Geschrieben von: Michael Pankratius

Einleitung
Biokraftstoffe sind flüssige oder gasförmige Kraftstoffe, die aus Biomasse gewonnen und für den Betrieb von Verbrennungsmotoren genutzt werden. Sie kommen als Reinkraftstoffe und als Beimischungen zu fossilen Kraftstoffen zum Einsatz.
Nachwachsende Rohstoffe wie Getreide, zucker- und stärkehaltige Pflanzen sowie Ölpflanzen dienen als Biomassequelle. Die bekanntesten Formen der Biokraftstoffe sind: Biodiesel, Biogas, Pflanzenöl- Kraftstoff, Btl (Biomass-to-liquid).
Intention der Biokraftstoffförderung ist, die Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen (Erdöl). Dies kann nur geschehen, wenn Biomasse nachhaltig angebaut und genutzt wird. Nachwachsende Rohstoffe müssen die Möglichkeit zur natürlichen Regeneration haben, so dass sie auch von folgenden Generationen genutzt werden können.

Biokraftstoffe der 1. Generation
Diese Gruppe nutzt nur einen kleinen Teil der Pflanze zur Energiegewinnung und steht in direkter Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Zu den Biokraftstoffen der 1. Generation gehören Pflanzenöle, Planzenölmethylester und Ethanol auf Basis von Zucker und Stärke. Ölhaltigen Pflanzen werden durch Auspressen und Verestern zu Diesel verarbeitet, die zuckerhaltigen durch Vergärung zu Ethylalkohol. Die CO2 Bilanz wird bei diesem Prozess nicht verbessert, da die Erzeugung eine große Menge fossiler Kraftstoffe benötigt.

Biokraftstoffe der 2. Generation
Bei dieser Gruppe wird fast die ganze Pflanze inklusive Zellulose verwendet. Grundstoffe sind organische Abfälle wie Stroh, Holzreste, Abfallprodukte aus der Agrarwirtschaft und minderwertiges Waldholz. Dazu kommen schnell wachsende Pflanzen und Holzsorten, die auch auf landwirtschaftlich unbrauchbaren und nicht genutzten Feldern angebaut werden können. Somit steht der Anbau nicht in unmittelbarer Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Zusätzlich besteht die Möglichkeit mit diesen Kraftstoffen die CO2 Bilanz zu verbessern.
Zu den Biokraftstoffen der 2. Generation gehören: Bioethanol aus Lignozellulose, Btl- Kraftstoffe (Biomasse to liquid, synthetischer Kraftstoff), Biogas (Methan) und Bio- Wasserstoff.

Übersicht über Kraftstoffe

Biodiesel
Biodiesel ist ein Fettsäuremethylester (FAME) und wird durch die Umesterung von Pflanzenöl mit Methanol hergestellt, wobei sich rund 10 % des Raps- Öls als Glyzerin abtrennt und durch fossiles Methanol ersetzt wird.
Auch der Name Rapsölmethylester (RME) ist gebräuchlich.
In Deutschland überwiegt die Produktion mit Rapsöl, jedoch sind die Flächen bereits erschöpft. Auch die Produktion mit Altspeise- und Tierfetten sowie anderen Ölpflanzen (Palm- und Sojaöl) ist möglich.

Stärken:

• Genormt (B5, B100) und bereits am Dieselmarkt etabliert
• Ausgereifte Technologie, Verwendung als Beimischung ohne technische/logistische Probleme
• Reduktion von Partikelemissionen bei B100 auch ohne Partikelfilter

Schwächen:

• Verwendung als B100 hat wenig Zukunftsperspektive im Pkw- Bereich
• Imageprobleme wegen schwankender Qualität
• Begrenztes Rohstoffpotential und gering ha- Erträge
• Fossiles Methanol für Produktion nötig

Bioethanol
Bioethanol ist der weltweit am meisten verbreitete Biokraftstoff und wird aus zucker-, stärke- und zellulosehaltigen Pflanzen gewonnen, aber auch aus Reststoffen und Abfällen.
Am häufigsten wird der nachwachsende Rohstoff Zuckerrohr (südliche Hemisphäre) oder Getreide und Mais (nördlich) als Rohstoffbasis benutzt.
Auf biochemischem Wege wird Bioethanol durch Vergärung (Fermentation) zuckerhaltigen Materials gewonnen.
Die CO2 Bilanz ist aufgrund der Verwendung biogener Rohstoffe weitgehend neutral.
In normalen Ottomotoren kann eine Beimischung zum Benzin bis zu 15 % erfolgen.
Bioethanol kann Benzin zu 85 % substituieren, allerdings unterscheiden sich die chemischen Eigenschaften, so dass eine Anpassung der Fahrzeugmotoren erforderlich ist. Flexible-Fuels-Vehicles (FFV) können mit diesem Bioethanol (E85) betrieben werden.

Stärken:

• Hohe Erträge/ha bei Zucker
• Verschiedene Einsatzoptionen (Oktanzahlverbesserer)
• Heimisches Rohstoffpotential groß
• Ausgereifte Technologie, Deutschland bei FFV führend
• In Brasilien ist Bioethanol mit Benzin konkurrenzfähig

Schwächen:

• Technische Anpassung erforderlich (Dampfdruck, Wasser)
• Beimischungskosten der Mineralölindustrie
• Wenn die Beimischung größer als 10 % ist, dann ist eine eigene Tankstelleninfrastruktur erforderlich
• Schrumpfender Ottokraftstoffmarkt
• Europäische Ethanolproduktion nicht wettbewerbsfähig mit brasilianischem Markt

Reines Pflanzenöl
Die Verwendung von Pflanzenölen als Kraftstoff ist momentan noch ein Nischenmarkt in Deutschland. Reines Pflanzenöl von Raps, Sonneblumen, Soja oder Palmpflanzen kann in unveränderter Form in ungerüsteten Dieselmotoren zum Einsatz kommen, momentan beschränkt sich der Einsatz jedoch auf den gewerblichen Schwerlastverkehr.

