit Biodiesel fährt, weil die Kosten pro Liter im selben Bereich liegen. Kritischer zu beurteilen ist es, wenn bei einem älteren Modell die Umstellung auf RME mit Kosten verbunden ist, weil manche Leitungen und Dichtungen ausgewechselt werden müssen. Betriebswirtschaftlich bemerkt wird die Emissionsverminderung erst, wenn sie den Passagieren in Bussen oder Taxen zugute kommt. Hierzu muß aber auch ein Oxidationskatalysator vorhanden sein, allein schon, um den Geruch zu neutralisieren. ⁵⁾

Manche Taxifahrer haben schon die Erfahrung gemacht, daß sie neue Kunden gewonnen haben, weil sie mit Biodiesel fahren. Es ist ein gutes Werbemittel. Man spart aber einiges an Kosten ein, weil RME zu fast 100% schwefelfrei ist, was die Lebensdauer der Auspuffanlage erhöht. ¹⁾

Außerdem wird durch den hohen Sauerstoffgehalt die Schmierfähigkeit erhöht, wodurch der Verschleiß um 60% reduziert wird. ²⁾

Vom volkswirtschaftlichen Standpunkt aus hat Biodiesel auch einige positive Effekte. Die Landwirtschaft erhält eine zusätzliche Aufgabe und kann einen völlig neuen Markt erschließen, wodurch die Agrarpolitik ihre Ausgaben senken kann. Es werden Arbeitsplätze gesichert und neue geschaffen, da die Landwirte, Arbeitskräfte, die den Landwirten die Saat zur Verfügung stellen, und andere Arbeitskräfte, die das landwirtschaftliche Produkt weiterverarbeiten, gebraucht werden. Weiterhin spart man Kosten beim Umweltschutz durch die niedrigeren Emissionen ein. Ein Teil der Dieselimporte kann auch gestrichen werden, sowie ein Teil des Einfuhrs an Glycerin oder an Ölkuchen, das als Futtermittel dient. Ebenso von Vorteil ist, daß durch die Verwendung von RME Deutschland nicht mehr so stark von den Erdölimporten anderer Länder abhängig ist. Auf Biodiesel müssen, im Gegensatz zu mineralischem Diesel, keine Steuern gezahlt werden. Das bedeutet einen Einnahmeverlust von 62 Pfennig pro Liter. Die Einnahmen, die dem Staat dadurch entgehen, erhält man zu 70% zurück, da neue Arbeitsplätze geschaffen werden. Diese neueingestellten Arbeiter zahlen Steuern und verhelfen dem Staat zu zusätzlichen Einnahmen und müssen nicht subventioniert (Arbeitslosengeld, Sozialhilfe, etc.) werden. ³⁾

RME kann ohne Probleme transportiert und gelagert werden. Es bereitet keinen großen Aufwand, und es gibt keine so strenge Auflagen wie bei mineralischem Dieselkraftstoff.

Es zählt nicht als Gefahrengut, und deshalb finden die Vorschriften der Gefahrengutverordnung Straße (GGVS) auf RME keine Anwendung. Biodiesel unterliegt auch nicht den Vorgaben der "Verordnung brennbare Flüssigkeiten" (VbF). Laut der Definition dieser Verordnung unterliegt eine Flüssigkeit den Bestimmungen der VbF nicht, falls ihr Flammpunkt deutlich über 100°C liegt. Der Flammpunkt von RME liegt normalerweise über 150°C. Damit kann man RME wesentlich leichter lagern als Kraftstoffe mineralischen Ursprungs.

In Deutschland zählt man Biodiesel zu den geringfügig wassergefährdenden Stoffen, in Frankreich wird es sogar als Lebensmittel eingestuft.

Man transportiert Biodiesel wie auch andere Kraftstoffe in Tankfahrzeugen, die aber nicht irgendwelchen Fahrwegbestimmungen unterliegen, weil RME nicht zu den Gefahrengütern gehört und auch nicht als ein Gefahrengut gekennzeichnet werden muß.

Für die Lagerung werden die üblichen doppelwandigen Tanks benötigt, wobei man bei einer Innenbeschichtung der Tanks sichergehen sollte, daß sie RME- beständig sind. Tanks, deren Rauminhalt nicht 5000 Liter überschreitet, sind nicht genehmigungs-pflichtig, man braucht nur eine Nutzungserlaubnis.

Man kann die Tankanlage ohne gesetzlich vorgeschriebene Abstände zu anderen Gegenständen aufstellen, weil Biodiesel nicht der VbF unterliegt. Geachtet werden muß vor allem darauf, daß die Abfüllplätze undurchlässig sein müssen. Dies bedarf aber keines Nachweises, wie bei mineralischen Treibstoffen. Sehr verbreitet werden deshalb Tankanlagen in Hallen aufgestellt, weil man mit einer Halle allen Erfordernissen gerecht werden kann, wobei man noch zusätzlich vom Wetter unabhängig ist.

Ohne besondere Maßnahmen und Genehmigungen kann eine Umstellung einer Tankanlage von Diesel auf RME erfolgen. Man empfiehlt jedoch eine Tankreinigung und einen Wechsel des Filters innerhalb der ersten Tage. ¹⁾

Während eines Großversuchs konnte festgestellt werden, daß bei ordnungsgemäßer Lagerung die Kraftstoffqualität nicht beeinflußt wird. Dies gilt auch für eine längere Lagerungszeit. ²⁾

In vielen Straßenversuchen, die in den letzten Jahren durchgeführt wurden, konnte man feststellen, daß Biodiesel grundsätzlich problemlos in alltäglichen Dieselmotoren einsatzfähig ist, sofern ein Kraftstoffsystem verwendet wird, daß RME standhält. Die bisher genannte Umweltfreundlichkeit und die positiven Fahreigenschaften konnten in diesen Versuchen zumeist bestätigt werden.

