Der Biodiesel-nachhaltiges Treibstoffsubstitut? - Lukas Pfeifer - Praxisteil: Herstellung verschiedener Biodiesel und
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Bischöfliches Gymnasium Paulinum Schwaz
Der Biodiesel-
nachhaltiges
Treibstoffsubstitut?
Praxisteil: Herstellung verschiedener Biodiesel und
ihre Analyse
Fachbereichsarbeit aus Chemie
VORGELEGT BEI
Mag. Thomas Heinzel
Lukas Pfeifer
2007/2008
Inhaltsverzeichnis
1. Vorwort............................................................................................... Seite 4
2. Einleitung............................................................................................ Seite 5
2.1. Klima und Umweltschutz in der EU............................................................... Seite 5
2.2. Die Gemeinsame Agrarpolitik (GAP) der EU................................................ Seite 6
2.2.1. Die Reform der GAP im Jahre 1992............................................................... Seite 7
2.2.2. Die Flächenstilllegungsquote.......................................................................... Seite 7
2.2.3. Das Blair-House-Abkommen.......................................................................... Seite 8
2.3. Besteuerung von Biodiesel..............................................................................Seite 8
3. Hauptteil.............................................................................................. Seite 9
3.1. Synthese.......................................................................................................... Seite 9
3.2. Eigenschaften des Biodiesels.......................................................................... Seite 9
3.3. Rapsanbau/Biodieselproduktion in der EU…................................................. Seite 12
3.4. …und in Österreich......................................................................................... Seite 13
3.5. Bewertung der Wertschöpfungskette Biodiesel.............................................. Seite 14
3.5.1. Ökonomische Bewertung................................................................................ Seite 14
3.5.2. Ökologische Bewertung.................................................................................. Seite 14
3.5.2.1. Herstellung...................................................................................................... Seite 15
3.5.2.2. Verbrauch........................................................................................................ Seite 16
3.6. Auftretende Probleme......................................................................................Seite 17
3.6.1. Anbau.............................................................................................................. Seite 17
3.6.1.1. Verteuerung der Lebensmittel......................................................................... Seite 17
3.6.1.2. Abholzung des Regenwaldes...........................................................................Seite 18
3.6.2. Mindereinnahmen durch Subventionspolitik.................................................. Seite 18
3.6.3. Verbraucherrisiken.......................................................................................... Seite 18
3.6.3.1. Probleme bei Nichteinhalten der Qualitätsnorm............................................. Seite 19
3.6.3.2. Beachtenswertes beim Umstellen des Kfz auf Biodiesel................................ Seite 20
3.7. Alternativen zum Biodiesel............................................................................. Seite 21
2
3.7.1. Bioethanol....................................................................................................... Seite 21
3.7.1.1. Herstellung...................................................................................................... Seite 21
3.7.1.2. Eigenschaften.................................................................................................. Seite 22
3.7.1.3. Potential...........................................................................................................Seite 23
3.7.2. Biomass to Liquids (BtL)................................................................................ Seite 24
3.7.2.1. Herstellung...................................................................................................... Seite 24
3.7.2.2. Eigenschaften.................................................................................................. Seite 25
3.7.2.3. Potential...........................................................................................................Seite 25
3.7.3. H2-Auto............................................................................................................Seite 26
3.7.3.1. Bereitstellung des H2....................................................................................... Seite 26
3.7.3.2. Antriebssysteme.............................................................................................. Seite 27
3.7.3.3. Wasserstoffspeicherung...................................................................................Seite 28
3.7.3.4. Potential...........................................................................................................Seite 29
3.8. Fazit................................................................................................................. Seite 30
Anhang
1. Praxis............................................................................................................... Seite 31
1.1. Biodiesel zum Selbermachen.......................................................................... Seite 31
1.2. Ergebnisse....................................................................................................... Seite 35
1.3. Fazit................................................................................................................. Seite 46
2. Bildanhang....................................................................................................... Seite 48
3. Quellenverzeichnis.......................................................................................... Seite 52
3.1. Internetquellen.................................................................................................Seite 52
3.2. Weitere Quellen...............................................................................................Seite 54
Abbildungen
Abb. 1 Schematische Darstellung des Umesterungsverfahrens................................... Seite 9
Abb. 2 Vergleich von Energiegehalt und Verbrennungseffizienz............................... Seite 10
Abb. 3 Eigenschaften des Biodiesels........................................................................... Seite 10
Abb. 4 Eigenschaften des E85..................................................................................... Seite 23
Abb. 5 Wasserstoffspeichersysteme.............................................................................Seite 29
Abkürzungen
CO2: Kohlendioxid
NOx: Stickoxid
N2O: Lachgas
RME: Rapsölmethylester, oft synonym für Biodiesel
FAME (fatty acid methyl ester): Fettsäuremethylester
3
1. Vorwort
Schon recht früh in meiner Kindheitsentwicklung begann ich ein größeres Interesse an der
Chemie zu finden, als es den meisten Schülerinnen und Schülern innewohnt. Der Auslöser
hierfür war ein Besuch des technischen Museums in München, im Rahmen dessen ich das
Glück hatte, von einem zufällig anwesenden Professor der dortigen Universität durch den, die
Chemie betreffenden, Teil des Museums geführt zu werden. In den folgenden Jahren wurde
dieses Interesse, durch den Schulunterricht einerseits und den regen Gebrauch von
Chemiekästen zur Durchführung einfacher Experimente andererseits, immer mehr geweckt.
Als ich mich in der 9. Schulstufe entschied, Chemie als vertiefendes Wahlpflichtfach für
zumindest einen Teil der Oberstufe zu wählen, dies aber mangels weiterer Teilnehmer nicht
zu Stande kam, beschloss ich quasi als Ersatz dafür, an der an unserem Gymnasium neu
angebotenen Chemieolympiade teilzunehmen, wobei es mir im letzten Jahr, nachdem ich
mich durch einen Sieg in der Landesausscheidung qualifiziert hatte, gelang, den 14. Platz in
der bundesweiten Konkurrenz zu belegen.
Dies gab auch meinem vorher schon gefassten Entschluss, eine Chemie-Fachbereichsarbeit zu
schreiben, Auftrieb, wobei ich mich begründet durch das Lesen der entsprechenden Artikel in
den Ausgaben Juli, August und September der Fachzeitschrift Spektrum der Wissenschaft und
durch Anraten meines Chemieprofessors Thomas Heinzel für das Thema „Der Biodiesel- eine
Treibstoffalternative?“ entschied.
Diese Arbeit hat, unterstützt durch den daran angeschlossenen Praxisteil, dessen Ergebnisse
an den entsprechenden Stellen eingearbeitet vorzufinden sind, zum Ziel das Produkt Biodiesel
von verschiedenen Seiten zu beleuchten und dem Leser dadurch zu erlauben, selbst ein Urteil
zu fällen.
Hierzu wird an deren Anfang eine ausführliche Beschreibung des Produktes Biodiesel zu
finden sein und im Anschluss daran die Wertschöpfungskette Biodiesel in ihrer Gesamtheit
betrachtet und ein Blick sowohl auf ihre ökologische als auch ihre ökonomische
Verträglichkeit geworfen. Als Einleitung dient dabei ein Rückblick auf die Entwicklung des
Rapsanbaus und der damit einhergehenden Produktion dieses alternativen Treibstoffs. Im
Schlussteil werde ich den Biodiesel mit einigen anderen Vertretern der Kraftstoffsubstitute
vergleichen.
4
2. Einleitung
Hier soll es in erster Linie darum gehen, warum in der Europäischen Union begonnen wurde,
Biodiesel und den damit verbundenen Rapsanbau als Alternative zum Diesel, der aus Erdöl
gewonnen wird, zum Einsatz zu bringen und in der Weise zu fördern, in der es heute der Fall
ist.
