Bioethanol

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Ethanol

Unter einer ganzen Reihe von Alkoholen handelt es sich bei Ethanol um denjenigen Alkohol, der als "Trinkalkohol" in Bier, Wein und Schnaps enthalten ist. Er wird auch als Weingeist, Bioalkohol oder Ethylalkohol bezeichnet. Seit Alters her wird er durch die alkoholische Gärung gewonnen. Technisches Ethanol wird vergällt (geschmacklich ungenießbar gemacht) und eingesetzt z.B. als Lösungsmittel, zur Konservierung anatomischer Präparate, Brennspiritus oder auch Treibstoff, z. B.:

Bioethanol

Während Pflanzenöl und Biodiesel Dieselmotoren antreiben, kann Bioethanol Ottokraftstoffe, also Superbenzin ersetzen. Ethanol entsteht bei der Vergärung von Kohlenhydraten, die in stärkehaltigen (Kartoffeln, Mais, Getreide) oder zuckerhaltigen Pflanzen (Zuckerrüben, Zuckerrohr) vorkommen. Unter Einsatz von Hefe und Enzymen wird dieser Zucker zu Ethanol und CO2 umgewandelt. Für die Nutzung als Kraftstoff muss der Alkoholgehalt dann über eine mehrstufige Destillation und Entwässerung auf mindestens 99,7 Prozent erhöht werden.

Ethanol wird in Deutschland vor allem aus Getreide oder Zuckerrüben erzeugt. Sechs Groß- und einige kleinere Anlagen mit einer gesamten Produktionskapazität von über 1 Mio. Tonnen produzieren derzeit ca. 0,6 Mio. Tonnen Ethanol im Jahr. Die Branche setzte 2012 ca. 1,2 Mio. Tonnen Bioethanol ab, die nahezu vollständig in die Beimischung von Superkraftstoffen (Super E5, Super E10) gingen. Lediglich etwa 1 Prozent bzw. 17.000 Tonnen E85 wurden als Reinkraftstoff an deutschen Tankstellen verkauft.


Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE) ist eine Verbindung aus biogenem Ethanol und aus Erdöl hergestelltem Isobuten. ETBE kann das fossile Antiklopfmittel Methyl-t-Butyl-Ether (MTBE) ersetzen und Ottokraftstoffen bis zu 15% beigemischt werden.

Flexible-Fuels-Vehicles (FFV) sind Fahrzeuge, die mit Kraftstoffmischungen mit einem Anteil von bis zu 85% Ethanol (E 85) betrieben werden können. Nur 1,4% des in Deuschland abgesetzten Ethanols (ca.8.500t) wurden in 2008 als Reinkraftstoff (E85) verbraucht. mehr: siehe unten


Steckbrief Ethanol-Kraftstoff
Rohstoffe Getreide, Zuckerrüben, Mais
Jahresertrag je Hektar 2.800 l/ha1) [zuzüglich 2,2 t Futtermittel)
Kraftstoff-Äquivalent 1l Ethanol ersetzt ca. 0,66l Ottokraftstoff
Marktpreis (E100) E100 Großhandelspreis 1,21 €/l </sup>

(inkl. Energiesteuer von 65,45 ct/l, ohne MwSt)

THG-Emissionen 44 g CO2-Äq/MJ* (Vergleichskraftstoff Benzin: 83,8 g CO2 Äq/MJ),
Technische Hinweise E10= Ethanolanteil bis zu 10 Vol.-% (Freigabe beachten)

1) Für Ethanol aus Weizen
2) Standardwerte für THG-Emissionen nach EU-RL 2009/28EG.

Rohstoffe

Ethanol wird durch Vergärung von in Pflanzen enthaltenen Zuckern gewonnen. Grundsätzlich eignen sich zucker-, stärke- und cellulosehaltige Pflanzen. Dabei kommen in Deutschland vor allem Weizen, Roggen und Zuckerrüben in Betracht. Für die Produktion von einem Liter Ethanol sind etwa 2,5 kg Getreide erforderlich, gleichzeitig entsteht ein Kilogramm Proteinfutter als Nebenprodukt. Auf diese Art fielen allein beim Ethanol aus Futtergetreide mehr als 500.000 t Proteinfutter „nebenbei“ an.

