Biokraftstoffe sind Kraftstoffe, die aus Biomasse pflanzlichen oder tierischen Ursprungs gewonnen werden. Diese können aus landwirtschaftlichen Nutzpflanzen wie Palmöl, Zuckerrohr, Sojabohnen, Mais oder organischen Abfällen gewonnen werden.
Seine Hauptfunktion besteht darin, als Alternative zu fossilen Brennstoffen in Verbrennungsmotoren und anderen Energieprozessen zu dienen.
Eigenschaften von Biokraftstoffen
Organischer Ursprung : Sie werden in relativ kurzer Zeit aus erneuerbarer organischer Substanz hergestellt.- Nachhaltigkeit in Frage gestellt : Obwohl sie als umweltfreundlichere Alternative beworben werden, hängen ihre Auswirkungen auf die Umwelt vom Produktionsprozess ab.
- Typenvielfalt : Sie können nach ihrer Herkunft und Produktionstechnologie klassifiziert werden.
- Verwendung in herkömmlichen Motoren : Viele Biokraftstoffe können herkömmlichen Kraftstoffen beigemischt werden, ohne dass die Motoren modifiziert werden müssen.
- Variable Emissionen : Einige reduzieren die Emission bestimmter Schadstoffe, andere können jedoch noch schädlicher sein als fossile Brennstoffe.
Sind Biokraftstoffe erneuerbare oder nicht erneuerbare Ressourcen?
Biokraftstoffe gelten technisch als erneuerbar, da sie aus organischer Substanz gewonnen werden, die im Vergleich zu fossilen Brennstoffen in relativ kurzer Zeit regeneriert werden kann.
Allerdings ist die Nachhaltigkeit fraglich, da die Produktion im großen Stil zu Problemen wie Abholzung, Verlust der Artenvielfalt und Treibhausgasemissionen führen kann.
Darüber hinaus ist die Regenerationsrate der für Biokraftstoffe verwendeten Pflanzen langsamer als ihre Verbrauchsrate, was sie im Vergleich zu wirklich nachhaltigen Quellen wie Solar- oder Windenergie langfristig weniger rentabel macht.
Beschaffungs- und Herstellungsprozess
Der Prozess der Gewinnung von Biokraftstoffen besteht aus 5 verschiedenen Phasen:
1. Anbau und Ernte der Rohstoffe
Biokraftstoffe werden aus Rohstoffen pflanzlichen oder tierischen Ursprungs hergestellt, beispielsweise aus Energiepflanzen (Mais, Zuckerrohr, Sojabohnen), landwirtschaftlichen Abfällen, Altölen und Waldbiomasse. Diese Rohstoffe werden unter Anwendung spezieller landwirtschaftlicher Verfahren angebaut und geerntet, um die Biomasseproduktion zu maximieren.
2. Verarbeitung und Extraktion
Nach der Sammlung werden die Rohstoffe Extraktionsprozessen unterzogen, um die wesentlichen Komponenten für die Biokraftstoffproduktion zu gewinnen.
Bei Pflanzenölen erfolgt die Extraktion durch Pressen oder mithilfe von Lösungsmitteln, während bei lignozellulosehaltiger Biomasse physikalische und chemische Prozesse zum Abbau der Strukturen durchgeführt werden.
3. Umwandlung in Biokraftstoff
Das extrahierte Material wird durch verschiedene Prozesse in Biokraftstoff umgewandelt.
Für flüssige Biokraftstoffe wie Biodiesel wird die Umesterung von Pflanzenölen oder tierischen Fetten genutzt, während Bioethanol durch die Fermentation von Zuckern gewonnen wird. Bei Biogas wird organisches Material durch anaerobe Vergärung zersetzt, wodurch Methan entsteht, das als Brennstoff verwendet werden kann.
4. Reinigung und Verfeinerung
Der gewonnene Rohbiokraftstoff muss Reinigungsprozessen unterzogen werden, um Verunreinigungen zu entfernen und seine Qualität zu verbessern.
Hierzu kann beispielsweise die Destillation von Ethanol zur Erhöhung seiner Konzentration, das Filtern von Biodiesel oder das Entfernen von Schadstoffen aus Biogas gehören, um es für die Verwendung in Motoren und Verteilungsnetzen geeignet zu machen.
5. Verbreitung und Nutzung
Nach der Raffination werden Biokraftstoffe gelagert und für den Einsatz in verschiedenen Sektoren wie Transport, Stromerzeugung und Heizung verteilt. In einigen Fällen können sie unverdünnt oder in Mischung mit fossilen Brennstoffen verwendet werden, um ihre Leistung und Kompatibilität mit herkömmlichen Motoren zu optimieren.