Hauptursächlich können folgende fünf Argumente angeführt werden, deren Zustandekommen
ich im Anschluss näher erläutern werde:1
1. Verringerung der Abhängigkeit von billigen Ölimporten, speziell aus Staaten, die sich
politisch in einer prekären Lage befinden.
2. Reduktion der hohen CO2 Emissionen, um einen Beitrag gegen den scheinbar
hauptsächlich davon ausgehenden Treibhauseffekt zu leisten.
3. Sicherung der Arbeitplätze in der Landwirtschaft.
4. Adäquater Umgang mit der endlichen Ressource Erdöl im Sinne der
Generationengerechtigkeit.
5. Landwirtschaftliche Nutzung von für die Nahrungsmittelproduktion nicht
verwendbaren Ackerflächen verbunden mit einer sinnvollen Auflockerung der
bestehenden Fruchtfolgen mit der speziell für Getreide exzellenten Vorfrucht Raps.
Wie wichtig Ersteres in Zukunft sein wird, merkten die Mitgliedsstaaten der EU spätestens
bei der ersten großen Ölkrise im Jahre 1973, als der Preis für das „Schwarze Gold“ plötzlich
auf das Vierfache anstieg. Daraufhin entschlossen sich viele, nationale Förderprogramme für
erneuerbare Alternativen zum meistgenutzten Energielieferanten Erdöl zu initiieren, um solch
drastischen Preissteigerungen ausgelöst durch Preisdiktate, Lieferungsengpässe, politische
Spannungen mit den Förderungsstaaten, aber auch durch Naturkatastrophen, die bedeutende
Förderungsgebiete bedrohten oder gar verwüsteten, besser begegnen zu können. Man denke
dabei zum Beispiel nur an die jüngsten Spannungen mit dem Iran um dessen
Urananreicherungsprogramm oder an den Hurrikan Rita, der im September 2005 die Küste
Louisianas mit ihrer hohen Dichte an Ölbohrplattformen und -raffinerien bedrohte.
2.1. Klima- und Umweltschutz in der EU
Wenige Jahre nach der oben erwähnten Ölkrise, gegen Ende der 70er, wurde die Menschheit
durch Ereignisse wie dem Waldsterben oder der zunehmenden Verschmutzung der Luft,
hervorgerufen durch die übermäßige Verbrennung von Erdöl bzw. Braunkohle, darauf
aufmerksam gemacht, dass es so nicht weiter gehen konnte. Der Umweltschutz musste einen
viel höheren Stellenwert bekommen und auch die Energieversorgung bedurfte einer
Modernisierung. Ersterem tat man durch die Einführung von obligatorischen Kfz-
Katalysatoren und einer Abgaswertbeschränkung für Kraftfahrzeuge Abhilfe. Zweiterem
begegnete man mit einer zunehmenden Verlagerung auf die Atomenergie, welche sich
1
Vgl. Kaup, F.: Nachhaltiger Energieträger Biodiesel?, S. 22
5
allerdings durch den dabei entstehenden radioaktiven Abfall als ebenso wenig
generationengerecht bzw. umweltfreundlich herausstellte.
In den 90ern folgten zwei weitere für den Klimaschutz sehr bedeutende Ereignisse: Die
Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung 1992 in Rio de Janeiro und
der Klimagipfel von Kyoto im Jahre 1997. Bei diesen zwei Treffen internationaler Politiker
und Experten wurde besonderes Augenmerk auf den hohen CO2-Ausstoß gelegt.
Bereits in Rio machten viele sich für eine erhebliche Reduktion des CO2-Ausstoßes, der
scheinbar einen Großteil des Treibhauseffektes verschuldete, stark. Diese Forderung wurde
jedoch alsbald durch die Weigerung einiger Industriestaaten zu Fall gebracht. So einigte man
sich im Jahre 1992 lediglich auf eine Stabilisierung des Kohlendioxidanteils in unserer
Atmosphäre auf einem Niveau, das als unbedenklich hinsichtlich schwererer
Beeinträchtigungen des Ökosystems Erde galt.2
In Kyoto aber trat wieder die alte Forderung nach einer Reduktion des CO2-Ausstoßes in den
Vordergrund und diesmal führte sie zum ersten völkerrechtlich verbindlichen Vertrag im
Sinne der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen, der am 16. Februar 2005 in Kraft
trat: dem so genannten Kyoto-Abkommen. Bis zu diesem Zeitpunkt hatten 136 Staaten das
Kyoto-Abkommen in ihren nationalen Parlamenten ratifiziert, nachdem dies durch weitere
Verhandlungen in Dan Haag und Bonn, die im Bonner Beschluss gipfelten, möglich
geworden war, andere wiederum wie zum Beispiel die USA und Australien3 hatten sich nach
ursprünglichem Mitwirken am neuen gemeinsamen Ziel aus dem Vertrag zurückgezogen.
Die EU verpflichtete sich damals zu einer Reduktion um 8 % im Jahre 2008 gegenüber 1990,
wobei die EU-Kommission 70 % als langfristiges Ziel festlegte. Um die Erfüllung dieser
Vorgabe zu gewährleisten, wurden folgende drei Dinge unternommen:
1. Die Einführung eines europäischen Emissionshandelssystems, welches am 1.1.2005,
also noch vor Inkrafttreten des Kyoto-Abkommens, Realität wurde.
2. 2001 wurde eine EU-Direktive entworfen, deren Aufgabe es ist, erneuerbare
Ressourcen und Wege der Energiegewinnung zu unterstützen.
3. Die so genannte Biofuels-Richtlinie, welche im November 2001 verabschiedet wurde,
sieht einen Beimischungsgrad von Biokraftstoff (Bioethanol, Biodiesel) zu allen Otto-
und Dieselkraftstoffmotoren von 2 % im Jahr 2005 vor, der sukzessive über 5,75 % im
Jahr 2010 bis zu 20 % im Jänner 2020 angehoben werden soll. Wichtig hierbei ist,
dass der reine Biokraftstoff bzw. dessen Mischungsanteil vollkommen steuerbefreit
angeboten werden kann. Dies gilt so lange, bis die Mitgliedsstaaten ihr jeweiliges
Umsatzziel erreicht haben.
2.2. Die Gemeinsame Agrarpolitik (GAP) der EU
In den folgenden Absätzen werde ich erläutern, warum die fünf oben genannten Gründe zwar
durchaus der Wahrheit entsprechen, jedoch keineswegs den Hauptgrund für die Entstehung
des Biodieselmarktes in seiner heutigen Form sind. Selbiger ist nämlich ausschließlich
agrarpolitischer Natur.
2
Vgl. http://www.nachhaltigkeit.info/artikel/weltgipfel_rio_de_janeiro_1992_539.htm
3
Trat nach Machtwechsel im Jahr 2007 auch bei.
6
Wie allgemein bekannt ist, beinhalteten die EWG-Verträge von 1957 auch die Gründung
einer Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP), woraufhin die wichtigsten die Landwirtschaft
betreffenden Kompetenzen auf Institutionen der EU übertragen wurden. Zu Beginn ihrer
Tätigkeit sah die GAP ihre Ziele hauptsächlich in der Einkommenssicherung und der
Unterstützung der landwirtschaftlichen Betriebe. So wurden an den EU-Außengrenzen
Schutzzölle auf Importware eingehoben, europäische Exportprodukte wurden mittels
Ausfuhrsubventionen konkurrenzfähig gemacht und last but not least führte die europäische
Gemeinschaft, wenn die vorher festgelegten Preise auf dem europäischen Binnenmarkt durch
Überproduktion unterschritten wurden, Interventionskäufe durch, um das ursprüngliche
Preisniveau wieder herzustellen. Ausgelöst durch diese Deficiency Payments
(Ausgleichszahlungen), die wie oben erwähnt mengengebunden waren, kam es in der EU
unterstützt durch den technischen Fortschritt zu immer größeren Überproduktionen.4 Auch für
Ölsaaten wie zum Beispiel Raps gab es einen solchen Richtpreis, der durch
Interventionskäufe gestützt wurde, was auch in diesem Sektor zu einem enormen Zuwachs der
Produktion führte. Die daraus resultierende erhöhte Umweltbelastung, durch den intensiven
Einsatz von Dünger und Pestiziden, verbunden mit den stetig steigenden Kosten für die
Gemeinschaft legten schnell eine Reformierung dieses Systems nahe.
