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Biobrandstof
sehen Biomasse (Energiequelle) zur Bedeutung von Biomasse wie Holzpellets als Energieträger
Bei diesem Deutsche Tankstelle, der Preis für Biodiesel ist niedriger als für normalen Diesel

Biotreibstoff ist ein Treibstoff das ist aus Biomasse. Feste, flüssige oder gasförmige Biokraftstoffe gewinnen in der Öffentlichkeit und in der Wissenschaft zunehmend an Interesse. Als erneuerbare Kraftstoffe wären sie eine Alternative zu fossile Brennstoffe, deren Vorrat endlich und daher nicht erneuerbar ist. Das Interesse ist teilweise auf steigende Ölpreise und das Streben nach Unabhängigkeit von unzuverlässigen Regimen zurückzuführen, die fossile Brennstoffe liefern. Im Jahr 2013 machten Biokraftstoffe etwa 5 % der im Verkehr eingesetzten Kraftstoffe aus.[1] Gleichzeitig bestehen Zweifel an der Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen.

Geschichte

Rudolf Diesel verwendet Biokraftstoff in seiner Dieselmotor

Für die Entdeckung von fossiler Brennstoff (Torf, Braunkohle, Kohle, Petroleum, Teersand und Erdgas) sie verwendeten nur Biokraftstoffe wie Holz, Holzkohle, getrocknet Kot, Pflanzenöl oder Tierfett, die noch immer weltweit als Energieträger genutzt werden.

Das Original Autos von Henry Ford wurden mit Biokraftstoff betrieben. Bereits 1900 gründete die Firma Otto eine Dieselmotor entwickelt, das weiterlief reines Pflanzenöl, nämlich Erdnussöl.[2]

Vor Petroleum, raffiniert aus Petroleum, wurde allgemein verfügbar Walöl ein häufig verwendetes Öl für Ol Lampen.

Verschiedene Arten von Biokraftstoffen

Biokraftstoffe gibt es in verschiedenen Aggregatzustände verfügbar: Fest, Flüssigkeit und gasförmig. Flüssige und gasförmige Biokraftstoffe werden aus (festen) Biomassewie abgestorbene Pflanzen. Biomasse kann auch direkt umgewandelt werden in grüne Kraft.

Der einfachste Weg, Biokraftstoffe in Autos zu verwenden, ist, einen zu verwenden Flüssigkeit daraus zu machen. Eine Studie von drei amerikanisch Wissenschaftler im Wochenmagazin veröffentlicht Wissenschaft, hat gezeigt, dass es effizienter ist, Biokraftstoff direkt in Ökostrom umzuwandeln, anstatt ihn in einen flüssigen Biokraftstoff zu verwandeln.[3][4]

Flüssige Biokraftstoffe

Flüssige Biokraftstoffe werden hauptsächlich für gängige fossile Brennstoffe hergestellt, wie z Benzin, Diesel- und Kerosin ersetzen.

Als Ersatz für Benzin Folgende Biokraftstoffe werden verwendet: Bioethanol, Biobutanol, Biomethanol, Bio-ETBE, Bio-MTBE und synthetisches Biobenzin. Als Ersatz für Diesel- anwenden Biodiesel, Biodimethylether (oder DME), synthetischer Biodiesel und reines Pflanzenöl kurz PPO.

Das Volvo FlexiFuel S40 von 2005 war eines der ersten Autos, um E85 Grund

Außerdem viele Mischkraftstoffe gemacht. Fossiler Brennstoff wird in einem bestimmten Verhältnis mit Biobrennstoff vermischt. Auf dem Markt sind verschiedene Mischkraftstoffe erhältlich. Diese Produkte bestehen oft zu einem (großen) Teil aus fossilem Kraftstoff und zu einem (kleinen) Teil aus Biokraftstoff. Manchmal werden diese Kraftstoffe auch genannt Flexikraftstoff erwähnt. Hauptsächlich Biokraftstoff auf Basis von Palmöl ist nachteilig. Seine Herstellung kostet zusätzliche Energie und produziert daher mehr CO2 von.[5]

Beispiele für diese Mischkraftstoffe sind hE15 und E85.