In Deutschland wird deutlich mehr Ethanol abgesetzt als hergestellt. Die Lücke schließen überwiegend europäische Importe. In den USA und im europäischen Ausland wird Ethanol vor allem aus Mais hergestellt, Brasilien setzt auf die Vergärung von Zucker aus Zuckerrohr. Mit der Entwicklung geeigneter enzymatischer Verfahren können auch Holz, andere Energiepflanzen und Stroh vergoren werden.

Rohstoffe zur Herstellung von Bioethanol (Quelle: meo/FNR)
Rohstoffe Biomasserertrag (FM)
[t/ha]
Kraftstoffertrag
[l/ha]
erforderliche Biomasse pro Liter Kraftstoff
[kg/l]
Körnermais 9,0 3.740 2,4
Weizen 7,2 2.760 2,6
Roggen 4,9 2.030 2,4
Triticale 5,6 2.230 2,5
Zuckerrüben 58,0 6.250 9,3
Zuckerrohr 73,0 6.380 11,4
Stroh 7,0 2310 3,0

Herstellung

Entwicklung Biokraftstoffe in Deutschland
(Quelle: BAFA, BMF, FNR (Juli 2017))

Als Ausgangsstoff dient der in den Pflanzen enthaltene Zucker, der durch Hefepilze und Enzyme zu Ethanol vergoren wird. Die Vergärung wird auch als Fermentation bezeichnet. Bei stärkehaltigen Pflanzen wird die Stärke, ebenfalls mit Hilfe von Enzymen, zunächst in Zucker umgewandelt.

Gleiches gilt für zellulosehaltige Pflanzen. Bei der Vergärung entsteht als Nebenprodukt in großer Menge die so genannte Schlempe, die als Futtermittel oder Substrat für die Biogasherstellung dienen kann.

Für die Herstellung von Ethanol stehen in Deutschland Produktionskapazitäten von über 1 Mio. m³ bzw. 850.000 t bereit. Produziert wurden in 2009 etwa 591.000 t, dass sind 131.000 t mehr als 2008. Auch der Ethanolabsatz hat in 2009 deutlich zugelegt - mit 903.000 t lag er 277.000 t über Vorjahresniveau. Ein Teil des Absatzes wird durch Ethanolimporte, vor allem aus dem europäischen Raum, gesichert.

Kraftstoffeigenschaften und -qualität

Ethanol besitzt Eigenschaften, die die Qualität von Otto-Kraftstoffen verbessern. So weist der Alkohol eine höhere Oktanzahl auf als herkömmliche Otto-Kraftstoffe.

Die Oktanzahl kennzeichnet die Klopffestigkeit des Kraftstoffs; als "Klopfen" werden unkontrollierte Verpuffungen bezeichnet, die den Motor mechanisch und thermisch stark belasten. Eine hohe Oktanzahl steht für einen klopffesten Kraftstoff, der mit hohem Wirkungsgrad verbrannt wird und so das Leistungspotenzial des Motors bestmöglich ausreizt.

Auf der anderen Seite hat Ethanol einen um ein Drittel niedrigeren Energiegehalt als Ottokraftstoff, ein Liter Ethanol ersetzt also nur etwa 0,66 Liter Benzin. Ethanol als beigemischte Komponente erhöht außerdem den Dampfdruck des Kraftstoffs. Dem muss insbesondere im Sommer mit geeigneten Maßnahmen entgegengewirkt werden.

E10

Bei E10 handelt es sich um einen Ottokraftstoff mit einem maximalen Bioethanolanteil von zehn Prozent (bezogen auf das Volumen). E10 wurde in Deutschland im Jahr 2011 eingeführt, um die bereits bestehende Biokraftstoffquote durch die Mineralölunternehmen leichter erfüllen zu können.

Flexible-Fuel-Vehicles (FFV)

Auch in Deutschland werden seit 2005 Serienfahrzeuge angeboten, die mit einem Ethanolanteil von bis zu 85 Prozent betrieben werden können. Diese so genannten Flexible-Fuel-Vehicles (FFV) werden in Europa vor allem von Ford und Saab angeboten.