2.2.1. Die Reform der GAP im Jahre 1992
Diese trat mit 1.7.1992 in Kraft und basierte hauptsächlich auf drei Grundsätzen:
1. Abschaffung der noch bestehenden Handelsbarrieren innerhalb der EU.
2. Aufrechterhaltung einer gemeinsamen Handelsaußengrenze zum Schutz des
Binnenmarktes.
3. Anteilsmäßige Aufteilung aller im agrarpolitischen Bereich anfallenden Kosten auf die
EU-Mitgliedsstaaten.
Weiters wurden die Preisstützungen und Interventionskäufe schrittweise abgeschafft und
durch direkte Einkommenstransfers ersetzt. Dies führte zu extensiven Formen des Anbaus, bei
denen nicht mehr die stetige Produktionssteigerung angestrebt wurde, wodurch die
Überproduktionen erheblich zurückgingen.5 Im Bereich der Ölsaaten sah man sich mit
vermindertem Einkommen plötzlich dem Weltmarkt ausgesetzt, weshalb die so genannten
flächenbezogenen Ausgleichszahlungen als Ersatz für die einstmaligen mengenbezogenen
Förderungen eingeführt wurden.
2.2.2. Die Flächenstilllegungsquote
Voraussetzung für den Erhalt dieser ursprünglich regional verschiedenen mittlerweile
allerdings vereinheitlichten finanziellen Unterstützung ist aber die Stilllegung eines jährlich
von der EU neu ermittelten Anteils der urbaren Ackerfläche. Dieser lag meist zwischen 5 %
und 15 %. Ausgenommen von dieser Regelung war nur der Anbau von Non-Food-Produkten
wie zum Beispiel Non-Food-Raps zur Biodieselproduktion.6 Für das angebaute Produkt
musste allerdings schon im Vorhinein ein feststehender Abnehmer vorhanden sein. Einen
4
Vgl. Kaup, F.: Nachhaltiger Energieträger Biodiesel?, S. 29
5
Vgl. http://www.eu-info.de/deutsche-europapolitik/europa/EU-Agrarpolitik/
6
Vgl. Kaup, F.: Nachhaltiger Energieträger Biodiesel?, S. 30
7
solchen, der immer Bedarf an Raps hat, stellte bzw. stellt natürlich die Produktionskette
Biodiesel angefangen bei der Gewinnung des Rapsöls in den Ölmühlen dar, welche aufgrund
der auf einmal in großen Mengen vorhandenen Rohstoffe in den letzten Jahren um ein
Vielfaches an Bedeutung gewann.
2.2.3. Das Blair-House-Abkommen
Eine weitere Folge war, dass die USA um ihre Führungsposition im Ölsaatenanbau fürchteten
und deshalb im Zuge der 1993 stattfindenden GATT-Verhandlungen (heutige WHO) mit der
EU eine maximale Anbaufläche von 5,484 Mio. ha für zu Nahrungsmittelzwecken
verwendeten Ölsaaten innerhalb der EU vereinbarten.7 Auch der Non-Food-Sektor wurde mit
einer Beschränkung belegt. Und zwar sollte die produzierte Menge an Ölschrot maximal 1
Mio. t Sojaäquivalent betragen. Dies entspricht ca. 1,4 Mio. t Rapsschrot.8
Im Falle einer Überproduktion dürfte der Rapskuchen weder zur tierischen noch zur
menschlichen Ernährung verwendet werden, nur die Verbrennung zur Energiegewinnung
wäre noch erlaubt. Mit diesem Vertrag wollten die USA den für sie wichtigen Sojaexport
schützen, 2001 lief er allerdings nach 6 Jahren Gültigkeit aus.
2.3. Besteuerung von Biodiesel
Die Besteuerung von Biodiesel, aber auch von anderen Treibstoffsubstituten war immer schon
mit Konfliktpotential versehen. Auf der einen Seite trachtet ein Staat natürlich nach möglichst
hohen Steuereinnahmen, die in Form der Mineralölsteuer (Österreich: 5,01 % im Jahre 20069)
auch zu einem guten Teil aus dem privaten Verkehrssektor kommen. Andererseits strebt er
aber auch einen möglichst hohen Absatz der in der Produktion wesentlich teureren
Biokraftstoffe an, die nur durch staatliche Hilfe konkurrenzfähig waren bzw. sind.
Diese Unterstützung erfolgte EU-weit mit Steuersenkungen bzw. -befreiungen für
Biokraftstoffe, um sowohl den Verkauf derselben als auch die weitere Erforschung damit
verbundener technologischer Verbesserungen zu gewährleisten, bis diese Produkte einmal als
Folge dieser Weiterentwicklungen ohne staatliche Subventionen wettbewerbsfähig seien.
Diese von der EU-Kommission als wettbewerbsverzerrend eingestufte Zuwendung hatte in
manchen Fällen so zum Beispiel in Deutschland, wo Biodiesel bis Anfang 2008 vollkommen
steuerbefreit angeboten wird, eine Aufforderung zur Angleichung der Steuerniveaus zur
Folge.
7
Vgl. Kaup, F.: Nachhaltiger Energieträger Biodiesel?, S. 30
8
Vgl. http://www.ernaehrungsdienst.de/archiv/onlinearchiv/pages/protected/show.prl?params=&id=8870
9
Vgl. http://www.statistik.at/web_de/statistiken/oeffentliche_finanzen_und_steuern/oeffentliche_finanzen/steuer
einnahmen/019485.html
8
3. Hauptteil
3.1. Synthese
Der geerntete Raps wird direkt vom jeweiligen landwirtschaftlichen Betrieb zu einer zentralen
Ölmühle gebracht. In diesen großindustriellen Einrichtungen werden durch ein kombiniertes
Press-Extraktionsverfahren über 98 % des in der Rapssaat enthaltenen Öles gewonnen. So
erhält man aus 100 kg Rapssaat eine Ausbeute von 39,4 kg Rohöl.10 Zurück bleibt äußerst
proteinreiches Rapsschrot, welches als Kuppelprodukt der Biodieselsynthese als hochwertiges
Futtermittel speziell für Rinder und Schweine zum Einsatz kommt. Das hiermit erhaltene
Rapsöl kann in diesem Zustand bereits als Kraftstoff für großvolumige Vorkammer-
Dieselmotoren dienen, wie man sie in Traktoren und anderen landwirtschaftlichen Maschinen
findet, wobei aber nicht jede Traktortype dafür geeignet ist.11 Der Einsatz in einem
herkömmlichen Dieselmotor eines Pkws würde allerdings sehr rasch zu Ablagerungen an
Einspritzdüsen und –pumpen führen, wodurch es zuerst zu einem Leistungsabfall und
schließlich zu einem vollkommenen Stillstand des Motors kommt.
Aus diesem Grund müssen die ungelösten Partikel und Fettbegleitstoffe in einem
angeschlossenen Raffinationsverfahren entfernt und anschließend das nun technisch reine
Rapsöl chemisch verändert werden.12 Diese Veränderung findet in Form einer Umesterung
statt. Dabei wird das Öl, welches aus mit drei Fettsäuren veresterten Glyzerinmolekülen
besteht, mit Methanol dem kleinsten Vertreter der Alkohole unter Beimengung eines
Katalysators (meist NaOH bzw. KOH) vermischt. Dabei bildet sich das Glyzerin zurück,
welches als zweites so genanntes Koppelprodukt meist an die Pharma- bzw, an die
Kosmetikindustrie weiterverkauft wird13, wobei das Methanol nun an Stelle des Glyzerins mit
den Fettsäuren Ester bildet.