Inzwischen gibt es über 1000 Taxis in Deutschland, die mit RME betrieben werden, wovon manche schon über 130.000 km zurückgelegt haben - ohne Probleme. Der Bundes-Zentalverband Personenverkehr, Taxi und Mietwagen e.V. empfiehlt sämtlichen Taxi- und Mietwagenunternehmern, ihre Flotte auf Biodiesel umzurüsten. ¹⁾

(Angaben in %, Diesel = 100%)

Vergleich von Diesel und RME

Man hat bei diesem Pilotversuch auch festgestellt, daß der Mehrverbrauch gar nicht so hoch ist, wie man dies wegen des niedrigeren Heizwertes angenommen hat. Dies ist auf den höheren Wirkungsgrad beim Betrieb mit RME zurückzuführen. Weiterhin fand man dort heraus, daß bestimmte Elastomere sowie Lacke auf Kunstharzbasis und einige andere Lacke für die Verwendung mit RME nur beschränkt geeignet oder ganz ungeeignet sind. Seit einiger Zeit bieten auch die bekanntesten Hersteller von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen für Biodiesel freigegebene Modelle an. ³⁾

Im Bundesland Mecklenburg- Vorpommern betreibt man derzeitig auf einem See elf Fischerboote mit Biodiesel. Die Manövrierfähigkeit, die Zuverlässigkeit und der Kraftstoffverbrauch werden als gut bezeichnet. Man muß nur darauf achten, daß beim Betrieb mit Biodiesel das Schmieröl stärker verdünnt wird als beim Betrieb mit mineralischem Diesel. Dementsprechend muß man die Ölwechselintervalle verkürzen.⁴⁾

Insgesamt konnte in vielen Versuchen nachgewiesen werden, daß der Einsatz von Biodiesel in Fahrzeugen sowie in landwirtschaftlichen Maschinen ohne großen Aufwand zu verwirklichen ist.

In den kommenden Jahren wird die Verwendung von den verschiedensten nachwachsenden Rohstoffen auf den meisten Anwendungsgebieten aller möglichen Industriezweige ansteigen.

Eine besondere Bedeutung kann hierbei auch der Rapspflanze zugeteilt werden. Aus ihr kann, dank modernster Technologie, ohne viel Aufwand Biodiesel hergestellt werden, das in der Zukunft zu einem wichtigen Energieträger werden kann. Man kann Biodiesel ohne weiteres als eine gute Alternative zu mineralischem Diesel bezeichnen, denn auch ein herkömmlicher Dieselmotor kann mit Rapsölmethylester betrieben werden. Der Motor läuft wegen der relativ höheren Cetanzahl ruhiger, und der Verschleiß des Motors wird erheblich gesenkt.

Durch den erheblich geringeren Schadstoffausstoß, der mit Hilfe eines Oxidationskatalysators nochmals stark abgesenkt werden kann, wird die Umwelt entlastet. Dazu trägt auch die leichte biologische Abbaubarkeit wie der fast geschlossene Kreislauf des Kohlenstoffs bei. Zwar wird von einigen schädlichen Stoffen auch mehr emittiert, aber die Gesamtumweltbilanz fällt positiv aus.

Ähnlich ist es mit der Energiebilanz. Es kommt ungefähr 2,5mal mehr Energie heraus, als insgesamt hineingesteckt werden mußte.

Es treten weder Transport- noch Lagerungsprobleme auf. RME ist sogar einfacher zu handhaben, weil die Vorschriften für Diesel nicht für Biodiesel gelten.

Die Verwendung von Biodiesel ist fast kostenneutral, denn es hat einen niedrigeren Literpreis als Diesel, aber es tritt ein geringfügiger Mehrverbrauch ein. Die maximal mögliche Leistung nimmt auch etwas ab. Zu achten ist nur darauf, daß Schläuche und Dichtungen RME- beständig sein sollten. Die Kosten einer Umrüstung liegen meistens zwischen 200 und 1000 DM.

Es wurden auch schon etliche Versuche durchgeführt, wo Biodiesel in den meisten Fällen positiv beurteilt wurde.

Ein Problem ist, daß zur Zeit nicht genügend Biodiesel produziert werden kann, um den mineralischen Dieselkraftstoff völlig zu ersetzen. Zwar hat sich der Absatz von RME von 1994 bis 1996 verdoppelt, aber die Anbauflächen für Raps reichen nicht aus.

Abschließend kann man sagen, daß Biodiesel dem herkömmlichen Diesel in vielen Punkten weit überlegen und deshalb auch vorzuziehen ist.

Abb. 27.1. Vergleich eines Fettsäuremethylesters mit Cetan ¹⁾

Ich erkläre hiermit, daß ich die Facharbeit ohne fremde Hilfe angefertigt und nur die im Literaturverzeichnis angeführten Quellen und Hilfsmittel benützt habe. Die Stellen der Arbeit, die anderen Werken dem Wortlaut oder dem Sinne nach entnommen wurden, sind in jedem einzelnen Fall unter Angabe der Quelle als Entlehnung kenntlich gemacht. Dies gilt auch für gelieferte Zeichnungen. Tabellen, Schemata und bildliche Darstellungen.

München, den 02. Februar 1998 .................................................

(Unterschrift)