In Schweden, den USA und Brasilien werden bereits seit einigen Jahren verstärkt Flexible-Fuel-Modelle verkauft, so dass in diesen Ländern bereits umfangreiche Erfahrungen mit der Beimischung von Ethanol zum Ottokraftstoff vorliegen. So wurde in Brasilien 1975 aufgrund der ersten Erdölkrise das nationale „Proalcool“-Programm gestartet, das eine stetige Steigerung der Ethanol-Produktion aus heimischen Rohstoffen, vor allem aus Zuckerrohr, vorsah. Das Ethanol wurde als Reinkraftstoff oder als Beimischung zum Benzin genutzt. Heute gibt es in Brasilien etwa 14 Millionen solcher ethanolfähigen Pkw. Zudem ist ein erheblicher und wachsender Anteil der verkauften Neuwagen mit Flexible-Fuel-Technologie ausgestattet.

Die Ottokraftstoff-Norm DIN EN 228 erlaubt die Beimischung von bis zu fünf Prozent Ethanol zum Kraftstoff. Wenn tatsächlich die nach der Norm möglichen fünf Volumenprozent sämtlicher Ottokraftstoffe in Deutschland durch Ethanol ersetzt würden, entspräche dies knapp 1,3 Millionen Tonnen pro Jahr.

Verbreitung

m Jahr 2009 wurden in Deutschland 902.000 Tonnen Bioethanol als Kraftstoff verbraucht. Ethanol und vor allem Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE), eine Verbindung aus Ethanol und Isobuthen, wurde dem Ottokraftstoff beigemischt. ETBE ersetzt den fossilen Methyl-Tertiär-Butyl-Ether (MTBE), der als Oktanzahl erhöhende Kraftstoffkomponente im Ottokraftstoff eingesetzt wird und neben gesundheitsschädigenden Wirkungen auch Probleme beim Eintrag in Böden und Gewässer verursacht. Auch durch ETBE wird in Ottokraftstoffen die Oktanzahl erhöht und so die Klopfneigung des Kraftstoffs herabgesetzt.

Neben der direkten Beimischung von Bioethanol zum Ottokraftstoff durch die Mineralölindustrie, wurden in 2009 etwa 9.000 Tonnen Ethanol als E85-Kraftstoff verbraucht. An über 250 Tankstellen in Deutschland können Autofahrer mittlerweile den Bioethanolkraftstoff E 85 tanken. Mit der neuen interaktiven Tankstellensuche unter www.bdbe.de/bioethanol/e85 E85 finden FlexiFuel-Fahrer nun noch leichter E 85-Zapfsäulen in ihrer Nähe und in ganz Deutschland.

Seit Januar 2011 ist mit E10 ein Kraftstoff mit höherem Bioethanol-Anteil an deutschen Tankstellen verfügbar. Dieser Regelung hat der Bundesrat Anfang November 2010 über das Neunte Gesetz zur Änderung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes zugestimmt. Während dem Ottokraftstoff in Deutschland bisher bis zu 5 % Ethanol (bezogen auf das Volumen) beigemischt wurden, ist es seitdem möglich, den biogenen Anteil im Benzin auf bis zu 10 Prozent zu verdoppeln. "E10", so die neue Bezeichnung an den Zapfsäulen, vertragen etwa 90 Prozent der Fahrzeuge mit Otto-Motor.

Informationen zu E10-tauglichen Fahrzeugen erhält man beim Fahrzeughersteller bzw. -händler sowie über die KfZ-Werkstätten. Eine Liste dieser Fahrzeuge steht auf der Internetseite der Deutschen Automobil Treuhand GmbH unter www.dat.de/e10 zur Verfügung. Benzin und Super mit bis zu 5 % Ethanol stehen an deutschen Zapfsäulen weiterhin bereit.

E85: 85% Ethanol, 15% Ottokraftstoff
ETBE: 47% Ethanol, 53% Isobuten


Bioethanolabsatz in Deutschland
Bioethanolabsatz in t 2007 2008
Reinkraftstoff E85 6.100 8.500
Beimischung Ethanol 89.000 251.000
Beimischung Ethanolanteil in ETBE 366.000 367.000
Absatz gesamt 461.000 626.000

Quelle: FNR-Basisdaten Biokraftstoffe


Bioethanoltankstellen finden Sie unter

Quelle



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