H H
H-C-OOC-R1 H-C-OH
| Kat |
H-C-OOC-R2 + 3 CH3-OH -------> H-C-OH + 3 CH3-OOC-R1,2,3
| |
H-C-OOC-R3 H-C-OH
H H
Triglycerid Methanol Glycerin Biodiesel
(z.B. Rapsöl)
Abb.1: Schematische Darstellung des Umesterungsverfahrens
3.2. Eigenschaften des Biodiesels
Biodiesel ist eine von den äußeren Erscheinungen her dem Diesel ähnliche Flüssigkeit von
orange-brauner Farbe. Auch die physikalischen Eigenschaften entsprechen annähernd denen
10
Vgl. http://www.bioking-deutschland.com/fritten.html
11
Vgl. http://www.innovations-report.de/html/berichte/energie_elektrotechnik/bericht-52031.html
12
Vgl. Kaup, F.: Nachhaltiger Energieträger Biodiesel?, S. 47
13
Vgl. http://www.biokraftstoffverband.de/downloads/377/Infoflyer
9
von fossilem Dieselkraftstoff, wohingegen die unterschiedlichen chemischen Charakteristika
bei herkömmlichen Einspritzvorrichtungen zu Problemen führen.
Ein weiterer, scheinbar großer Nachteil des Biodiesels ist der niedrigere Energiegehalt. Geht
man von identischen Ausgangsmassen aus, so enthält 1 kg RME um 13,3 % weniger Energie
als 1 kg fossiler Diesel. Bezieht man sich hingegen auf identische Volumina, so verringert
sich dieser Wert auf 7,6 %. Das hätte einen spürbaren Mehrverbrauch zur Folge, da 1 L an
getanktem RME nur 0,92 L Diesel entsprechen würden. Der spürbare Energieunterschied liegt
allerdings noch tiefer, da Biodiesel in einem Motor um 6,5 % effektiver verbrannt wird (vgl.
Tab.).
Treibstoff Dichte Energiegehalt Effizienz
3
MJ/dm 3
MJ/kg MJ/dm %
fossiler Diesel 0,83 42,9 35,6 38,2
Biodiesel 0,88 37,2 32,9 40,7
Abweichung -13,30% -7,60% 6,50%
Abb. 2: Vergleich von Energiegehalt und Verbrennungseffizienz14
Eines der Hauptprobleme, als der Biodiesel auf den Markt kam, war das Nichtvorhandensein
einer EU-weit geltenden Norm, die die Mindestanforderungen an dieses Produkt festlegte.
Dies schadete einerseits den Pionieren unter den Konsumenten, die ihre Autos mit dem neuen
Treibstoff betankten, aber auch der Fahrzeugindustrie, an die dutzende Anträge auf
Schadenersatz gestellt wurden, wenn Kraftfahrzeuge durch den Einsatz von qualitativ
unzureichendem Biodiesel nicht mehr (voll) funktionstüchtig waren.
So sah man sich, um den neuen Treibstoff dauerhaft auf dem Markt etablieren zu können,
gezwungen, eine Norm und passende Prüfverfahren für aus Pflanzenöl hergestellten
Fettsäuremethylestern auszuarbeiten. Auch benötigte man eine solche Grundlage, um
Biodiesel-Fahrzeuge entwickeln zu können, die den Anforderungen genügen, die der
Treibstoff an die verwendeten Materialien stellt.15
Die daraufhin folgenden Bemühungen gipfelten schließlich in der EN 14214 (Europäische
Norm), die im Zeitraum zwischen 2003 und 2011 in allen EU-Mitgliedsstaaten eingeführt
werden muss. Im Folgenden nun eine Zusammenstellung der wichtigsten, in ihr festgelegten,
Richtwerte: 16
Eigenschaft Einheit Min. Wert Max. Wert
Estergehalt % 96,4 -
3
Dichte bei 288 K kg/m 860 900
Viskosität bei 313 K mm²/s 3,5 5
Flammpunkt K >101 -
Cetanzahl 51 -
Schwefelgehalt mg/kg - 10
Wassergehalt mg/kg - 500
14
Vgl. Friedrich, S.: A world wide review of the commercial production of biodiesel, S. 32f
15
Vgl. http://www.biodiesel.at/Userfiles/CourierPDF/2001_03_d.pdf
16
Vgl. http://www.abidag.at/pdfs/Biodiesel_Europanorm_EN14214.pdf
10Oxidationsstabilität bei
h 6 -
383 K
Säurewert g/kg - 0,5
Jodwert g/100g - 120
Methanolgehalt % - 0,2
Phosphorgehalt mg/kg - 10
Glyzeringehalt % - 0,25
davon freies Glyzerin % - 0,02
Menge der Alkalimetalle mg/kg - 5
Mehrfach ungesättigte
% - 1
Methylester
Linolensäuremethylester % - 12
Abb. 3: Eigenschaften des Biodiesels
An Estergehalt, Dichte, Viskosität und Flammpunkt kann man den Grad der Umesterung und
die davon abhängige Reinheit des Biodiesels ablesen. Weiters wird man so sofort auf durch
Unzulänglichkeiten im Arbeitsprozess verursachte Verunreinigungen aufmerksam und kann
anhand einer wesentlich verringerten Viskosität bei hohem Anteil an ungesättigten Fettsäuren
bereits eine ungefähre Aussage über deren Anteil machen.
Die Cetanzahl gibt analog zur Oktanzahl bei fossilen Treibstoffen die Klopffestigkeit an. Als
Referenz verwendet man hier allerdings an Stelle des Oktans das namensgebende Cetan (=
Hexadecan). Handelsübliche Biodiesel erreichen hier Werte um 57, teurere fossile
Dieselkraftstoffe mit Zündbeschleuniger hingegen maximal 54. Jeder Motor ist zwar nur mit
einem bestimmten Wert kompatibel, allgemein gesprochen laufen jedoch sowohl Zündung als
auch Verbrennung bei höherer Cetan- bzw. Oktanzahl besser ab.17
Der Schwefel-, Wasser-, Methanol, Phosphor-, Alkali- und Glyzeringehalt bzw. der Säurewert
sind ein Maß für die angewandten Reinigungsverfahren im Anschluss an den
Umesterungsprozess. Wenn die bei diesen möglichen Verunreinigungen aufgestellten
Grenzwerte überschritten werden, kann dies zu einem erheblich ungünstigeren
Brennverhalten und im schlimmsten Fall auch zu einer Beschädigung des Kraftfahrzeugs
führen.
Die Oxidationsstabilität ist wiederum abhängig von der Zusammensetzung des FAME.
Andere Bestandteile der Rapspflanze und ein hoher Anteil an ungesättigten Fettsäuren fördern
den Oxidationsprozess, dessen Produkte mitunter schädlich für Teile des Motors sein können.
Der Jodwert gibt die Masse in Gramm an, die nötig ist, um die in 100 g Fett vorhandene
Anzahl an ungesättigten Fettsäureestern in gesättigte zu überführen. Dabei bindet sich das Jod
an die einstmalig ungesättigten Kohlenstoffatome und wird so verbraucht. So kann man mit
Hilfe der am Ende fehlenden Masse die Anzahl der gelösten Doppelbindungen berechnen.
Die Konzentration an mehrfach ungesättigten Fettsäureestern (mind. 4 Doppelbindungen)
wird bestimmt, da diese mehrmals geknickten Moleküle die regelmäßige Aneinanderlagerung
durch die Van-der-Waals-Kräfte besonders stark beeinträchtigen und zu einer zu geringen
Viskosität führen können.18
17
Vgl. Schreier, P.: Biodiesel, S. 26
18
Vgl. http://biodieselproject.de/eigenschaften.html
11Die Menge des dreifach ungesättigten Linolensäuremethylester ist auf Grund seiner
Eigenschaft, die Zündeigenschaften des Biodiesels negativ zu beeinflussen, reglementiert.
