Das Auto Pflanzenoel (Poel) Lexikon

Biodiesel

Biodiesel ist ein Kraftstoff mit aehnlichen Eigenschaften wie Diesel, wird jedoch nicht aus Erdoel, sondern aus Pflanzenoel gewonnen. Biodiesel ist daher ein erneuerbarer Energietraeger. Chemisch handelt es sich um Fettsaeuremethylester (abgekuerzt auch FAME von engl.: fatty acid methylene ester).

Herstellung

Zur Herstellung wird das Pflanzenoel mit ca. 10 % Methanol und verschiedenen Katalysatoren versetzt. Bei Normaldruck und Temperaturen um 60°C werden die Esterbindungen der Triglyzeride des Pflanzenoels getrennt und die Fettsaeuren dann mit dem Methanol verestert. Das dabei entstehende Glycerin muss dann vom Biodiesel getrennt werden.
Durch diese Umesterung hat das Endprodukt eine deutlich geringere Viskositaet als das Pflanzenoel und kann, ohne den Motor anpassen zu muessen, als Ersatz fuer mineralischen Dieselkraftstoff verwandt werden.

Die uebergreifende Abkuerzung aller Methylester auf Pflanzenoelbasis ist
• PME Pflanzliches Methylester nach DIN E 51606

Je nach Art des Grundstoffes wird beispielsweise unterscheiden:
• RME Rapsoelmethylester nach DIN E 51606
• SME Sojaoelmethylester oder Sonnenblumenmethylester

Daneben sind auch Methylester auf Fettbasis erhaeltlich:
• AME wird fuer Altfettmethylester verwendet
• FME Fett-Methylester aus sonstigen Pflanzen- und Tierstoffen nach DIN V51606

Fuer den Betrieb in modernen Dieselfahrzeugen sind - sofern vom Hersteller freigegeben - nur die rein pflanzlichen PME Produkte vorgesehen.
Die Schmiereigenschaften von FAME (auch als 5 % Beimischung) sind deutlich besser als Diesel, wodurch sich der Verschleiss der Einspritzmechaniken vermindert.
Nachteilig fuer Einspritzmechaniken ist die deutlich hoehere Wasserloeslichkeit von Biodiesel. Dies beguenstigt die Korrosion.
Biodiesel stellt als Kompromiss eine Anpassung eines Kraftstoffs an vorhandene Motortechnik dar, wohingegen der technisch wesentlich verbesserte Elsbett-Motor eine Anpassung an den einfachst herstellbaren Kraftstoff Pflanzenoel darstellt.