Arten von Biokraftstoffen
Biokraftstoffe sind eine erneuerbare Energiequelle, die aus Biomasse gewonnen wird und als Alternative zu fossilen Brennstoffen genutzt werden kann. Zu den häufigsten gehören:
1. Bioethanol
Bioethanol ist ein flüssiger Biokraftstoff, der als Ersatz oder Zusatz für Benzin in Verbrennungsmotoren verwendet wird. Es wird durch Fermentieren von Zucker gewonnen, der in Nutzpflanzen wie Zuckerrohr, Mais, Weizen und Rüben vorkommt.
Seine Verwendung verringert die Abhängigkeit vom Erdöl und verringert den Ausstoß bestimmter Luftschadstoffe, obwohl seine intensive Produktion aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Landnutzung und die Nahrungsmittelverfügbarkeit Diskussionen ausgelöst hat.
2. Biodiesel
Biodiesel ist eine Alternative zu Diesel, der aus Pflanzenölen, beispielsweise aus Sonnenblumen-, Raps-, Palm- und Sojaöl, sowie aus tierischen Fetten und recycelten Ölen hergestellt wird.
Seine Herstellung basiert auf einem chemischen Prozess namens Umesterung, bei dem Triglyceride in Methyl- oder Ethylester von Fettsäuren umgewandelt werden.
Bei seiner Verbrennung entstehen im Vergleich zu fossilem Diesel weniger Schwefel- und Partikelemissionen, allerdings wird die Ausweitung des Ölsaatenanbaus für seine Produktion wegen seiner Auswirkungen auf die Abholzung der Wälder und die Artenvielfalt kritisiert.
3. Biogas
Biogas ist ein gasförmiger Brennstoff, der hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid besteht und durch die anaerobe Zersetzung organischer Stoffe wie landwirtschaftlicher Abfälle, Gülle, Klärschlamm und Siedlungsmüll entsteht.
Es kann zur Stromerzeugung, zum Heizen und nach der Reinigung als Kraftstoff für Fahrzeuge verwendet werden. Seine Produktion trägt zur Abfallwirtschaft und zur Reduzierung der Methan-Emissionen bei, einem starken Treibhausgas.
4. Biomethan
Biomethan ist eine raffinierte Version von Biogas, die durch Entfernen von Verunreinigungen und Erhöhen der Methankonzentration auf ein mit Erdgas vergleichbares Niveau gewonnen wird. Dies ermöglicht die Einspeisung in Verteilnetze und den Einsatz in Fahrzeugen mit CNG-Technologie (Compressed Natural Gas).
Seine Entwicklung als nachhaltige Alternative in Mobilität und Industrie nimmt zu.
Generationen von Biokraftstoffen
Seit ihrer Entstehung hat sich die Technologie zur Herstellung von Biokraftstoffen weiterentwickelt und lässt sich in verschiedene Generationen unterteilen:
- Erste Generation : Sie werden aus Nahrungspflanzen wie Mais und Zuckerrohr hergestellt und stehen damit in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion.
- Zweite Generation : Gewonnen aus lignozellulosehaltiger Biomasse, wie land- und forstwirtschaftlichen Rückständen, wodurch der Druck auf den Nahrungsmittelanbau verringert wird.
- Dritte Generation : Sie werden aus Algen hergestellt, die hohe Ölausbeuten erzielen können, ohne die Nahrungsmittelproduktion zu beeinträchtigen.
- Vierte Generation : Sie nutzen nicht landwirtschaftlich nutzbare Flächen und gentechnisch veränderte Organismen, um die Biokraftstoffproduktion zu optimieren.
Umweltauswirkungen und Zusammenhang mit dem Klimawandel
Die Verwendung von Biokraftstoffen wird aufgrund ihres erneuerbaren Ursprungs und ihres Potenzials zur Reduzierung der CO₂-Emissionen als nachhaltigere Alternative zu fossilen Brennstoffen gefördert.
Ihre Umweltauswirkungen sind jedoch umstritten, da die Produktion, Verarbeitung und Verteilung dieser Kraftstoffe negative Auswirkungen auf die Umwelt haben können.