Weiters scheint er dessen Haltbarkeit erheblich zu verringern.
Weiters enthält RME im Gegensatz zu Dieselkraftstoff weder Benzol noch andere giftige
Aromaten, weshalb er auch den Auflagen der WGK (Wassergefährdungsklasse) 1 genügt. Des
Weiteren ist er biologisch abbaubar. So wird er nach einem eventuellen Austreten innerhalb
von 21 Tagen zu 98 % zersetzt.19
Ein anderer Vorteil gegenüber dem klassischen Diesel ist die bessere Schmierfähigkeit von
Biodiesel, wodurch der Verbrauch an Motoröl erheblich reduziert wird.20
Die weiteren noch ungenannten Beschränkungen betreffen hauptsächlich die bei der
Verbrennung im Motor entstehenden Abgase. Diesen werden wir später bei einer Analyse der
durch RME verursachten Emissionen noch begegnen.
3.3. Rapsanbau/Biodieselproduktion in der EU…
Die Rapspflanze (Brassica napus) stammt ursprünglich aus dem Mittelmeerraum, wird heute
allerdings erfolgreich in weiten Teilen Europas angebaut. So findet sie auch in Staaten, die
nicht an das Mittelmeer grenzen, wie zum Beispiel Deutschland, Großbritannien, Dänemark
und Polen, optimale Bedingungen vor.
Raps ist heute der am stärksten wachsende Teilbereich der Landwirtschaft in der EU. So
verzeichnet die europäische Gemeinschaft allein von 2006 auf 2007 eine Ausdehnung der
Fläche auf der Raps angebaut wird, um 13,6 % auf 6,1 Mio. ha. Im Vergleich zum Jahr 2005,
in dem auf 4,8 Mio. ha Raps angebaut wurde, entspricht dies sogar einem Wachstum von
mehr als 27 %. Die bedeutendsten Produzenten sind Frankreich mit einer Zunahme von 11 %
auf 1,5 Mio. ha, Deutschland mit einer Steigerung um 7 % auf 1,5 Mio. ha und Polen mit
einem Plus von 8 % auf 674.000 ha. Die größte Ausweitung beobachtet man in Rumänien,
dessen Anbaufläche für Raps in diesem Zeitraum von 110.000 ha ausgehend auf 349.000 ha
mehr als verdreifacht wurde.21 Aber auch in Dänemark und Ungarn mit einem Zuwachs von
65 % bzw. 56 % entschieden sich immer mehr Landwirte für Raps. Dieser vermehrte Anbau
findet meist auf Ackerflächen statt, die durch die Flächenstilllegungsquote eigentlich brach
liegen müssten auf der allerdings, wie schon eingangs erwähnt, Non-Food-Produkte
angepflanzt werden dürfen. Mit den durch den stetig wachsenden Bedarf steigenden Preisen
für Raps wird dieser auf immer mehr Stilllegungsflächen angepflanzt.22
All dies führte zu einer Ertragssteigerung von geschätzten 11,3 % auf 17,6 Mio. t, was ca. 6,9
Mio. t Rohöl entspricht. Der prozentuelle Unterschied zwischen Flächen- und Ertragszuwachs
ergibt sich zum einen aus den nicht überall optimalen Klima- und Bodenvoraussetzungen und
zum anderen aus den niedrigeren Hektarerträgen in den Staaten der Osterweiterung, ausgelöst
durch veraltete Maschinen und den geringeren Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und
Dünger.
19
Vgl. http://www.rapsbiodiesel.de/Seite2.htm
20
Vgl. http://biosprit.schroll.or.at/index.php?option=com_content&task=view&id=62&Itemid=43
21
Vgl. http://epp.eurostat.ec.europa.eu/cache/ITY_OFFPUB/KS-SF-07-086/DE/KS-SF-07-086-DE.PDF
22
Vgl. http://www.ufop.de/downloads/UFOP_Bericht_06.pdf
12Wie viel Biodiesel wurde nun aber aus diesem Rohöl erzeugt? Im Jahr 2005 waren es in der
gesamten EU 3,6 Mrd. L, davon allein gut 80 % in den drei in der Biodieselproduktion
weltweit führenden Staaten Deutschland, Frankreich und Italien. Im Jahr 2006 waren bereits
Produktionskapazitäten von mehr als 6 Mrd. L vorhanden, eine erneute Zunahme von knapp
70 %.
Begründet wird diese enorme Zunahme durch den steigenden Bedarf an RME, der aufgrund
der Biofuels-Richtlinie dem fossilen Diesel in bestimmten Mengen beigemischt werden muss.
Dieser Faktor wird in den nächsten Jahren vermutlich weiter an Bedeutung gewinnen, wenn
der Beimischungsgrad wie geplant weiter erhöht wird (s. S. 5).
3.4. …und in Österreich
Auch in Österreich ist die Produktion an Biodiesel in den letzten Jahren stark gestiegen. 2003
betrug sie noch 55 Mio. L pro Jahr, eine Menge, die ab 1.10.2005, als die 5%-Beimischung
verpflichtend wurde, bei weitem nicht mehr ausreichend war. Deshalb erweiterte man die
Produktionskapazität durch den Bau einer neuen Anlage auf 95 Mio. L.
Schätzungen besagen allerdings, dass bis zum Jahr 2010, wenn der Verkehr weiterhin ansteigt
und 2008 europaweit ein Beimischungsgrad von 5,75 % erreicht werden muss, in Österreich
jährlich ein Bedarf an 415.000 t oder umgerechnet 450 Mio. L vorhanden sein wird. Aus
diesem Grund wurde in Wien Donaustadt am 16. Mai 2006 eine neue Anlage eröffnet, die
seither die Produktion bis Anfang 2008 schrittweise auf 435 Mio. L anhebt. Mit Beginn dieses
Jahres, in dem mit einem Dieselkraftstoffverbrauch von 6,72 Mio. t gerechnet wird, werden
allein schon 420 Mio. L zur Deckung des erhöhten Beimischungsgrades vonnöten sein.
Doch bei Miteinbeziehung der ferneren Zukunft wird auch diese Menge nicht ausreichend
sein zumal unsere Bundesregierung plant, im Jahr 2010 bereits 10 % des Mineralöldiesels
substituieren zu können. Wie viel aber können wir in unserem kleinen, gebirgigen Österreich
eigentlich produzieren?
Österreich hat eine Staatsfläche von 83.900 km2, von denen allerdings 35.000 km2 von
oftmals als Schutzwald eingestuften Waldflächen bedeckt sind. Von der verbleibenden Fläche
sind heute ca. 1,38 Mio. ha als Ackerland verwendbar.
Die Rapspflanze hat zwar bezogen auf Getreide einen hohen Vorfruchtwert, ist mit sich selbst
aber nicht verträglich. Deshalb darf in einer nachhaltigen Fruchtfolge der Anteil an Raps 25 %
nicht übersteigen. Man kann also im Durchschnitt jedes Jahr maximal ein Viertel oder
umgerechnet 345.000 ha der Ackerfläche zur Biodieselproduktion nutzen. Mit den heute
eingesetzten 00-Rapssorten lassen sich so pro Hektar ca. 1.300 L RME herstellen.
Hochgerechnet ergäbe dies für ganz Österreich eine Menge von nicht ganz 450 Mio. L.
Wenn man hier noch mit einbezieht, dass dieser Ertrag in den nächsten Jahren durch die
Züchtung ölhältigerer Rapssorten in Kombination mit einer effektiveren Verarbeitung um
etwa 40 % gesteigert werden kann, können wir bis 2010 von einer rein inländischen
Produktion von 630 Mio. L ausgehen.23
Das heißt, selbst wenn in Österreich der Rapsanbau auf ein Maximum gesteigert wird, reicht
die heimische Ernte bei gleich bleibendem Verkehrswachstum gerade noch um den
23
Vgl. http://biosprit.schroll.or.at/index.php?option=com_content&task=view&id=115&Itemid=48
13geforderten Beimischungsgrad der kommenden 2-3 Jahre zu decken, vorausgesetzt der
Beimischungsgrad wird nicht weiter angehoben.