Mehrere Fluggesellschaften mischen Kerosin mit Biokraftstoff.

Gasförmige Biokraftstoffe

Biogas wird oft aus Abfall hergestellt. Mögen Erdgas es besteht größtenteils aus Methan. Es kann aus Gülleabfällen hergestellt und oben gesammelt werden Deponien. Wenn das Methan aus Deponien nicht aufgefangen wird, trägt es als Treibhausgase um auf Klimawandel.

Durch industrielle Techniken, einschließlich Pyrolyse und Vergasung, kann bioSynthesegas aus fester oder flüssiger Biomasse hergestellt. Syngas wird aufgrund seiner geringen Energiedichte nicht häufig als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet.

Guthaben

Für Biokraftstoffe sind zwei Bilanzen wichtig:

  • Das Ökobilanz: die Einsparung von CO2 und andere Emissionen und die zunehmende Nutzung des Weltraums im Vergleich zu fossilen Brennstoffen.
  • Das Energieausgleich: wie viel Energie ein Liter Kraftstoff im Verhältnis zur Energiemenge produziert, die für die Herstellung eines Liters Kraftstoff benötigt wird. (Ein anderer Begriff dafür ist ERUIA (Energierückgabe bei investierter Energie)

Vorteile von Biokraftstoffen

Biokraftstoffe haben gegenüber fossilen Kraftstoffen einige Vorteile.

Umwelt und Klima

Beim Wachstum von Biokraftstoffen wird CO2 enthalten und trägt so zu Abschwächung von Klimawandel. Bei der Verbrennung einiger Biokraftstoffe bis zu 70 % weniger Ruß und Feinstaub Veröffentlichung. Ein Beispiel für einen sauberen Biokraftstoff ist reines Pflanzenöl (PPO). Manchmal Erde Erbrechen Nahrungsmittelüberschüsse zu vermeiden. Dieser Boden kann zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet werden.

Der Anbau von Biokraftstoffen bietet eine größere Auswahl für sogenannte Fruchtfolge, wo sich Getreide und Raps abwechseln, die sich in Anbautechniken gegenseitig unterstützen. Dadurch wird weniger Stickstoff für die Düngung benötigt. Einige Biokraftstoffe können Bodenqualität erhöhen. Insbesondere Rapskulturen, die Pfahlwurzeln eines Meters kann die Bodenstruktur verbessern.

Soziale und politische Vorteile

Landwirte haben mehr Auswahlmöglichkeiten, da sie nun sowohl den Lebensmittel- als auch den Energiemarkt bedienen können. Das Entwicklungsländer neue Chancen und Möglichkeiten bekommen. Einige sind jetzt voll dabei, indem sie zum Beispiel die Purge Nuss. Biokraftstoffe helfen vor allem dabei, die Ölalter und neue Impulse geben Innovationen, Beschäftigung, Investitionen und Gewährleistung der Unabhängigkeit von Russland und der Naher Osten. Der Einsatz von Biokraftstoffen kann dazu beitragen, EnergieAutarkie.

Nachteile von Biokraftstoffen

Biokraftstoffe basieren auf der gleichen Energieerzeugung (Photosynthese) sowie Land- und Forstwirtschaft. Dies kann einen Wettbewerb zwischen der Landwirtschaft um Nahrung und um Energie um die verfügbaren Produktionsmittel wie Ackerland, Wasser und Dünger schaffen. Viel ertragreichere Methoden, die keinen guten Boden, Wasser oder Dünger benötigen, wie die Verwendung von Solarzellen, werden daher – zumindest längerfristig – von vielen als bessere Alternative angesehen.

Häufig Dünger zum Anbau von Biokraftstoffen verwendet. Die Verwendung von übermäßigem Dünger führt jedoch zur Emission von TreibhausgaseLachgas (Nein2Ö). Lachgas hat einen 310-mal stärkeren Treibhauseffekt als CO2.[6][7] Die Herstellung von Düngemitteln ist sehr energieintensiv und verwendet oft fossile Brennstoffe.

