Die fünf wichtigsten Biokraftstoffe in Deutschland (Biodiesel, Pflanzenöl, Bioethanol, Biogas und synthetische Biokraftstoffe) werden hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten, ihrer Produktionsverfahren, ihrer Potenziale und CO₂-Reduktion verglichen.

Biodiesel

Biodiesel ist der bei uns bekannteste und am weitesten verbreitete Biokraftstoff. Biodiesel wird in der Norm auch als Dieselkraftstoff auf der Basis von Fettsäure-Methyl-Ester (FME) bezeichnet. Eine weitere übliche Abkürzung ist PME für Pflanzenöl-Methyl-Ester. Biodiesel wird oft auch als Rapsöl-Methyl-Ester (RME) bezeichnet.

Biodiesel wird mittels eines chemischen Prozesses, der Umesterung, unter Einsatz von Alkohol aus Pflanzenöl von Ölpflanzen gewonnen. In Deutschland kommt hauptsächlich Raps zum Einsatz. Weitere Ölpflanzen sind z.B. Sonnenblumen. Neben der Nutzung von Pflanzenölen zur Kraftstoffherstellung besteht auch die Möglichkeit, Reststoffe wie pflanzliche Öle nach einer Nutzung als Fritier- oder Bratfett zu sammeln und nach einer entsprechenden Reinigung umzuestern. Biodiesel kann somit Reststoffe aus der Nahrungsmittelindustrie sinnvoll verwerten. Nebenprodukt der Produktion von Biodiesel ist Glycerin, das nach einer Reinigung in der chemischen Industrie genutzt werden kann. Rapsschrot, ein weiteres Koppelprodukt der Biodieselproduktion, wird als Futtermittel genutzt.

Biodiesel kann aufgrund seiner Verbrennungseigenschaften in herkömmlichen Dieselmotoren eingesetzt werden. Da Biodiesel sich chemisch anders zu Kunststoffen verhält als fossiler Dieselkraftstoff, müssen die im Kraftstoffsystem eingebauten Elastomere (Leitungen, Dichtungen) aus biodieselresistenten Stoffen hergestellt werden. Für den störungsfreien Motorbetrieb ist es erforderlich, dass der biogene Treibstoff Mindestqualitätseigenschaften besitzt (DIN E 51 606). Eine wechselseitige Betankung mit fossilem Diesel ist möglich. Inzwischen gibt es eine Vielzahl von Fahrzeugherstellern, die ihre Modelle für den Betrieb mit Biodiesel freigegeben haben. Ungefähr 250 Tankstellen in Deutschland bieten Biodiesel als reinen Kraftstoff mittlerweile an. Darüber hinaus mischen viele Mineralölkonzerne dem herkömmlichen Diesel bis zu 5 % des Biokraftstoffs (sog. B5) bei. Eine höhere Beimischung von maximal 7 Volumenprozent (B7) ist seit dem 30. Januar 2009 möglich (Qualitätsnorm DIN 51628), jedoch nicht verpflichtend. B7 entspricht einem Biodiesel-Anteil von 6,3% energetisch.

 

Steckbrief Biodiesel

Rohstoffe		Rapsöl (und andere nichttrocknende Pflanzenöle)
Jahresertrag je Hektar		ca. 1.450 l/ha
Kraftstoff-Äquivalent		1 Liter Biodiesel ersetzt ca. 0,92 Liter Diesel
CO2-Minderung		ca. 70 % gegenüber Diesel
Technische Hinweise		Biodiesel in Reinform: Freigabe des Herstellers erforderlich; in Mischungen bis 5 % ohne Anpassung des Motors einsetzbar
Reichweite		der Ertrag von einem Hektar reicht für ca. 20.500 PKW-Kilometer
		Quelle: FNR, ergänzt durch unendlich-viel-energie.de

 

Pflanzenöl

 

Als Rohstoff für Pflanzenöl wird hauptsächlich Raps genutzt, der im Gegensatz zum Biodiesel nicht weiter verarbeitet wird, sondern als reines Pflanzenöl in Dieselmotoren zum Einsatz kommt. Die hohen Preise für fossilen Diesel haben auch hier zu einer hohen Nachfrage geführt: von Landwirten über LKW-Flottenbetreiber bis hin zu normalen PKW-Besitzern. Rapsöl unterscheidet sich wesentlich von Biodiesel und mineralischem Kraftstoff in motorrelevanten Eigenschaften, wie Viskosität (Zähflüssigkeit) sowie Zünd- und Verbrennungsverhalten.

Diese Eigenschaften erfordern eine technische Anpassung von modernen Seriendieselmotoren und deren Peripherie, insbesondere des Kraftstoff- und Einspritzsystems. Eine wachsende Zahl von Umrüstfirmen nimmt motorspezifische Umbauten vor. Nur hochwertige Umrüstungen gewähren einen langfristigen Betrieb mit Pflanzenöl oder Mischungen von Diesel- und Pflanzenöl aus Raps unter Einhaltung der Abgasgrenzwerte.