CO2-Fußabdruck und Emissionen
Obwohl Biokraftstoffe bei der Verbrennung weniger Kohlendioxid (CO₂) ausstoßen als fossile Brennstoffe, ist ihr gesamter Lebenszyklus möglicherweise nicht so vorteilhaft wie bisher angenommen. Der Anbau von Rohstoffen erfordert große Mengen Wasser, Düngemittel und Energie, was zu indirekten Treibhausgasemissionen führen kann. Darüber hinaus kann der Einsatz landwirtschaftlicher Maschinen und der Transport von Biokraftstoffen ihren CO2-Fußabdruck erhöhen.
Wirkung von Stickoxiden
Laut dem Nobelpreisträger für Chemie Paul Crutzen können einige Biokraftstoffe aufgrund der Emission von Stickoxiden (NOx), die ein viel größeres Treibhauspotenzial als CO₂ haben, zur globalen Erwärmung beitragen.
Bei der Produktion von Biokraftstoffen wird durch den Einsatz von Stickstoffdünger auf den Feldern Distickstoffmonoxid (N₂O) freigesetzt, ein Treibhausgas, das hinsichtlich der Wärmespeicherung in der Atmosphäre bis zu 300-mal wirksamer ist als CO₂.
Abholzung und Verlust der Artenvielfalt
Die steigende Nachfrage nach Biokraftstoffen hat zur Ausweitung des Anbaus von Monokulturen wie Sojabohnen und Ölpalmen geführt, was wiederum zur Abholzung der tropischen Regenwälder und zum Verlust der Artenvielfalt führt.
In Regionen wie dem Amazonasgebiet und Südostasien wurden große Waldflächen gerodet, um Platz für Plantagen zur Produktion von Biodiesel und Bioethanol zu schaffen, wodurch die Fähigkeit der natürlichen Ökosysteme, CO₂ zu absorbieren, verringert wurde.
Auswirkungen auf die Ernährungssicherheit
Der Wettbewerb zwischen Biokraftstoffpflanzen und Nahrungsmittelpflanzen hat Bedenken hinsichtlich der Ernährungssicherheit aufgeworfen.
Durch die Umstellung der landwirtschaftlichen Flächen auf den Anbau von Biokraftstoffen statt Nahrungsmitteln sind die Preise für Grundnahrungsmittel wie Mais und Weizen gestiegen, was insbesondere die schwächsten Bevölkerungsgruppen trifft.
Energierückgewinnungsrate (EROR)
Die Energierückgewinnungsrate (EROR) von Biokraftstoffen variiert je nach Art und Produktionsprozess. Bei Biokraftstoffen der ersten Generation wird allgemein ein niedriger EROEI-Wert von nahe 1 oder in manchen Fällen sogar darunter angenommen.
Dies bedeutet, dass die bei ihrer Herstellung verbrauchte Energiemenge ähnlich oder größer sein kann als die Energiemenge, die sie bei ihrer Verwendung erzeugen.
Einige ungefähre EROEI-Werte für Biokraftstoffe sind:
- Mais-Bioethanol: Zwischen 0,8 und 1,5 (abhängig von der Produktionsmethode und dem Anbauort).
- Bioethanol aus Zuckerrohr: In einigen Fällen kann dieser Wert 8 erreichen, beispielsweise in Brasilien, wo der Prozess effizienter ist.
- Soja-Biodiesel: Zwischen 1 und 3.
- Palm-Biodiesel: Ungefähr 3.
Durch technologischen Fortschritt und die Verwendung von Rohstoffen der zweiten und dritten Generation, wie beispielsweise landwirtschaftlichen Abfällen oder Algen, können sich diese Werte verbessern.
Im Vergleich zu fossilen Brennstoffen wie Erdöl (dessen EROEI in der Vergangenheit bei 100 lag und derzeit bei etwa 20–30 liegt) weisen Biokraftstoffe jedoch immer noch eine relativ geringe Energieeffizienz auf.
Unterschied zwischen Biokraftstoffen und Agrokraftstoffen
Ursprünglich wurde die Vorsilbe „Bio“ in Biokraftstoffen verwendet, um deren organischen Ursprung im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen hervorzuheben. Allerdings verwenden viele Unternehmen den Begriff „Bio“, um einen vermeintlichen ökologischen Nutzen zu suggerieren, der teilweise fragwürdig ist.
Aus diesem Grund bevorzugen einige Umweltorganisationen den Begriff „Agrokraftstoffe“, der ihren landwirtschaftlichen Ursprung betont und auf die Probleme hinweist, die mit der Nutzung landwirtschaftlicher Flächen zur Energieerzeugung statt zur Nahrungsmittelproduktion verbunden sind.