Da die Herstellung von Biokraftstoffen oft viel Fläche benötigt, wird bezweifelt, ob die Fläche für den Energiebedarf ausreicht.

Auch der Anbau von Biokraftstoffen benötigt relativ viel Wasser. Pflanzen brauchen viel Wasser zum Wachsen. Pro GJ Energie (ungefähr die Energie, die ein Kernkraftwerk pro Sekunde produziert) beträgt 50–400 m3 brauche Wasser. Wenn Biomasse nicht direkt verbrannt, sondern in Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge umgewandelt wird, kann dies auf 600 m² ansteigen3/GJ.[8] Bei Biomasse aus aquatischer Umgebung (Meer, Teiche) verschwindet dieser Nachteil weitgehend.

Konkurrenz mit Nahrungspflanzen

Die gestiegene Nachfrage nach Biokraftstoffen könnte zu höheren Nahrungsmittelpreisen führen. Pflanzen, die sowohl als Nahrungsmittel als auch als Biokraftstoffe verwendet werden können, können die Nahrungsmittelversorgung beeinträchtigen, wobei die ärmsten Teile der Weltbevölkerung zuerst betroffen sind. Im Januar 2007 brachen in Mexiko Proteste wegen Preiserhöhungen von 400 % für Tortillas zurückzuführen auf die gestiegene Nachfrage in den Vereinigten Staaten nach Mais für Biokraftstoffe.[9]

Das Weltbank in einem ersten Bericht abgeschlossen[10] im April 2008 dass die Nachfrage nach Biokraftstoffen eine der Ursachen für den Anstieg der weltweiten Lebensmittelpreise war. In einem späteren Bericht änderte die Weltbank ihre Schlussfolgerung und stellte fest, dass die Nachfrage nach Biokraftstoffen zwar einer der Gründe war, Spekulationen auf dem Weltmarkt jedoch der Hauptgrund für den Anstieg waren.[11][12] Die Hilfsorganisation Oxfam abgeschlossen in Juni 2008 dass Biokraftstoffe zu einem Anstieg der globalen Armut führen.[13]

Der Sonderberichterstatter der Vereinte Nationen Die Erforschung dieses Themas nannte Biokraftstoffe ein "Verbrechen gegen die Menschlichkeit", weil Biokraftstoffe Hunger verursachen würden.[14]

Generationen von Biokraftstoffen

Biokraftstoff der ersten Generation

Biokraftstoffe der ersten Generation basieren auf Zucker, Stärke, Pflanzenöl oder tierischen Fetten, die durch konventionelle chemische Verfahren oder durch Fermentation in Kraftstoffe umgewandelt werden. Hier geht es normalerweise um Nutzpflanzen als Treibstoff.

Biodiesel erhält man unter anderem aus Mais (Maisöl), Raps (Rapsöl), Öl Palme (Palmöl) und aus Soja (Sojaöl). Bio-Ethanol erhält man unter anderem aus Zuckerrübe, Zuckerrohr, Zuckerpalme und auch aus Korn (wie Mais und Weizen).

Biokraftstoff der zweiten Generation

Ernte von Weiden

Biokraftstoffe, die keinen Lebensmittelbezug haben, werden in der Regel als zweite Generation bezeichnet. Diese werden aus Pflanzen hergestellt, die zu diesem Zweck angebaut werden (Energiepflanzen) oder aus ungenießbaren Teilen von Nahrungspflanzen. Die Pflanzen unten enthalten viel Zellulose und das ist relativ schwer in energie umzuwandeln.

Biokraftstoffe der zweiten Generation umfassen:

Diese haben nicht die Nachteile der ersten Generation. Die Umwandlung des Rohstoffs in Biokraftstoff kostet jedoch im Vergleich zur ersten Generation mehr Energie.