Als Folge dieses Rohstoffmangels wird heute bereits ein Großteil des Rapsöls importiert bzw.
durch Altöle ersetzt. Sollte sich das obige Szenario tatsächlich so ereignen, müsste man
verstärkt auf diese Alternativen setzen, den Einsatz anderer Treibstoffsubstitute mit
geringerem Platzbedarf forcieren oder den Kraftstoffverbrauch heutiger Fahrzeuge erheblich
senken.
3.5. Bewertung der Wertschöpfungskette Biodiesel
Diesem Abschnitt wird es vorbehalten sein, die Biodieselproduktion von der Einsaat des
Rapses bis zum Verkauf an den Endabnehmer in sowohl ökonomischer als auch ökologischer
Hinsicht zu beleuchten. Miteinbezogen werden neben der Verarbeitung des Rapsöls hierzu
auch die Kosten und Auswirkungen des verwendeten Düngers und der Pflanzenschutzmittel,
die Fahrten, die der Bauer zum Wohle der Rapssaat unternehmen muss, die bei der
Produktion anfallenden Nebenprodukte, die Belieferung der Tankstellen durch LKWs und der
Vorfruchtwert der Rapspflanze.
3.5.1. Ökonomische Bewertung
Eine Berechnung von UBA 1999 & Brocks 2001 befasst sich mit exakt dieser Problematik.
Hier wird von einem Rapspreis von 13,5-21,5 €/100kg ausgegangen, woraus sich nach
Addieren der Verarbeitungs- und Transport- und Verwaltungskosten und Subtrahieren der
Erlöse für Rapsschrot und Glyzerin ein Biodieselpreis von 34,2-61,7 €/100L abzüglich
jeglicher Steuern ergibt.24 Wenn man diese Vorgehensweise auf die heutige Situation
überträgt, erhalten wir ausgehend vom derzeitigen Rapseinkaufspreis der Ölmühlen von ca.
34,2 €/100kg, sinkenden Einnahmen aus dem Schrot- und Glyzerinverkauf und der
Möglichkeit einer billigeren Produktion durch die Errichtung neuer großindustrieller
Ölmühlen ein Vergleichswert von ca. 72,4-74,6 €/100L.25 Würde man die Steuern noch
dazuzählen, entspräche das Ergebnis ungefähr den österreichischen Tankstellenpreisen von
Biodiesel, die derzeit ungefähr 1,1 €/L betragen.26
3.5.2. Ökologische Bewertung
In den letzten Jahren rückte die so genannte ökologisch nachhaltige Entwicklung, speziell
durch den mittlerweile für viele zum Begriff gewordenen Treibhauseffekt, immer öfter ins
Blickfeld des öffentlichen Interesses. Einen wichtigen, diese Klimaveränderung
verursachenden, Faktor sah man dabei im stetig steigenden Verbrauch an Erdöl, das
größtenteils in Form von Benzin und Diesel als Treibstoff Verwendung findet.
Dieses Kapitel dient nun der Untersuchung ob und gegebenenfalls wie viel die Substitution
von Diesel durch Biodiesel zu einer solchen nachhaltigen Entwicklung beitragen kann. Hierzu
werden Energiebilanzen und Emissionswerte der beiden Kraftstoffe miteinander verglichen,
wobei ähnlich wie bei vorangegangenen ökonomischen Bewertung alle Produktionsschritte
24
Vgl. Kaup, F.: Nachhaltiger Energieträger Biodiesel?, S. 48
25
Vgl. http://www.ufop.de/downloads/RZ_MI_0907.pdf
26
Vgl. http://www.oeamtc.at/sprit/
14miteinbezogen werden. Speziell in Bezug auf RME ist dies ein Punkt der die oft sehr
unterschiedlichen Ergebnisse solcher Bilanzierungen verursacht. Während die einen nur den
Verfeuerungsprozess betrachten in Bezug auf den die Nullemission von CO2 durchaus seine
Richtigkeit hat, so ändert sich dieses Ergebnis schlagartig, wenn man die gesamte Herstellung
inklusive der nötigen Transportwege berücksichtigt.
3.5.2.1. Herstellung
In diesem Abschnitt werde ich auf die schon vor dem Verbrauch anfallenden
Treibhausgasemissionen und die aufzuwendende Energie zur Bereitstellung des jeweiligen
Kraftstoffs eingehen. Dies beinhaltet beim fossilen Diesel die Exploration, die Förderung
sowie die Raffination und die damit einhergehenden Transporte. Beim Biodiesel handelt es
sich hierbei um den Anbau, die Ölgewinnung in den Ölmühlen und die anschließende
Umesterung. Auch hier werden natürlich die anfallenden Transportwege berücksichtigt.
Fossiler Diesel
Beim fossilen Diesel ergibt sich hier ein Ausstoß von 0,84 kg CO2/km, der hauptsächlich
durch die Rohölförderung, die Raffination einschließlich Nachbehandlung und die
Transportverluste verursacht wird.27
Weiters benötigt man mit 5 MJ/kg nur eine geringe Menge an Energie zur Erzeugung von
fossilem Diesel. Geht man von einem Energiegehalt von 43 MJ/kg aus so errechnet sich
daraus ein Verhältnis von k = 8,21.28
Biodiesel
Beim Biodiesel gestaltet sich diese Erhebung auf Grund von oftmals nur spärlich
vorhandenen Daten und den Kuppelprodukten, die auftreten und berücksichtigt werden
müssen, erheblich schwieriger.
Laut einer Erhebung von Levelton Engineering aus dem Jahr 2002 ergibt sich für RME eine
Gesamtproduktionsemission (Düngerproduktion berücksichtigt) von 2,3 kg CO2/km,
annähernd die dreifache Menge verglichen mit fossilem Diesel.29
Dabei geht der größte Anteil auf die Produktion der im Rapsanbau verwendeten Güter wie
zum Beispiel Dünger und den eigentlichen Anbau zurück. Der Transport bzw. die
Nahverteilung spielen in dieser Hinsicht eine untergeordnete Rolle.
Ein Punkt, der in dieser Auflistung nicht aufscheint, ist die Emission von N2O (Lachgas), zu
der es beim Anbau kommt und die hauptsächlich durch die vermehrte Stickstoffdüngung von
Raps hervorgerufen wird. Die dabei ermittelten Mehremissionen im Vergleich zu einer brach
liegenden Fläche gehen allerdings weit auseinander. Dies liegt einerseits an standortbedingten
Faktoren und andererseits an den unterschiedlichen Vergleichsbrachen, bei denen es sich
entweder um einjährige Stilllegungsflächen, in der noch Restdünger vorhanden ist, oder um
eine über mehrere Jahre ungedüngte Wiese handelt, die in manchen Fällen bereits wieder
27
Vgl. Friedrich, S.: A world wide review of the commercial production of biodiesel, S. 19
28
Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Biodiesel
29
Vgl. Friedrich, S.: A world wide review of the commercial production of biodiesel, S. 19
15aufgeforstet wurde. Gemittelt errechnet sich ein ungefährer Wert von 2,4 kg N2O/ha30, was
einer CO2-Äquivalenzmasse von 744 kg/ha entspricht. Ausgehend von einem Ertrag von 1300
L/ha und einem Durchschnittsverbrauch von 5,5 L/100km kämen so zu den 2,3 kg CO2/km
noch weitere 0,03 kg CO2/km dazu.
