Biodiesel

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Biodiesel

Biodieselabsatz in Deutschland
Quelle: BAFA, FNR (2013) - © FNR 2013

Biodiesel oder auch Fettsäuremethylester (FAME) hat mit etwa 65 Prozent den größten Marktanteil der in Deutschland verbrauchten Biokraftstoffe. An über 30 Produktionsstandorten wird er aus Pflanzenölen und Fetten – hierzulande vor allem aus Rapsöl – produziert, daher auch der Name Rapsölmethylester (RME). Bei der Herstellung werden die im Öl enthaltenen drei Fettsäuren in Gegenwart eines Katalysators vom Glycerin abgespalten und mit Methanol verestert.
Die für die Kraftstoffqualität notwendigen Anforderungen schreibt die europaweit gültige Norm DIN EN 14214 fest.

Seit 2004 mischen Mineralölkonzerne herkömmlichem Diesel bis zu 5 und seit 2010 bis zu 7 Prozent Biodiesel bei – auf diesen Anteil bezieht sich auch die Kraftstoffbezeichnung „B7“. Während 2006 nur etwa 40 Prozent des deutschen Biodiesels über die Beimischung abgesetzt wurden, sind es heute über 90 Prozent.

Beimischung
Die Mineralölkonzerne sind nach dem Biokraftstoffquotengesetz als sogenannte „Inverkehrbringer“ von Kraftstoffen verpflichtet, bestimmte Mindestanteile ihres Diesel- und Ottokraftstoffabsatzes durch biogene Kraftstoffe sicherzustellen. Hierfür sind definierte Quoten verbindlich vorgegeben. Dies erfolgt hauptsächlich durch die Beimischung von Biodiesel zu Diesel bzw. von Bioethanol zu Superbenzin. Die Obergrenzen dafür geben die Kraftstoff-Qualitätsnormen vor: Demnach dürfen bis zu 7 Prozent Biokraftstoffe dem Diesel und bis zu 10 Prozent dem Benzin beigemischt werden.

Mit der Beimischungsverpflichtung kommt Deutschland europäischen Vorgaben zum Klimaschutz nach. So schreibt die Erneuerbare-Energien-Richtlinie der EU vor, dass bis zum Jahr 2020 in allen Mitgliedsstaaten 10 Prozent des Endenergieverbrauchs im Verkehrssektor aus erneuerbaren Energien stammen müssen.

Ab 2015 wird die Biokraftstoffquote in Deutschland auf eine Treibhausgasvermeidungsquote umgestellt. Für sie ist dann nicht mehr der mengenmäßige Anteil der in Verkehr gebrachten Biokraftstoffe entscheidend, sondern ihr Beitrag zur Treibhausgasminderung.

Während Reinkraftstoffe in den Anfangsjahren des Biokraftstoff-Booms in Deutschland eine wichtige Rolle spielten, wird der Markt heute von der Beimischung dominiert. Beigemischte und andere auf die Biokraftstoffquote angerechnete Biokraftstoffe sind nicht steuerbefreit.


Steckbrief Biodiesel
Rohstoffe Raps u. a. Pflanzenöle, tierische Fette
Jahresertrag je Hektar aus 3,5 t Rapssaat entstehen ca. 1.500 l Biodiesel (sowie 2 t Futtermittel und 130 kg Glycerin)
Kraftstoff-Äquivalent 1l Biodiesel ersetzt ca. 0,91l Diesel
Marktpreis Biodiesel - Großhandel: 1,17 EUR/ l (∅ 2015)

(ab Werk, inkl. Energiesteuer von 45,03 Ct/l, ohne MwSt.)