Nach dem Aufbau mehrerer Zellulose-Ethanol-Testanlagen nahm 2015 in den USA eine große kommerzielle Zellulose-Ethanol-Anlage auf Basis von Maisstroh den Betrieb auf.[16]

Ein weiteres Beispiel ist Jatrophaöl. Das gepresste Öl kann konventionell zu Kraftstoff verarbeitet werden, aber die Anlage, die Purge Nuss ist keine Nahrungspflanze (die Samen sind giftig) und muss auch nicht damit konkurrieren, da sie auf sehr trockenen Böden noch wachsen kann. Behauptungen, die Anlage würde eine hohe Ölproduktion aufweisen und wenig arbeitsintensiv sein, scheinen jedoch nicht berechtigt.[17]

Als Biokraftstoff werden neben Pflanzenmaterial auch organisch-biologische Abfälle verwendet. Zu verarbeitende Abfallarten sind stark organisch belastete Abwässer, zähflüssige Abfallströme oder auch feste Abfallströme. Voraussetzung ist, dass sie keine giftigen Stoffe enthalten, die die anaeroben Bakterien abtöten würden.

Biokraftstoff der dritten Generation

Zur Unterscheidung von der zweiten Generation werden verschiedene Neuentwicklungen als Biokraftstoffe der „dritten Generation“ bezeichnet. In den Niederlanden wird darunter oft Biokraftstoff aus Algen verstanden.

sehen Biokraftstoff aus Algen für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Der Vorteil von Algen als Biokraftstoff besteht darin, dass er nicht mit Nahrungsmitteln oder anderen pflanzlichen Verwendungen konkurriert. Die Algen werden extra dafür gezüchtet. Algen werden nur in begrenztem Umfang verwendet, aber sie sind auf dem Vormarsch. An Biokraftstoffen aus Algen wird derzeit viel geforscht und experimentiert, KLM will nun auch mit Biokraftstoffen experimentieren. Das soll sauber und günstig fliegen können.[18]Versuche zur Verwendung Gentechnik die Produktion durch Algen, Bakterien oder Pilze Erhöhung war nicht erfolgreich.

In Amerika sehen sie breiter aus und manchmal wird eine Klassifizierung verwendet, bei der die zweite Generation die chemische Umwandlung verwendet, während die dritte Generation die genetische Modifikation verwendet.[19]Da die Aufteilung in Generationen keine ausreichenden Erkenntnisse zum Vergleich verschiedener Biokraftstoffe bietet, werden verstärkt die Nachhaltigkeitsaspekte untersucht und Vergleiche unter anderem auf Basis der Ökobilanz angestellt.

Methoden zur Herstellung von Biokraftstoffen

Es gibt mehrere Methoden, um Biomasse in Biokraftstoff umwandeln. Die wichtigsten Methoden werden im Folgenden beschrieben.

Alkoholische Gärung

Fermentation ist ein seit langem recht bewährtes Verfahren, um pflanzliche Rohstoffe in flüssige oder gasförmige Brennstoffe umzuwandeln. Es ist eine biologische Umwandlung, die auch in der Natur üblich ist. Wenn beispielsweise Zucker fermentiert wird, entsteht Ethanol (Alkohol). In Brasilien fahren viele Autos mit Ethanol. Dieses Ethanol wird aus fermentiertem Saft von Zuckerrohr mit Destillation. In vielen Ländern wird Ethanol mit Normalbenzin vermischt. Der Kraftstoff erhält einen Namen, der sich auf den Ethanolanteil bezieht. Die Verwendung dieser Kraftstoffart erfordert in der Regel eine kleine Modifikation des Motors, da Ethanol eine geringere Energiedichte als Benzin hat. Der Hauptvorteil von Alkoholen ist die saubere Röstung, wodurch relativ wenig Rußpartikel freigesetzt werden und der Motor länger halten würde. Darüber hinaus ist aufgrund der geringen Gefrierpunkt (-114 °C) bei Zugabe zu Benzin a Gefrierpunktsabfall und hat daher den gleichen Effekt wie Frostschutzmittel.