Aufgrund des bislang geringen Marktanteils ist die Infrastruktur allerdings noch relativ schwach ausgeprägt. Das Netz öffentlicher Pflanzenöltankstellen in Deutschland besteht aus rund 250 Stationen. Pflanzenöl wird daher momentan vor allem in der Landwirtschaft als Alternative genutzt. Der Landwirt produziert sein Pflanzenöl selbst oder nutzt Pflanzenöl einer dezentralen Ölmühle.

Aufgrund des einfachen Herstellungsprinzips weist reines Pflanzenöl eine deutlich positive Energiebilanz und damit erhebliche CO₂-Einspareffekte gegenüber fossilem Diesel auf.

 

Steckbrief Pflanzenöl

Rohstoffe		Rapsöl (und andere nichttrocknende Pflanzenöle)
Jahresertrag je Hektar		ca. 1.480 l/ha
Kraftstoff-Äquivalent		1 l Rapsöl ersetzt ca. 0,96 l Diesel
CO2-Minderung		über 80 % gegenüber Diesel
Technische Hinweise		Umrüstung des Motors erforderlich
Reichweite		Der Ertrag von einem Hektar reicht für ca. 21.900 PKW-Kilometer
		Quelle: FNR, ergänzt durch unendlich-viel-energie.de

 

Bioethanol

Während Pflanzenöl und Biodiesel für Dieselmotoren geeignet sind, kann Bioethanol Ottokraftstoffe, also Benzin und Superkraftstoffe, ersetzen. Bioethanol wird durch alkoholische Vergärung von in Pflanzen enthaltenen Zuckern gewonnen. Grundsätzlich eignen sich zucker-, stärke- und zellulosehaltige Pflanzen. Dabei kommen in Deutschland vor allem Weizen, Roggen und Zuckerrüben in Betracht.

Im Vergleich zu Ottokraftstoffen reduziert Bioethanol, das in Bioethanol-Raffinerien hergesellt wird, die Treibhausgasemissionen deutlich. Es wird eine CO₂-Einsparung von ca. 30 % bis 70 % erzielt.

Die Otto-Kraftstoffnorm DIN EN 228 erlaubt die Beimischung von bis zu 5 % Bioethanol zum fossilen Ottokraftstoff. Das Biokraftstoffquotengesetz verpflichtet die Mineralölkonzerne in Deutschland zu einer jährlich steigenden Beimischung von Bioethanol zu konventionellem Ottokraftstoff. Wenn diese Beimischung tatsächlich ausgeschöpft würde, entspräche dies einem Bioethanolbedarf von knapp 1,1 Millionen Tonnen pro Jahr.

Interessant sind auch die Entwicklungen beim Bioethanolkraftstoff E 85 (85 % Bioethanol), der in Fahrzeugen mit so genannter Flex-Fuel-Technologie genutzt werden kann. Hier sind erste Fahrzeuge inzwischen auch in Deutschland auf dem Markt. Rund 200 Tankstellen bieten in Deutschland Bioethanol an. Serienfahrzeuge, die mit reinem Bioethanol (E 100) fahren, werden hierzulande (noch) nicht angeboten. Auch die nötige Tankstelleninfrastruktur für E100 steht zurzeit noch nicht zur Verfügung. Positive Erfahrungen gibt es mit Bioethanol in Südamerika und aus Schweden, wo es bereits breit eingesetzt wird.

Über den Prozess der Vergasung kann aus trockener Biomasse auch Methanol, der einfachste Alkoholtreibstoff, hergestellt werden. Methanol kommt als Treibstoff z.B. für Brennstoffzellen in Frage und wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Sowohl mit Benzinmotoren als auch mit Brennstoffzellen lassen sich hohe Wirkungsgrade erreichen.

 

Steckbrief Bioethanol

Rohstoffe		Getreide, Zucker, (Holz)
Jahresertrag je Hektar		1.650 l/ha (auf Grundlage von Getreide)
Kraftstoff-Äquivalent		1 l Ethanol ersetzt ca. 0,65 l Ottokraftstoff
CO2-Minderung		ca. 30 - 70% gegenüber Ottokraftstoff
Technische Hinweise		kann Kraftstoff bis zu 5% beigemischt werden
Reichweite		der Ertrag von einem Hektar reicht für ca. 15.600 PKW-Kilometer
		Quelle: FNR, ergänzt durch unendlich-viel-energie.de

 

Biogas

Fahrzeuge, die mit Erdgas fahren können, können auch ohne weitere technische Anpassung Bio-Methan tanken. Aktuell sind rund 52.000 Erdgas-Fahrzeuge in Deutschland unterwegs (weltweit 5,4 Mio.).