Auch beim Vergleich von erhaltener zu aufgewendeter Energie schneidet Biodiesel schlechter
ab. Bei ihm stehen 25 MJ/kg an verbrauchter 37,2 MJ/kg an enthaltener gegenüber, woraus
sich ein Verhältnis von k = 1,49 ergibt. Andere Quellen wiederum behaupten man benötige
nur 14,9 MJ/kg, womit k = 2,531 wäre.
3.5.2.2. Verbrauch
Dieser Teil behandelt die Emissionsbelastung, die beim Verwenden als Treibstoff entsteht.
Fossiler Diesel
Laut aktuellen Statistiken stößt ein PKW pro verbranntem Liter Diesel 2,62 kg CO2 aus.32
Hinzu kommt allerdings noch die Emission von durch die bei der Verbrennung herrschende
Hitze entstandenen NOx, welche bei zu hoher Konzentration in der Luft zu Smog und saurem
Regen führen. Hier beträgt die durch die Verordnung EURO-4 festgelegte Grenze derzeit 250
mg/km, was bei einem durchschnittlichen Verbrauch von 5,5 L/100km einer Menge von 4,5
g/L entspricht. Dies erreicht man durch den Einsatz eines Katalysators, in dem NOx und CO
zu CO2 und N2 umgewandelt oder die Stockoxide, wie in der von Mercedes-Benz
entwickelten Bluetec-Technologie, mit Harnstoff zu H2O und N2 reduziert werden.33
Außer diesen Treibhausgasen werden noch Feinstaub und Kohlenmonoxid als Ergebnis einer
unvollständigen Verbrennung, sowie elementarer Stickstoff und eventuell Wasser, welche
durch die Reduktion von NOx entstanden, und Spuren von sowohl Methan als auch
Schwefeloxiden freigesetzt. Letztgenannte können nach einiger Zeit die Arbeit des Rußfilters
und der Katalysatoren beeinträchtigen und so den Ausstoß an Treibhausgasen und Feinstaub
erhöhen.
Biodiesel
In Bezug auf CO2 kann man bei Biodiesel, wie schon erwähnt, fast von einer so genannten
Nullemission sprechen, da beim Verbrennen nur das Kohlendioxid frei wird, das die Pflanze
der Luft während des Wachsens entzogen hat. Wenn man aber die im RME enthaltenen
Verunreinigungen (z.B.: freies Glyzerin, freies Methanol…) inkludiert, so errechnet sich ein
Mehrausstoß an CO2 von 238 g/L.34
Allerdings ist beim Biodiesel eine intensivere Abgasnachbehandlung in Bezug auf NOx
erforderlich, da deren Emission durchschnittlich um ca. 9 % höher liegt als beim
konventionellen Diesel. Der Vorteil des RME ist hingegen, dass er keinen Schwefel enthält
und sich so keine die Effektivität der Abgasreinigungssysteme einschränkenden
Verbindungen bilden können.
30
Vgl. Kaup, F.: Nachhaltiger Energieträger Biodiesel?, S. 70
31
Vgl. National Geographic, Oktober 2007, S. 54
32
Vgl. http://www.kfztech.de/kfztechnik/motor/klima/treibhauseffekt.htm
33
Vgl. Spektrum der Wissenschaft, August 2007, S. 66
34
Vgl. Friedrich, S.: A world wide review of the commercial production of biodiesel, S.19
16Bezüglich Methan misst man dieselben Werte wie beim klassischen Diesel.
3.6. Auftretende Probleme
In diesem Teil der Arbeit werde ich mich mit den Problemen beschäftigen, die in den
verschiedenen Lebensstadien des Biodiesels auftreten. Dies beginnt bereits beim Anbau, wo
er vermehrt anderen, zur Lebensmittelerzeugung verwendeten, Pflanzen vorgezogen wird,
geht dann über die eben schon angesprochene Produktion und Mindereinnahmen durch die
Subventionspolitik bis zum Verbraucher, der keineswegs von Diesel (mit einem geringen
Anteil an Biodiesel) auf RME wechseln darf, ohne einige Dinge zu beachten.
3.6.1. Anbau
Die folgenden Probleme sind keineswegs eine Besonderheit des europäischen, aus Rapsöl
hergestellten, Biotreibstoffvertreters RME. Sie treten überall dort auf, wo sich Bauern durch
den Anbau von Pflanzen, die zur Energieproduktion genutzt werden können, höhere Gewinne
versprechen als von Lebensmittelpflanzen. Oftmals ist dies natürlich auch in Ländern der 3.
Welt der Fall, deren Landwirte die Energiepflanzen größtenteils für den Export nach Europa
oder in die USA produzieren. Bei den daraus erzeugten Treibstoffen, deren Produktion direkt
mit der Lebensmittelherstellung konkurriert, spricht man von den so genannten
Biokraftstoffen der 1. Generation.
3.6.1.1. Verteuerung der Lebensmittel
Dies ist ein Effekt, von dem wir in der EU bisher weitgehend verschont geblieben sind.
Begründung hierfür ist, dass bei uns nach wie vor ein Großteil der eigentlich unter die
Stilllegungsquote fallenden Flächen zur Rapsproduktion genutzt wird.35 Dadurch geht kein
Platz für Getreide und andere Lebensmittelpflanzen verloren, die dort nicht angebaut werden
dürfen. Kommen hingegen noch andere unvorhersehbare Faktoren, wie die letztjährige
Missernte in Australien, so führt dies gemeinsam mit der immer weiter steigenden Nachfrage
zu rapiden Preisanstiegen.
Andere Teile der Welt wie Mexiko, China oder Kolumbien, die in den letzten Jahren den
Anbau von Energiepflanzen gefördert haben, obwohl sie bereits mit Unterernährung zu
kämpfen hatten, sehen sich heute empfindlichen Preissteigerungen speziell bei einfachen
Lebensmitteln wie Mais, Soja oder Getreide ausgesetzt.36 Die Folge davon ist natürlich eine
Verstärkung der Unterernährung, die wie immer zuerst die Ärmsten betrifft.
35
Vgl. http://www.ufop.de/downloads/UFOP_Bericht_06.pdf
36
Vgl. http://www.schattenblick.de/infopool/umwelt/redakt/umre-082.html
173.6.1.2. Abholzung des Regenwaldes
Diese Auswirkung betrifft hauptsächlich Brasilien, wo bereits seit 1975 Bioethanol (siehe:
Alternativen zum Biodiesel) dem Benzin beigemischt wird. Heute wird bereits ein Viertel des
jährlichen Benzinverbrauchs durch Bioethanol ersetzt und dementsprechend hoch ist auch die
Nachfrage nach diesem Treibstoffsubstitut. Um diese zu stillen, werden immer größere Teile
des Regenwaldes abgeholzt, um Platz für die Zuckerrohrmonokulturen zu schaffen. Derzeit
beträgt die Anbaufläche ca. 5,6 Mio. ha, das entspricht mehr als zwei Dritteln der gesamten
österreichischen Staatsfläche, von denen die Hälfte zur Ethanolproduktion verwendet wird.
Laut Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Brasilianisches
Landwirtschafts- und Umweltforschungsunternehmen) ist diese Fläche allerdings auf 90 Mio.
ha ausbaubar37 – eine Unternehmung, die verheerende Auswirkungen auf die Umwelt
Brasiliens hätte38, nicht zuletzt auch wegen der Tatsache, dass der durch Regenwald-
Abholzung gewonnene Boden nach kürzester Zeit ausgelaugt ist.
Außer Brasilien sind aber noch andere Staaten wie zum Beispiel Indonesien betroffen, wo der
Regenwald hauptsächlich Ölpalmen zu Pflanzenölproduktion weichen muss.39
3.6.2. Mindereinnahmen durch Subventionspolitik
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, wurde der Biodiesel in den letzten Jahren massiv
gefördert, um sich auf dem Markt etablieren zu können.