Probleme bei der Umstellung auf Biodiesel

Wenn man auf Biodiesel umstellen will, kann die Informationspolitik des Fahrzeugherstellers zum grossen Problem werden. Oft erhaelt man erst durch hartnaeckiges und zeitaufwendiges Nachfragen Auskunft, ob fuer den jeweiligen Fahrzeugtyp eine Freigabe fuer Biodiesel besteht - und obwohl es Biodiesel nun bereits seit mehr als 10 Jahren auf dem Markt gibt, sind die meisten Autos noch immer nicht serienmaessig RME-tauglich.
Wenn man ein nicht RME-festes Fahrzeug mit Biodiesel betankt, zersetzt dieser in kurzer Zeit die treibstofffuehrenden Schlaeuche und Gummidichtungen. Der Grund ist, dass Biodiesel chemisch die Eigenschaften eines Weichmachers hat, und Weichmacher ist auch in den Gummischlaeuchen enthalten, damit sie nicht sproede werden. Die Schlaeuche und Dichtungen werden daher durch den zusaetzlichen Weichmacher Biodiesel regelrecht "durchweicht".
Ein weiteres Problem stellt der Kraftstoffeintrag ins Motoroel bei direkteinspritzenden Dieselmotoren dar. Dieses Problem besteht meist dann, wenn der Motor waehrend seiner Betriebsdauer mit langen Leerlauf- und Teillastphasen betrieben wird. Mit sinkender Spritzmenge sinkt auch die Zerstaeubungsqualitaet der Einspritzduese, wodurch tendenziell mehr unverbrannte Kraftstofftroepfchen an die Zylinderwand und damit in den Schmierkreislauf gelangen. Da RME einen hohen Flammpunkt hat, duenstet es im heissen Motoroel praktisch nicht mehr aus, was zu einer schleichenden Erhoehung der Kraftstoffkonzentration im Motoroel fuehrt. Nun kommt die mangelhafte chemische Stabilitaet des RME zum tragen: Durch hohe oertliche Temperaturen im Schmierkreislauf zersetzt sich RME allmaehlich (siehe auch Cracken, Verkokung, Polymerisation), was zu festen oder schleimartigen Rueckstaenden fuehrt. Dies und die allgemeinen Verschlechterungen der Schmiereigenschaften des Motoroels bei hoher Kraftstoffkonzentration kann zu erhoehtem Motorverschleiss fuehren. Aufgrund dessen wird bei RME-Betrieb gelegentlich auch ein engerer oelwechselintervall empfohlen.
Ein Vorteil des RME kann sich im praktischen Einsatz in Kraftfahrzeugen auch als Nachteil auswirken: Die gute biologische Abbaubarkeit. Sie geht einher mit einer schlechten Alterungsbestaendigkeit. Bakterienbefall, Oxidation und Wasseranreicherung verschlechtern die Eigenschaften des RME nach langer Lagerung. RME wird deshalb fuer selten bewegte Fahrzeuge weniger empfohlen. ueberaltertes RME (bzw. RME schlechter Qualitaet) kann zu Korrosion und/oder erhoehtem Verschleiss an elementaren Teilen der Einspritzpumpe fuehren. Die Folgen sind Funktionsstoerungen und vorzeitiger Ausfall.
Neuere Motoren, die nicht RME-zertifiziert sind, koennen darueber hinaus auf Grund der anderen Verbrennung Probleme mit der Motorelektronik bekommen, die ja fest auf normalen Diesel eingestellt ist.
Erfahrungen im Nutzfahrzeugbereich zeigen, dass es nach mehrjaehrigem Verbrauch von Biodiesel zu Schaedigungen der Kraftstoffpumpe kommen kann. Auch Korrosionsschutzschichten wie Verzinkung koennen von Biodiesel angegriffen werden, das hat 1999 eine Untersuchung der Darmstaedter Materialpruefungsanstalt gezeigt. Kritisch war hierbei, dass Biodiesel leicht hygroskopisch wirkt, und dass in einem eventuellen Wassergehalt freie Fettsaeuren den pH-Wert senken. Durch eine Beimischung konventionellen Diesels wird dieser Effekt allerdings vollstaendig verhindert.
Fuer eine besser Akzeptanz von Biodiesel in der Bevoelkerung muss auch die Verbraucherinformation verbessert werden. Eine typische Frage ist z.B., ob man Biodiesel und normalen Diesel im Tank mischen kann und darf (technisch ist dies durchaus moeglich, allerdings gibt es noch ungeklaerte Fragen bezueglich der Besteuerung). Seit Oktober 2003 ist die Norm fuer Biodiesel (EN 14214) europaweit in Kraft und hat damit die Vor-Norm V51 606 ersetzt.

Der Rohstoff Raps

oel- und Fettmolekuele haben stets den gleichen Aufbau. Es sind Fettsaeure-Ester, und sie enthalten den dreiwertigen Alkohol Glycerin. Das Glycerinmolekuel ist auf diese Weise mit drei langen Fettsaeure-Ketten( zu fast 95%- C18-Ketten) verbunden.

Herstellung von Biodiesel aus Raps

Als Rohstoff fuer Biodiesel stellt sich unter europaeischen Verhaeltnissen Raps als die geeignete Pflanze mit einem oelgehalt von 40 bis 45 % dar. In der oelmuehle wird aus der Rapssaat oel (Rueboel) gewonnen, der Rueckstand geht als Rapsschrot zu Weltmarktpreisen in die Futtermittelindustrie. oel- und Fettmolekuele sind vom Aufbau her stets Fettsaeure-Ester, das heisst drei unterschiedlich lange Fettsaeure-Ketten sind mit je einem Glyzerin-Molekuel verbunden.