THG-Emissionen 52 g CO2-Äq/MJ Biodiesel aus Rapsöl (Vergleichskraftstoff Diesel: 83,8 g CO2-Äq/MJ) (Standardwerte für THG-Emissionen nach EU-RL 2009/28EG)
Technische Hinweise Biodiesel in Reinform: Freigabe des Herstellers erforderlich; in Mischungen bis 7 % ohne Anpassung des Motors einsetzbar; DIN 14214

Rohstoffe

Viele Menschen denken bei Biodiesel an blühende Rapsfelder, und in der Tat wird er in Deutschland vor allem aus Raps gewonnen. Als Ausgangbasis sind aber auch andere Pflanzenöle sowie Altspeise- und Tierfette möglich. Während in Mitteleuropa Raps aus klimatischen Gründen zur Herstellung von Biodiesel dominiert, wird er in Asien in der Regel aus Palmöl und in Amerika aus Sojaöl erzeugt. Auch Biodiesel aus Reststoffen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Im Vergleich zu Biodiesel aus Anbaubiomasse sind es vor allem die geringeren THG-Emissionen, die als Vorteil des Biodiesels aus Altspeisefetten angeführt werden.

Hierzulande wird Biodiesel zum überwiegenden Teil aus dem einheimischen Rohstoff Raps hergestellt. Die in den letzten Jahren nahezu konstante Anbaufläche von ca. 1,4 Mio. ha unterstreicht die große Bedeutung des Rapsanbaus in Deutschland.

Für die Herstellung von Speiseöl, Margarine etc. ist eine Rapsfläche von ca. 300.000 ha erforderlich. Raps von etwa 120.000 ha nutzt die Industrie für die stoffliche Verwertung. Der mit etwa zwei Dritteln verbleibende Löwenanteil der einheimischen Rapsfläche steht der Biokraftstoffproduktion und gegebenenfalls dem Export zur Verfügung.

Für den Chemiker handelt es sich bei Biodiesel um Pflanzenölmethylester bzw. Fettsäuremethylester, auch als Fatty Acid Methyl Ester (FAME) bezeichnet. Außerdem ist die Abkürzung RME für Rapsölmethylester gebräuchlich. Biodiesel ist also nicht mit Pflanzenöl zu verwechseln, sondern wird daraus hergestellt.

Rohstoffe zur Herstellung von Biodiesel (Quelle: meo/FNR)
Rohstoffe Biomasserertrag (FM)
[t/ha]
Kraftstoffertrag
[l/ha]
erforderliche Biomasse pro Liter Kraftstoff
[kg/l]
Rapsöl 3,5 1.590 2,2
Palmöl 20,0 4.440 4,5
Sojaöl 2,9 640 4,6
Jatropha 2,5 610 4,1

Herstellung

Erste Anlagen zur Produktion von Biodiesel wurden in den 1990er-Jahren in Deutschland errichtet. Seine Herstellung erfolgt durch Umesterung von Pflanzenöl mit Methanol. Dazu mischt man das Pflanzenöl mit Methanol im Verhältnis 9 : 1. Um den Prozess zu beschleunigen, gibt man 0,5–1 % eines Katalysators (Natrium- oder Kaliumhydroxid) zu und rührt das Gemisch bei Temperaturen von 50–80 °C mehrere Stunden. Bei der dann ablaufenden chemischen Reaktion findet eine Aufspaltung des Pflanzenölmoleküls, das aus Glycerin und drei Fettsäureketten besteht, statt.

Der dreiwertige Alkohol Glycerin wird gegen den einwertigen Alkohol Methanol getauscht, sodass sich die Fettsäuren mit Methanol zu Biodiesel verbinden.

Am Ende der Reaktion liegen Roh-Biodiesel und Roh-Glycerin in zwei leichttrennbaren Phasen vor. Um die gewünschte Produktqualität des Biodiesels zu erreichen, muss Roh-Biodiesel mehrere Aufbereitungsschritte durchlaufen. Gleiches gilt für das Glycerin, ein Alkohol, der in vielen Bereichen wie der Pharma- und Lebensmittelindustrie und der Oleochemie Anwendung findet und normalerweise synthetisch hergestellt wird.

Kraftstoffeigenschaften und -qualität

Während bei der Nutzung von Pflanzenölkraftstoff der Motor an den Kraftstoff angepasst werden muss, handelt es sich bei der Umesterung zu Biodiesel um eine Anpassung des Kraftstoffs an den Motor. Biodiesel hat, was die Viskosität und die Zündwilligkeit betrifft, ähnliche Eigenschaften wie fossiler Diesel. Durch die Zugabe von Additiven, die auch bei herkömmlichem Kraftstoff üblich ist, wird zudem die Wintertauglichkeit erreicht: bis –20 °C kann mit Biodiesel problemlos gefahren werden.