Stärken:

• Technologisch unkompliziertes Herstellungsverfahren
• Biologische Abbaubarkeit
• Geringe Herstellungskosten
• Gute CO2 Bilanz, niedrige CO2 Vermeidungskosten

Schwächen:

• Im Pkw Bereich kaum Zukunftschancen
• Bisher nur Herstellerfreigabe bei Lkws (MAN)
• Problematisch bei Einsatz moderner Abgasnachbehandlung (Partikelfilter)
• Begrenztes Rohstoffpotential, allerdings Importe möglich

Bioethanol Lignozellulose

Dieser Kraftstoff wird aus pflanzlichen Abfällen und Resten, wie Gras, Stroh und Holz,  hergestellt. Wie herkömmlicher Bioethanol ist es ein Ottokraftstoff, der durch Vergärung von pflanzlichen Rohstoffen gewonnen wird. Die Herstellung von Lignozellulose- Ethanol befindet sich in der Entwicklung. Die Technologie ist noch nicht auf dem Markt.

Biogas
Biogas ist eine regenerative Alternative zur Nutzung fossilen Erdgases. Sobald gleiche Qualität garantiert wird, kann ohne weitere technische Anpassung Bio-Methan in Erdgasfahrzeugen eingesetzt werden.
Als Rohstoff für Biogas dienen nachwachsende Rohstoffe, wie Energiepflanzen, organische Abfallstoffe, Gülle und Nebenprodukte aus der Verarbeitung von Agrarrohstoffen. Diese können einzeln oder in Kombination verwendet werden, so dass in großes Substratpotential zur Verfügung steht.
Biogas besteht zu 55 % aus Methan und einem wesentlichen Bestandteil Kohlendioxid.
Bei der Biogasaufbereitung werden Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff entfernt und das verbleibende Produkt verdichtet.
Biomethan trägt zu einer neutralen CO2 Bilanz bei, da das durch die Verbrennung freiwerdende CO2 nur dem vorher durch Pflanzen gebundene CO2 entspricht.
Die Verbreitung geschieht momentan nur durch Pilotprojekte.

Biomasse to liquid (Btl)
Btl- Kraftstoffe sind synthetische Kraftstoffe, deren Bestandteile genau auf die Anforderungen moderner Motoren zugeschnitten werden. Daher wird häufig die Bezeichnung Designerkraftstoff verwendet. Btl ist eine recht neue Art des Kraftstoffs und noch nicht auf dem Markt erhältlich.
Prinzipiell kann Btl aus jeder Art von Biomasse mittels thermochemischer Umwandlung und anschließender Synthese gewonnen werden. Im ersten Schritt handelt es sich um Vergasung der  Biomasse zu Synthesegas (CO2 + H2) Im zweiten Schritt wird das Synthesegas zu Kohlenstoffen mit der gewünschten Kettenlänge synthetisiert.
Holz eignet sich sehr gut für die Produktion. Weniger geeignet sind feuchte Biomasse und Masse mit geringer Dichte, wie z.B. Stroh.
Btl- Anlagen sind erst ab einem bestimmten Volumen wirtschaftlich rentabel, so dass im Falle einer Inbetriebnahme die Rohstoffversorgung und die Infrastruktur bereits sichergestellt sein müssen.

Biowasserstoff
Aus Biomasse oder durch lebende Biomasse hergestellter Wasserstoff (H2) gilt als der Energieträger der Zukunft. Wasserstoff hat eine hohe Dichte, ist unbegrenzt verfügbar und gewährleistet eine saubere Verbrennung zu Wasser.
Die Probleme sind die unsichere Speicherung und Transportmöglichkeiten sowie die wirtschaftliche Produktion.
Wasserstoff kann biotechnisch durch anaerobe Bakterien produziert werden, durch feuchte Biomasse und durch viele andere Prozesse, an denen momentan eifrig geforscht wird.
Noch befinden sich sämtliche Projekte in der Pilotphase.

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Quellenangabe:

Basshuysen, Dr.-Ing. E.h. Richard van., Schäfer, Prof. Dr.-Ing. Fred (2010): Biodiesel, Motorlexikon, REIMEDIA GmbH

Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e. V. (2010): Biokraftstoffe, www.bio-kraftstoffe.info, aufgerufen am 9.3.2010

Kaltschmitt, M. (2009): Energie aus Biomasse, Springer Verlag

Schmitz, N. (2007): Biodiesel, Pflanzenöl, Ethanol – Bestandsaufnahme und ökonomische Perspektiven in Deutschland, aus agrar spectrum Band 40, DLG e.V

Schmitz, P. Michael., et al. (2008): Potenziale der Bioenergie, DLG e.V.

Vorlop, K., et al. (2007):  Biokraftstoffe – technologische Perspektiven, aus agrar spectrum Band 40, DLG e.V.

Weiland, P. (2007): Biogas – Stand und Perspektiven der Erzeugung und Nutzung in Deutschland, aus agrar spectrum Band 40, DLG e.V.

Weitz, M. (2006): Biokraftstoffe - Potenzial, Zukunftsszenarien und Herstellungsverfahren im wirtschaftlichen Vergleich, Diplomica Verlag

Geschrieben von Michael Pankratius