In der Umesterungsanlage tauschen waehrend der einfachen chemischen Reaktion zwischen Rapsoel und Methanol in Gegenwart eines Katalysators das dreiwertige Glyzerin und der einwertige Methanol den Platz, und es entstehen drei einzelne Fettsaeuremethylester-Molekuele und ein Glyzerin -Molekuel.

Vor- und Nachteile fuer die Umwelt

Vorteile

Dieses Schema zeigt, dass es bei der Produktion von Biodieseln keine Abfallprodukte gibt, da alle Nebenprodukte dieser Reaktion weiterverwertet werden. Der Rapsschrot, der bei der Umwandlung von Rapskorn zu Rapsoel entsteht, wird als Futtermittel benutzt. Das bei der Umesterung entstehende Glyzerin kann in der chemischen Industrie weiterverwertet werden.

Nachteile

Die Verwendung von Pflanzenschutzmittel fuer Raps wird zum Teil als problematisch fuer die Umwelt gesehen.
Raps ist bei der Erzeugung nicht selbstvertraeglich und muss in einem Fruchtwechsel angebaut werden. Das heisst, ein Anbau von Raps ist auf demselben Feld nur alle 3 bis 5 Jahre moeglich. Aus diesem Grunde ist eine weitere Steigerung der Rapsproduktion schwierig.
Um mineraloelbasierte Kraftstoffe zu ersetzen, muessten mehrere 10000 Quadratkilometer Ackerland ausschliesslich mit Raps-Monokulturen bepflanzt werden. Eine Verlagerung ins Ausland fuehrt zu einer aehnlichen Import-Abhaengigkeit wie beim Mineraloel.

Abwaegung

Dennoch haben Pflanzenoel als Treibstoff deutliche Vorteile gegenueber konventionellen fossilen Treibstoffen. Die CO2-Bilanz ist immer guenstiger als die konventionellen Dieseltreibstoffes, der auch erst durch Transport und Verarbeitung in Motoren eingesetzt werden kann. Auch die Problematik der Abhaengigkeit von Importen ist bei Pflanzenoelen deutlich unkritischer, da diese in weitaus mehr Laendern erzeugt werden koennen als dies bei Erdoel, das grossteils aus politisch unruhigen Regionen stammt, der Fall ist.

In einem geringern Ausmass gilt das auch fuer Biodiesel. Weitere Umweltwirkungen und Eigenschaften sind im Diesel-Rapsoel-Biodiesel-Vergleich dargestellt.

Weitere Fakten zum Biodiesel

• Biodiesel wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.
• Biodiesel ist schwefelfrei (<0,001 %)
• Biodiesel senkt deutlich die Russ-Emission (bis zu ca. 50 %)
• Biodiesel gibt bei der Verbrennung etwa soviel CO2 ab, wie Pflanzen beim Wachstum aufgenommen haben
• Biodiesel enthaelt kein Benzol und keine anderen Aromate
• Biodiesel verringert die Kohlenwasserstoff-Emission (bis zu ca. 40 %)
• Biodiesel ist biologisch leicht abbaubar und gefaehrdet bei Unfaellen nicht Boden oder Grundwasser
• Biodiesel ist kein Gefahrgut (sein Flammpunkt liegt bei mindestens 120°C, verglichen zu 60°C bei Diesel)
• Biodiesel besitzt eine hohe Schmierfaehigkeit und schont den Motor
• Biodiesel ist eine umweltfreundliche Alternative zu herkoemmlichem Diesel

Vertraeglichkeit von Biodiesel im Kraftfahrzeug

Biodiesel verhaelt sich - im Vergleich zu herkoemmlichen Dieselkraftstoff - sehr aggressiv gegenueber einigen Motor- und Kraftstoffversorgungsteilen (Dichtungen, Einspritzduesen, Einspritzpumpen, Schlaeuchen, mechanischen Bauteilen, Beschichtungen etc.). Sind diese Teile nicht auch speziell fuer die alternative Biodiesel-Verwendung ausgelegt, koennen sie angegriffen werden und es besteht die Gefahr von (mitunter sehr teuren) Schaeden.