Damit Biogas als Kraftstoff genutzt werden kann, muss es auf Erdgasqualität gebracht werden. Entsprechende Aufbereitungsverfahren sind noch relativ neu und eine technische Herausforderung. Aufbereitetes Biogas (auch als Bio-Methan oder „Bioerdgas“ bezeichnet) kann über zwei Wege zum Verbraucher gelangen: Eine Möglichkeit ist die Einspeisung in das bestehende Erdgasnetz, an das die existierenden ca. 750 Erdgastankstellen angeschlossen sind. Die andere Möglichkeit ist der Aufbau reiner Biogas-Zapfsäulen.

Die erste Biogas-Tankstelle Deutschlands steht im niedersächsischen Jameln im Landkreis Lüchow-Dannenberg. Sie wurde am 22. Juni 2006 eröffnet. Das Biogas wird ausschließlich mit Energiepflanzen aus der Umgebung vergoren. Alternativ setzen Betreiber von Biogasanlagen auf einen zweiten Weg: die Einrichtung dezentraler Biogas-Tankstellen direkt an Biogasanlagen.

Durch Biogas kann der Ausstoß einiger Schadstoffe wie zum Beispiel von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen gegenüber konventionellen Otto- und Diesel-Kraftstoffen um bis zu 80 % gesenkt werden. Es trägt außerdem zum Klimaschutz bei, da das bei der Verbrennung freiwerdende CO₂ weitgehend am Anfang der Entstehungskette des Biogases durch die Grünpflanzen gebunden wurde.

 

Steckbrief Biogas

Rohstoffe		Energiepflanzen; Gülle und andere organische Reststoffe
Jahresertrag je Hektar		4.980 m3/ha bzw. 3560 kg (Flächenertrag von Mais 45 t/ha*a; Biogasausbeute 190 m³/t; Methangehalt 55 %)
Kraftstoff-Äquivalent		1 kg Methan ersetzt ca. 1,5 l Ottokraftstoff
Marktpreis		ca. 0,8 Euro / kg
CO2-Minderung		ca. 50 % bis 140 % gegenüber Ottokraftstoff
Technische Hinweise		Aufbereitetes Biogas (Biomethan) kommt ohne Anpassung in Erdgasfahrzeugen zum Einsatz.
Reichweite		der Ertrag von einem Hektar reicht für ca. 76.200 PKW-Kilometer
		Quellen: FNR, Fachverband Biogas, WEGAS, IE Leipzig

 

Synthetische Biokraftstoffe

Biomass to Liquid (BtL)–Kraftstoffe befinden sich zurzeit noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium und stehen erst im Pilotmaßstab zur Verfügung. Die Forschung und Entwicklung synthetischer Biokraftstoffe werden mit Nachdruck von der Wirtschaft und verschiedenen Forschungseinrichtungen unter erheblicher finanzieller Förderung durch die öffentliche Hand vorangetrieben. Künftig sollen so Reststoffe wie Stroh und Restholz sowie eigens angebaute Energiepflanzen für die Kraftstofferzeugung genutzt werden.

BtL ist ein Verfahren, bei dem feste Biomasse in einem Vergaser unter hohem Druck und hoher Temperatur, also mittels thermochemischer Vergasung zu einem Synthesegas verarbeitet wird. In weiteren Verfahrensschritten wird dieses Gas zu einem so genannten Designer- oder synthetischen Kraftstoff verflüssigt.

Auch wenn noch nicht verfügbar, so knüpfen sich schon heute große Erwartungen an BtL-Kraftstoffe, die auch als Synfuel oder Sunfuel bezeichnet werden. Das Innovative der Technologie besteht darin, dass verschiedene Rohstoffe (z.B. Holz aus Kurzumtriebsplantagen, Restholz) genutzt und die Biomasse vollständig verwertet werden kann. Weil die synthetischen Biokraftstoffe speziell an die Motoreigenschaften angepasst sind, wird für ihre Nutzung keine Motorumrüstung notwendig sein.

Schätzungen gehen davon aus, dass auf einem Hektar landwirtschaftlicher Nutzfläche umgerechnet knapp 4.000 Liter BtL-Kraftstoff erzeugt werden kann. Damit ließen sich in Zukunft etwa 20 – 25 % des gesamten Kraftstoffbedarfs in Deutschland ersetzen - für Europa werden die Potenziale noch höher angesetzt. BtL-Kraftstoffe könnten also in erheblichem Umfang fossile Kraftstoffe ersetzen. Obwohl zur Herstellung des BtL-Kraftstoffs Energie aufgewendet werden muss, können nach Berechnungen im Vergleich zur Verbrennung von herkömmlichem Dieselkraftstoff auch erhebliche Mengen CO₂ eingespart werden.

 

Steckbrief BtL-Kraftstoff

Rohstoffe		Energiepflanzen und Holz
Jahresertrag je Hektar		ca. 43.910 l/ha
Kraftstoff-Äquivalent		1 l BtL-Kraftstoff ersetzt ca. 0,97 l Diesel
Herstellungskosten		0,5 – 1,0 Euro/l
CO2-Minderung		ca. 90 % gegenüber Diesel und mehr