Die Schmierfähigkeit von Biodiesel, wichtig für einen geringen Verschleiß des Motors, ist sogar höher als die von fossilem Kraftstoff. Etwas geringer ist hingegen der Energiegehalt pro Liter, der zu einem Mehrverbrauch von bis zu 5 % führen kann.

Im Jahr 2003 wurden die für die Kraftstoffqualität notwendigen Anforderungen in der europaweit gültigen Norm DIN EN 14214 festgeschrieben. Mit deren Aufnahme in die Kraftstoffqualitäts- und Kennzeichnungsverordnung (10. BImSchV) sind diese Anforderungen auch gesetzlich verankert.

Wird Biodiesel an öffentlichen Tankstellen angeboten, besteht die Pflicht, die normgerechte Qualität des Kraftstoffs durch Anbringen des DIN-Aufklebers an den Zapfsäulen kenntlich zu machen.

Die Mineralölkonzerne mischen Biodiesel dem herkömmlichen Diesel mit bis zu 7 % (B7) bei, ohne dass gesonderte technische Voraussetzungen vom Fahrzeughalter zu beachten sind. Um die Norm für den fossilen Dieselkraftstoff (DIN EN 590) einzuhalten, dürfen die Mineralölhersteller nur Biodiesel beimischen, der seinerseits der Biodiesel-Norm DIN EN 14214 entspricht. An der Zapfsäule weist ein Aufkleber „Enthält bis zu 7 % Biodiesel“ auf den sogenannten B7-Kraftstoff hin.

FREIGABEN FÜR BIODIESELFAHRZEUGE

Für die Nutzung von Biodiesel als Reinkraftstoff oder in Mischungen ab einem Biodieselanteil > 7 % ist eine Freigabe durch die Hersteller erforderlich. In nicht freigegebenen Fahrzeugen können die lösungsmittelähnlichen Eigenschaften von Biodiesel zu Problemen führen und ggf. Kunststoff- und Gummibauteile wie Dichtungen und Benzinleitungen im Motor angreifen.

Übersichten zu Fahrzeugfreigaben für Biodiesel (B100) in Land- und Forstmaschinen, aber auch für den Nutzfahrzeugsektor (B100 und B30) können auf den Internetseiten der Union zur Förderung von Öl- und Proteinpflanzen (Ufop) unter www.ufop.de abgerufen werden. Ebenso ist bei der Nachrüstung von Partikelfiltern darauf zu achten, dass Filter und Fahrzeug für Biodiesel freigegeben sind.

Eine Datenbank über die Bezugsquellen von Biodiesel finden Sie auf den Internetseiten der AGQM, Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e. V.

Verbreitung

Biokraftstoffe in Deutschland 2008
(Quelle: BAFA/ FNR, 2009)

Biodiesel ist bezogen auf das Absatzvolumen der bedeutendste Biokraftstoff hierzulande. Mit ca. 1,8 Mio. Tonnen werden drei Prozent des deutschen Kraftstoffverbrauchs durch Biodiesel abgedeckt.

Auch wenn der Absatz leicht rückläufig ist, bleibt Biodiesel eine wesentliche Kraftstoffoption zur Erfüllung der Biokraftstoffquote. Diese Quotenpflicht der Mineralölwirtschaft ist an Nachhaltigkeitskriterien und an die Reduktion von Treibhausgasen gebunden, lässt jedoch Art des Kraftstoffs und das Bezugsland offen. Auch wenn Biodiesel zum überwiegenden Teil über den Weg der Beimischung in den Verkehr gelang - können sowohl Beimischungen als auch Reinkraftstoffe auf die Biokraftstoffquote angerechnet werden.

Als Reinkraftstoff (B100) kann man Biodiesel heute noch an rund 200 öffentlichen Tankstellen (im Jahr 2007: 1.900 Tankstellen) tanken. Anders als beim Pflanzenöl konnte der Absatzrückgang des Biodiesels (B100) jedoch durch die Beimischung zum Dieselkraftstoff zumindest teilweise kompensiert werden.