Andere Gärung

Durch eine weitere Vergärung von organischem Material entsteht Biogas. Dies ist hauptsächlich Kohlendioxid und BioMethan. Dieses Verfahren wird unter anderem zur Reinigung von Abwasser und zur Gülleaufbereitung eingesetzt, aber auch aus Speiseresten, Stroh und anderen vergärbaren Strömen ist eine Biogasproduktion möglich. Mit dem freigesetzten Biogas zum Beispiel a kombiniert Wärme und Kraft (BHKW), die Strom und Wärme erzeugt. Nach teilweiser Reinigung kann das Biogas (Grünes Gas genannt) auch in das niederländische Erdgasnetz eingespeist werden.

Das Biogas kann auch weiter zu Biomethan aufbereitet und anschließend verflüssigt werden. Dieses Bio-LNG (flüssiges Biomethan) ist ein sauberer und günstiger flüssiger Biokraftstoff der zweiten Generation. Die Herstellung von Biomethan kostet viel weniger Energie als andere Biokraftstoffe der zweiten Generation und verursacht daher einen viel höheren CO .-Ausstoß2 die Ermäßigung.

Pyrolyse

sehen Pyrolyse für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Pyrolyse ist eine der ältesten Methoden. Lange Zeit war es die einzige Möglichkeit, Methanol beispielsweise aus Holz zu gewinnen, mit Holzteer oder Öl und Holzkohle als Nebenprodukten. Pyrolyse ist auch der Prozess, bei dem die Holzgasgenerator gearbeitet, die während der verwendet wurde Zweiter Weltkrieg fuhr Autos auf Holz und Torf (wegen Treibstoffmangel). Durch Pyrolyse Biokraftstoff kann aus Pflanzen und Pflanzenresten gewonnen werden, aber auch Tiermehl kann dafür verwendet werden.

Hydrothermale Aufbereitung

sehen Hydrothermale Aufbereitung für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Es HTU-Prozess Vereinfacht gesagt ist es vergleichbar mit der Bildung von Erdöl, aber viel schneller. Biomasse wird, mit Wasser vermischt, bei einem Druck von etwa 160 bar für etwa 15 Minuten auf etwa 350ºC erhitzt. Dabei entsteht ein mit Erdöl vergleichbarer Schlamm. Nach einem Raffinationsprozess wird Dieselöl, Kerosin und sogar Benzin extrahieren, das in Qualität und Eigenschaften mit den gleichen Erdölprodukten vergleichbar ist.

Da der Prozess in Wasser stattfindet, werden nur wenige Anforderungen an den Rohstoff gestellt. Dieser muss zum Beispiel nicht trocken sein, so dass eine große Auswahl aus allen möglichen Restströmen organischer Abfälle zur Verfügung steht. Es ist daher eine ausgezeichnete Alternative zu Kompost. Bei der Kompostierung entsteht letztendlich genauso viel CO2 frei wie bei der Verbrennung, aber wenn das Material, anstatt zu kompostieren, in nutzbaren Brennstoff umgewandelt wird, gibt es nützliche Arbeit zu leisten. Allerdings ist das CO2 Bei der Verbrennung erfolgt die Freisetzung sofort, während dies bei der Kompostierung ein viel langsamerer Prozess über Monate bis Jahre ist. Die Pufferkapazität von CO2 bei der Kompostierung ist daher um ein Vielfaches größer als bei einer Verbrennung.

Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen

Biokraftstoffe sind verlängerbar. Wenn Pflanzen wachsen, verwenden sie mit PhotosyntheseSonnenlicht zum Lagern Kohlendioxid (CO2). Die Summe CO2 die bei der veröffentlicht wird brennen von diesem Treibstoff ist gleich der Menge an CO2 die die Pflanzen im Laufe ihres Lebens aufgenommen haben.

Es ist jedoch nicht so, dass Biokraftstoffe klimaneutral sein. Bei der Herstellung und dem Transport von Biokraftstoffen kommen fossile Brennstoffe zum Einsatz, insbesondere aber der Einsatz von Dünger verursacht Treibhausgasemissionen Lachgas Nein2O. Der Einfluss von Biokraftstoffen auf das Klima hängt stark davon ab, wie sie hergestellt werden.[20]

Alternative zu fossilen Brennstoffen

Fossile Brennstoffreserven sind im Gegensatz zu Biokraftstoffen endlich.