In Österreich gilt beispielsweise seit 1. 10. 2005 eine neue Besteuerungsrichtlinie, wonach für
Dieselgemische mit einem Mindestanteil an biogenem Treibstoff 29,7 Cent/L und für reinen
Diesel 32,5 Cent/L eingehoben werden. Die alte Verordnung sah einen Preisaufschlag von
30,2 Cent/L für jedweden Dieselkraftstoff vor. Vergleicht man also den alten
Mineralölsteuersatz mit dem neuen für ein Gemisch, ergeben sich Mindereinnahmen in der
Höhe von 30-37 Mio. €.40 Seit Beginn des Jahres 2007 entfaltet allerdings das
Energiesteuerneuregelungsgesetz, das seit August 2006 in Kraft ist, seine volle Wirkung. Ob
dieses Gesetz in der Lage ist die Überkompensation aufzuheben, wird sich erst in den
nächsten Monaten genau beurteilen lassen, wenn hierzu konkrete Zahlen vorliegen.
3.6.3. Verbraucherrisiken
Dieser Abschnitt dient der Erläuterung der größten, sich für den Konsumenten ergebenden,
Risiken, wenn er sein Kfz mit Biodiesel betreiben bzw. von fossilem Diesel auf RME
umsteigen möchte.
37
Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Ethanol-Kraftstoff#Brasilien
38
Vgl. http://www.kooperation-brasilien.org/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=62&Itemi
d=57
39
Vgl. http://www.afrika.info/aktuell_detail.php?N_ID=374&kp=news2007-01-11
40
Vgl. Triebl, C.: Ökonomische Auswirkungen der neuen gesetzlichen Rahmenbedingungen bezüglich biogener
Treibstoffe in Österreich, S. 24
183.6.3.1. Probleme bei Nichteinhalten der Qualitätsnorm
Folgende Schäden können auftreten, wenn der eingesetzte Biodiesel die EN 14214 nicht
erfüllt:41
• Wassergehalt: Bei Überschreitung des erlaubten Wassergehalts führt die Verwendung
zu Korrosion. Bei einer Vermischung mit Diesel tritt meist eine leichte
Trübung auf, im schlimmsten Fall trennt sich die Wasserphase von der
Kraftstoffmischung und es kommt zur Inhomogenität, die die
Verbrennungseigenschaften erheblich verschlechtern kann.
• Oxidationsstabilität: Beim Reinkraftstoff führt eine Unterschreitung zur schnellen
Zerstörung des eigentlichen Kraftstoffes und zur Bildung von
Oxidationsprodukten des Fettsäuremethylesters. Diese führen
bei einer Beimischung zum Diesel zur Bildung von Polymeren,
die die Kraftstofffilter verstopfen.
• Säurezahl: Bei einer zu hohen Konzentration an freien Fettsäuren treten ebenfalls
vermehrt Korrosionsschäden auf.
• Viskosität: Entspricht die Viskosität des RME nicht den Vorschriften, so kommt es
bevorzugt zu Problemen mit der Kraftstoffbeförderung im Kfz (Pump- und
Einspritzvorrichtungen).
• Flammpunkt: Sollte der Flammpunkt unterschritten werden, gilt der Treibstoff durch
die erhöhte Entzündungsgefahr als Gefahrengut.
• Alkaligehalt: Eine erhöhte Menge an Alkali- bzw. Erdalkalimetallen wie Na oder Ca
führt zur Seifenbildung mit den im RME enthaltenen Fettsäuren, welche
sich dann in Einspritzpumpen und Filtern ablagern und diese nach und
nach verstopfen.
• Hoher Mehrfachbindungsanteil: Weicht der Mehrfachbindungsanteil von der Norm ab,
treten häufig Verkokungen im Bereich der Einspritz-
systeme auf, die zu einem verringerten Treibstoff-
durchfluss und damit zu einem Leistungsabfall
führen.
• Aschegehalt: Wird der erlaubte Aschegehalt überschritten, kann dies zur erheblichen
Beschädigung der Abgasnachbehandlungssysteme und somit zu einer
gesteigerten Emission von Treibhausgasen beitragen.
• Glyzeringehalt: Durch einen zu hohen Rückstand an freiem Glyzerin können
Verkokungen im Bereich sowohl der Einspritzpumpe als auch der
Kolbenringe auftreten.
41
Haupt, J., Bockey, D.: Fahrzeuge erfolgreich mit Biodiesel betreiben, S. 5f
193.6.3.2. Beachtenswertes beim Umstellen des Kfz auf Biodiesel
Durch das sich teilweise vom fossilen Diesel unterscheidende Verhalten des RME bei
Verbrennungsprozessen und beim Kontakt mit anderen Materialien, wie z.B. verschiedenen
Kunststoffen, müssen sowohl das Fahrzeug wie auch eine eventuelle Eigentankanlage vor
dem Gebrauch auf Biodiesel eingestellt werden.
Kraftfahrzeug
Der wichtigste, das Fahrzeug selbst betreffende, Punkt ist die Unverträglichkeit von Biodiesel
mit gewissen Kunststoffpolymeren. Längerer Kontakt von Schläuchen und Dichtungen, die
aus solchen bestehen, mit dem Treibstoff führt zu Porosität, wodurch sie undicht werden und
ihre Verformbarkeit verlieren (siehe Anhang: Ergebnisse).
Ein weiterer Aspekt ist der unterschiedliche Verbrennungsverlauf, der, sollten der Motor und
die Abgasnachbehandlungssysteme des Kfz vorher nicht für die Biodieselverbrennung
optimiert worden sein, zu einer massiven Zunahme der Treibhausgasemissionen führt,
wodurch der größte Vorteil dieses Treibstoffes verloren ginge.42
Hinzu kommt noch dessen schwerere Verdampfbarkeit, die speziell bei Schwachlastbetrieb
zur RME-Anreicherung im Motoröl führen kann43, wodurch dessen Schmierfähigkeit
beeinträchtigt wird. Folgen einer solchen Verdünnung sind ein schnellerer Verschleiß von
Teilen des Motors (z.B. Kurbelwelle) und damit verbundene Schäden.
Auch noch zu erwähnen ist die Unverträglichkeit mancher Lacke mit Biodiesel, da dieser als
Lösungsmittel wirkt (siehe Anhang: Ergebnisse).
Wenn man hingegen sein Fahrzeug längere Zeit ausschließlich mit Mineralöldiesel betrieben
hat und dann auf Biodiesel umsteigt, sollte man spätestens nach der dritten Tankfüllung,
zusätzlich zu den üblichen Serviceintervallen, der Kraftstofffilter ausgetauscht werden, da
RME mitunter zur Ablösung von Dieselablagerungen und so zur Verstopfung des
Kraftstofffilters führen kann.44
Eigentankanlage
Auch bei der Eigentankanlage gilt, nicht alle Kunststoffe sind biodieselbeständig. Deshalb
muss hier genau wie beim Kfz besonderes Augenmerk auf Zapfschlauch und Dichtungen
gerichtet werden. Identisches gilt für die Tankbeschichtungen und das bei der Dichtfläche
zum Einsatz kommende Fugenmaterial.
Weiters empfiehlt es sich die Dichtfläche aus Fertigplatten zu bauen, die mindestens eine
Betongüte von B35 aufweisen. Besteht auch noch die Möglichkeit einer Vermengung von
Regenwasser und RME auf der Dichtfläche, so ist die Einsetzung eines
Leichtflüssigkeitsabscheiders im Abfluss vorgesehen.
Sollte der verwendete Tank mehr als 1000 L Fassungsvermögen aufweisen und nicht
doppelwandig konstruiert sein, ist für den Fall einer Beschädigung eine Auffangwanne zu
installieren.
42
Vgl. Haupt, J., Bockey, D.: Fahrzeuge erfolgreich mit Biodisel betreiben, S. 7
43
Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Kraftstoff_Pflanzen%C3%B6l
44
Vgl. Haupt, J., Bockey, D.: Fahrzeuge erfolgreich mit Biodisel betreiben, S. 7
20Sie können auch lesen