Checkliste fuer den zukuenftigen Anwender

• Beachtung der Freigabe von serienmaessigen Dieselmotoren (Hinweise der Hersteller beachten).
• Kraftstofffilter nach einigen ersten Tankfuellungen mit Biodiesel wechseln, da sich Biodiesel wie ein Loesungsmittel verhaelt und alte Verschmutzungen von Dieselkraftstoff geloest werden und den Filter so verstopfen koennen
• Lackflaechen, wie auch bei herkoemmlichem Diesel, sauber halten
• uebliche Kontrolle des Kraftstoffsystems auf Leckagen

Probleme bei der Biodieselverwendung im Kfz

Es koennen geringe Leistungseinbussen (5 %) sowie geringfuegig erhoehter Treibstoffverbrauch auftreten (5 %). Dieser Effekt ist auf das geringere Gewicht von Biodiesel zurueckzufuehren, was den 5% in etwa entspricht. Fahrzeuge die zusaetzlich mit kraftstoffgespeisten Aggregaten ausgestattet sind (z. B. Standheizungen) duerfen nicht, oder nur mit Beimengungen (z. B. 50 %) von Biodiesel betankt werden. Biodiesel-Kraftstoffe haben die Eigenschaft, dass sie bei Temperaturen von -6°C Kristalle bilden, die zu einer Truebung fuehren koennen, ab -10°C werden diese Kristalle so gross, dass sie die Kraftstofffilter verstopfen koennen. Doch dieses Problem laesst sich loesen, indem man dem Kraftstoff Additive zugibt, diese sorgen dafuer, dass die gebildeten Kristalle so klein bleiben, dass sie den Kraftstofffilter passieren koennen. Insbesondere Common Rail Dieselmotore scheinen mit Biodiesel Probleme zu haben.

Marktchancen von Biodiesel

Biodiesel entsteht durch eine sehr einfache chemische Reaktion. Die Vorteile gegenueber dem normalen Diesel fuer die Umwelt liegen auf der Hand: Biodiesel aus Raps weist deutlich geringere Abgaswerte auf als fossiler Kraftstoff. Der Russausstoss wird halbiert, Kohlenwasserstoffe bis zu 40 Prozent reduziert. Biodiesel enthaelt fast keinerlei Schwefel, ist ungiftig und biologisch leicht abbaubar. Der Biodiesel gilt damit derzeit als einer der umweltvertraeglichsten Kraftstoffe auf dem Markt. Obwohl heutzutage an sehr vielen Tankstellen (1700 Tankstellen deutschlandweit) Biodiesel getankt werden kann, wird dies von viel Konsumenten jedoch nicht genutzt. Dies hat mehrere Gruende: Viele Autofahrer vertrauen dem neuen Kraftstoff nicht, da sie sich mit der Vorstellung, mit einem rein pflanzlichen Kraftstoff zu fahren, nicht anfreunden koennen. Ein anderes Problem ist, dass viele nicht genau wissen, ob ihr Auto ueberhaupt mit Biodiesel betankt werden darf, oder ob es fuer ihren Motor schaedlich ist.