Der Biodieselabsatz hierzulande ist rückläufig ist und liegt 2013 bei 1,8 Mio. Tonnen. Davon werden nur 30.000 Tonnen als Reinkraftstoff abgesetzt. Laut Verband der Deutschen Biokraftstoffindustrie e.V. (VDB) liegt die einheimische Biodieselproduktion mit 2,6 Mio. Tonnen in etwa konstant auf dem Niveau der letzten Jahre, so dass entstandene Absatzlücken vor allem durch den europäischen Markt teilweise geschlossen werden konnten. Die Verarbeitungskapazität für die Herstellung von Biodiesel hat sich in Deutschland um 20 % von ca. 5 Mio. t in 2011 auf etwa 4 Mio. t abgesenkt.


dient Zeilenumbruch
Entwicklung Biodiesel-Produktion und -Absatz in Deutschland
(Quelle: Ufop, VDB FNR)

Seit 2004 mischen Mineralölkonzerne dem von ihnen verkauften herkömmlichen Dieselkraftstoff Biodiesel bis zu 5 Prozent zu. Mit mehr als 1,6 Mio. Tonnen wurde so 2008 ein beträchtlicher Teil des Biodiesel dem fossilen Dieselkraftstoff beigemischt. Bedenken bezüglich der Einhaltung aktueller Abgasnormen bestehen laut Mineralöl- und Automobilindustrie nicht. In Deutschland ist seit 2009 sogar ein Anteil von 7 Prozent Biodiesel im Dieselkraftstoff erlaubt. Als B7 ist der Kraftstoff an den Zapfsäulen gekenntzeichnet.


Durch Steuerbefreiung begünstigt ist der Biodieselabsatz bis 2007 schnell gestiegen und sinkt seit Rücknahme dieser Befreiung stetig. Auch die Produktionskapazitäten haben erheblich zugenommen und lagen 2008 mittlerweile bei 5 Mio t. Seit 2008 ist ein stetiger Rückgang der Kapazität zu verzeichnen.

2014 steigt die Biodieselproduktion in Deutschland auf 3,0 Mio. t. Der Absatz tendiert nach einem leichten Abfall im Vorjahr wieder auf leicht steigenden Niveau.

dient Zeilenumbruch
Verwendung von Biodiesel nach Nutzergruppen 2010
(Quelle: Ufop, AGQM) (Quelle: FNR)

Wenngleich Biodiesel an über 1900 öffentlichen Tankstellen erhältlich ist, trägt dieser Vertriebsweg nur zu einem Fünftel zum Absatz bei. Es sind die Nutzfahrzeuge des Transportgewerbes, die mit 1,35 Mio. Tonnen die größte Menge an Biodiesel verbrauchen. Mit über 1,4 Mio. Tonnen hat sich auch die Mineralölindustrie zum wichtigen Kunden etabliert. Sie nutzt Biodiesel für die Beimischung zu konventionellem Diesel.

Freigabe

Bereits die deutsche Vornorm für Biodiesel war die Grundlage für einige Automobilhersteller, viele ihrer Modelle für Biodiesel freizugeben. Insbesondere der Volkswagen-Konzern, aber auch andere Hersteller haben eine Vielzahl ihrer Modelle für Biodiesel-tauglich erklärt. Bei den freigegebenen Modellreihen sind empfindliche Kunststoff- und Gummibauteile schon vom Hersteller durch Biodiesel-resistente Materialien ersetzt worden.

In jüngster Zeit werden Freigaben nur noch in Verbindung mit speziellen Biodiesel-Paketen erteilt. Hauptgrund ist die neue EU-Abgas-Norm Euro IV, die ab 2005 verbindlich ist. Aufgrund relativ hoher Stickoxid-Emissionen kann Biodiesel als Reinkraftstoff die strengeren Werte dieser Norm nicht mehr ohne Weiteres einhalten. Mit Hilfe eines Sensors, der verschiedene Kraftstoffe oder -mischungen erkennt, kann das Motormanagement auf das jeweilige Kraftstoffmischungsverhältnis eingestellt und die Verbrennung entsprechend optimiert werden. So lassen sich auch die Abgasgrenzwerte von Euro IV ohne Problem unterschreiten. Der Biodieselsensor ist mittlerweile als Zusatzausrüstung für einige Modelle der Volkswagen AG erhältlich.

Quelle


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