Da seit mehr als 100 Jahren überwiegend fossile Brennstoffe genutzt werden, sind Infrastruktur und Verbraucher dafür gerüstet. Um Biokraftstoffe einfach nutzbar zu machen, müssen sie ebenso als Energieträger nutzbar sein wie Erdölprodukte, Erdgas oder Kohle.

Nachhaltigkeitskriterien für Biokraftstoffe

Offizielle Eröffnung 2008 einer Pumpe, bei der hE15 ist verfügbar

Im Jahr 2006 hat ein niederländisches Komitee die folgenden sechs Nachhaltigkeitskriterien für Biokraftstoffe erarbeitet:[21]

  1. Über die gesamte Kette gerechnet sollte die Nutzung von Biomasse weniger Netto-Treibhausgasemissionen verursachen als der Durchschnitt für fossile Brennstoffe.
  2. Die Erzeugung von Biomasse zur Energiegewinnung darf die Nahrungsmittelversorgung und andere lokale Anwendungen (zB für Medikamente oder Baustoffe) nicht gefährden.
  3. Die Biomasseproduktion wird die geschützte oder gefährdete Biodiversität nicht beeinträchtigen und die Biodiversität nach Möglichkeit verbessern.
  4. Bei der Produktion und Verarbeitung von Biomasse muss die Qualität von Boden, Oberflächen- und Grundwasser sowie Luft erhalten oder sogar gesteigert werden.
  5. Die Produktion von Biomasse muss zum lokalen Wohlstand beitragen.
  6. Die Produktion von Biomasse muss zum Wohl der Mitarbeiter und der lokalen Bevölkerung beitragen.

Regierungspolitik für Biokraftstoffe

Biodiesel

Biokraftstoffe werden weltweit eingesetzt und ihr Einsatz nimmt zu. Sie werden hauptsächlich als Kraftstoff für Fahrzeuge verwendet.

Das Ziel der Europäische Union ist, dass im Jahr 2020 10 % des Kraftstoffs in der Transport ist biologischen Ursprungs, von denen maximal 7% nicht nachhaltig produziert werden.[22][23] In den Niederlanden erhöht sich die Beimischungspflicht für Diesel und Benzin getrennt um ca. 0,5 %. 2014 mussten 5,5% Prozent biologischen Ursprungs sein, 2015 waren es 6,25%.[24] Die Europäische Kommission will den Einsatz nachhaltiger Biokraftstoffe der zweiten Generation fördern.[25]

Im März 2008 hat die niederländische Stiftung Natur und Umwelt die Notklingel als Reaktion auf die Planungsbüro für das Wohnumfeld vorgelegter Bericht Lokale und globale Folgen der EU-Erneuerbaren-Richtlinie für Biokraftstoffe: Prüfung der Nachhaltigkeitskriterien. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die derzeitigen Biokraftstoffe nicht zu einem nachhaltigen Verkehr beitragen. Dem Bericht zufolge lassen sich durch die Umwandlung von Biomasse in Strom mehr Klimavorteile erzielen als durch den Ersatz von Benzin oder Diesel. Der Bericht macht deutlich, dass es unverantwortlich ist, weiterhin "Futter in den Tank zu füllen". Natuur en Milieu meinte deshalb, dass die Pläne der EU-Kommission für zehn Prozent Biokraftstoffe in Autos sofort auf Eis gelegt werden sollten.[26]

Aus einer im September 2008 veröffentlichten Studie eines unabhängigen Forschungs- und Beratungsunternehmens CE Delft, das von der Stiftung Natur und Umwelt in Auftrag gegeben wurde, zeigt, dass mit anderen Maßnahmen bei vergleichbaren Kosten ein höherer Umweltnutzen erzielt werden kann.[27][28]

Siehe auch

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