Mangelnde Informationen der Verbraucher duerfte das groesste Problem sein bezueglich einer breiteren Akzeptanz des Biodiesels. Wenn sich der Biodiesel in den naechsten Jahren staerker durchsetzten soll, sollten die Autofahrer ueber den Biodiesel aufgeklaert werden, denn frueher oder spaeter muessen wir auf alternative Rohstoffe zum Erdoel zurueckgreifen, da ja bekannt ist, dass die Vorraete des Erdoels irgendwann zu Ende gehen werden. Doch auch wenn alle Anbauflaechen von Biodiesel ausgenutzt werden wuerden, koennte man lediglich rund 5 bis 10 % des Kraftstoffverbrauchs damit decken. Europaweit ist auch des oefteren von ueberlegungen zu hoeren, dem herkoemmlichen Dieseltreibstoff in Zukunft ca. 3 bis 5 % Biodiesel hinzuzufuegen, da dieser Biodiesel-Anteil auch fuer nicht vorbereitete Fahrzeuge als unbedenklich gehandelt wird. In Frankreich wird dies seit laengerem praktiziert: dem gewoehnlichen Diesel wird genau diejenige Menge Biodiesel beigemischt, die die franzoesische Landwirtschaft in der Lage ist zu produzieren. Dadurch werden technische Nachteile (Korrosion, Aufweichen s.o.) vermieden und der faktische Marktanteil des Biodiesels ist deutlich hoeher als in Deutschland. Biodiesel verbessert hier die Eigenschaften des mineralischen Diesels, indem die Cetan-Zahl gesenkt wird, die Schmierfaehigkeit des Kraftstoffs erhoeht wird und die Verbrennung aufgrund des Sauerstoffanteils verbessert wird.

Alternativen zu Biodiesel

Dabei ist noch zu erwaehnen, dass es auch eine geeignete Alternative zu Biodiesel gibt. Ohne hohen Aufwand fuer die Veresterung kann man ebenfalls reines Pflanzenoel, sogenanntes Poel, als Kraftstoff verwenden. Dazu muessen die Motoren mit Hilfe von Umbausaetzen auf diesen Kraftstoff eingestellt werden. Zwar sind alle Dieselmotoren grundsaetzlich auch zur Fettverbrennung geeignet, problematisch war frueher aber das physikalische Verhalten der Pflanzenoele wegen ihrer Dickfluessigkeit. Dieses Problem wurde durch Vorwaermemechanismen in der Einspritzpumpe sowie durch Verbreiterung der Kraftstoffzuleitungen bereits geloest. Pflanzenoelfahrzeuge bleiben auch im Winter voll fahrtuechtig, wenn ca. 10% normales Dieseloel zugemischt werden. Wichtig ist die Qualitaet des verwendeten oels: Es duerfen nur kaltgepresste, reine Pflanzenoele nach der Weihenstephaner Norm verwendet werden. Die Verwendung von minderwertigen oelen, oder Altoel, kann zum Motorschaden fuehren. Mittlerweile sind in Deutschland und oesterreich bereits einige tausend mit Pflanzenoel betriebene Fahrzeuge unterwegs.

Politik

Die Europaeische Union hat in ihrer Biokraftstoff- Richtlinie festgelegt, dass alle Mitgliedsstaaten bis zum Jahr 2005 den Kraftstoffen zwei Prozent Biodiesel und bis 2010 5,75 Prozent zumischen sollen. In Deutschland darf normaler Diesel schon seit 2004 mit bis zu 5 Prozent gestreckt werden. Darueber hinaus ist er bis 2009 von der Mineraloelsteuer befreit.

Deutschland ist gegenwaertig der weltweit groesste Markt mit einer Erzeugerkapazitaet von zwei Millionen Tonnen in 2005. In Deutschland werden 1,3 Millionen Hektar Raps angebaut und in Zukunft koennte als weitere grosse Quelle fuer Biodiesel Biomasse dazukommen. Aus Sicht des Umweltschutzes waere das eine Verbesserung, da der Rapsanbau Duenger und Pflanzenschutzmittel benoetigt.

Zur Erinnerung an den 10. August 1893, an dem der von Rudolf Diesel in Augsburg entwickelte Dieselmotor zum ersten Mal aus eigener Kraft lief, ist der 10. August der International Biodiesel Day.

Statistik

Absatzzahlen von Biodiesel in Deutschland:

• 2001 163,2 Mill. Liter
• 2002 189,6 Mill. Liter
• 2003 360,2 Mill. Liter
• 2004 376,6 Mill. Liter (erhaeltlich an 1900 Tankstellen)

Die Anbauflaeche in Deutschland betrug Ende 2003 700.000 Hektar