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Biokraftstoffe der 1. Generation

Die Biokraftstoffe der ersten Generation werden aus Pflanzenteilen hergestellt, die man auch für die Ernährung nutzen könnte. Ausgangsstoff für die Synthese von Biosprit ist zum Beispiel Stärke aus Mais und Roggenkörnern oder Zucker aus Zuckerrohr und Zuckerrübe. Biodiesel wird hingegen aus fetthaltigen Samen wie zum Beispiel Rapssamen gewonnen.

Von der Zuckerrübe zum Ethanol

Schon seit langer Zeit wurde Ethanol, wie unser Trinkalkohol in der Fachsprache heißt, bis zu einer Grenze von fünf Prozent normalen Kraftstoffen beigemischt. Ganz ohne Kennzeichnung. Seit Anfang 2011 gibt es an unseren Tankstellen Benzin mit zehn Prozent Ethanolgehalt (E10) und in Brasilien fahren die meisten Autos mit bis zu 85 Prozent Ethanol im Tank (E85). Im Jahr 2011 lag der Verbrauch von E10 noch bei rund 1,8 Millionen Tonnen und ist bis zum Jahr 2013 auf 2,6 Millionen Tonnen angestiegen. Damit hat E10 einen Anteil von rund 15 Prozent am gesamten Benzinmarkt.

Ethanol wird aus Zuckerrohr, Mais, Weizen oder Zuckerrüben gewonnen. Genau wie beim Bierbrauen wird der Zucker oder die Stärke aus diesen Pflanzen von winzigen Hefen in Alkohol umgewandelt (fermentiert). Nach Destillation und Trocknung erhält man den sogenannten Bioethanol. Viele Leute sind gegen die Verwendung von Ethanol als Brennstoff in Fahrzeugen, weil sie meinen, dass die Erzeugung von Energie aus Nutzpflanzen unethisch sei. Statt Autos anzutreiben, sollten ihrer Meinung nach die Pflanzen lieber für die Ernährung der Weltbevölkerung eingesetzt werden.

Auch die Befürworter von Ethanol als Brennstoff stimmen darin überein, dass man statt Futterpflanzen vermehrt günstige pflanzliche Abfallprodukte wie Stroh und Holzreste oder Energiepflanzen wie das Riesen-Chinaschilf zur Ethanolerzeugung verwenden sollte. Diesen Pflanzen ist gemein, dass sie statt Stärke oder Zucker besonders viel Cellulose enthalten. Cellulose besteht genau wie Stärke aus vielen miteinander verknüpften Zuckermolekülen und eignet sich daher theoretisch auch für die Ethanolproduktion.

Die Verwendung von Energiepflanzen hätte den Vorteil, dass keine Konkurrenz zum Lebensmittelmarkt aufkäme und mehr nutzbare Biomasse pro Fläche entstünde. Schließlich wird zum Beispiel das Riesen-Chinaschilf vier bis fünf Meter hoch, Weizen oder Maispflanzen können da nicht mithalten. Dadurch wäre dieser Cellulose-Ethanol günstiger und hätte eine positivere CO2-Bilanz.

Warum also fahren unsere Autos bisher nicht mit Cellulose-Ethanol? Weil die Hefen ein Problem haben, die Verknüpfungen zwischen den Zuckermolekülen der Cellulose zu spalten. Genau wie Menschen kein Gras verdauen können, weil uns die dafür notwendigen Enzyme fehlen, kann die Hefe keine Cellulose spalten.

 

Unterschied zwischen Stärke und Zellulose

Stärke und Zellulose bestehen beide aus Zuckermolekülen, genauer gesagt aus D-Glukose. Diese Glukosemoleküle können unterschiedlich miteinander verknüpft sein.

Bei Stärke findet man die Verknüpfungsformen α-1-4 und α-1-6. Diese Verknüpfungen können von den Hefen problemlos gespalten werden, sie besitzen das richtige Enzym – sozusagen das richtige Messer - zum Zerschneiden.

In Cellulose hingegen sind die D-Glukose-Moleküle über eine β-1-4 Bindung miteinander verknüpft und können weder von Menschen noch von Hefen aufgespalten werden. Nur bestimmte Bakterien, zum Beispiel solche im Pansen von Kühen, besitzen die dafür notwendigen Enzyme, die Cellulasen.

 

Vom Rapsöl zum Biodiesel

Während man Ethanol aus kohlenhydratreichen Pflanzen gewinnen kann, braucht man für die Produktion von Biodiesel eine ölreiche Pflanze. In Deutschland werden hauptsächlich die Samen der Rapspflanze verwendet, in den USA überwiegend Soyasamen.

Zuerst muss das Rapsöl in einer chemischen Reaktion in einen Ester umgewandelt werden. Dabei entsteht Rapsmethylester und als Nebenprodukt Glycerin. Da Rapsmethylester ähnliche Eigenschaften hat wie mineralischer Dieselkraftstoff, kann er in normalen Dieselmotoren verbrannt werden. Biodiesel trägt damit dazu bei unabhängiger von Erdölnationen zu werden. Außerdem entsteht bei seiner Produktion kaum Abfall, die Nebenprodukte können als Futtermittel oder in der chemischen Industrie weiterverwendet werden.

Umstritten ist jedoch nach wie vor die Klimaneutralität des Biodiesel. Neben dem CO2-Ausstoß beim Verbrennen des Kraftstoffs wird nämlich auch bei Anbau, Herstellung und Verarbeitung der Pflanze CO2 freigesetzt. Außerdem steht die Verbrennung von Raps in Motoren in Konkurrenz zum Lebensmittelmarkt.

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