10. – 12. Schuljahr

Susanne Schaffer und Peter Pfeifer

Energieträger Bioethanol

Ethanol aus nachwachsenden Rohstoffen

Zur Erzeugung von Biokraftstoffen und biobasierten Grundchemikalien trägt das aus Biomasse gewonnene Ethanol wesentlich bei (vgl. Kasten1). Ethanol ist wie Methanol ein wichtiger Energiespeicher. Die Energieinhalte betragen bei Methanol ca. 23MJ/kg und bei Ethanol ca. 27MJ/kg (zum Vergleich: Dieselkraftstoff: ca. 40MJ/kg).
Bioethanol
Bioethanol
Ethanol der 1. Generation kann sowohl aus zuckerhaltigen als auch aus stärkehaltigen Pflanzen hergestellt werden. Aus cellulosehaltigen Pflanzen (Holz, Stroh) kann Ethanol mit einem höheren Aufwand gewonnen werden. Die Ethanolgewinnung beruht auf dem Prozess der Alkoholvergärung (Umwandlung zuckerhaltiger Stoffe unter Luftabschluss zu Ethanol). Neben Hefepilzen sind auch bestimmte Bakterien in der Lage, Ethanol als Stoffwechselprodukt zu bilden. Um eine hohe Ausbeute bei geringem Aufwand zu erreichen, sind optimale Lebensbedingungen für die Mikroorganismen bei diesem biotechnischen Verfahren notwendig. Die Anreicherung des Alkohols im ausgegorenen Substrat erfolgt durch Destillation. Das dabei gewonnene Ethanol ist als Kraftstoff für Ottomotoren geeignet. Die Abgasemissionen von Benzinmotoren können vermindert werden, bei einer gleichzeitigen Verbesserung des Motorwirkungsgrades durch Erhöhung der Verdichtung.
In Brasilien wurde bereits 1975 wegen der geringen eigenen Erdölvorräte ein staatliches Programm mit der Bezeichnung „Proalcool zur Produktion von Ethanol vor allem aus Zuckerrohr begonnen und aktuell verstärkt vorangetrieben. Die Erzeugung von Alkohol erbringt Erträge von 4000 Liter Alkohol pro Hektar. Für die Fermentation und Destillation ist ein hoher Prozessenergiebedarf erforderlich, der den Nettoenergieertrag reduziert. Die Auslegung des Verarbeitungsverfahrens hat deshalb einen großen Einfluss auf die Energiebilanz und die Wirtschaftlichkeit der Produktion. Der Energiegewinn kann durch die Gewinnung von Biogas aus der Schlempe weiter optimiert werden. Ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit im Sinne einer Wertschöpfungskette ist die Synthese der Kraftstoff-Komponente ETBE (Ethanol-Tertiär-Butyl-Ether). Ziel ist eine Erhöhung der Klopffestigkeit und eine Verbesserung der Kraftstoffeigenschaften (Emissionsverminderung). Darüber hinaus kann ETBE gesundheitsgefährdende Komponenten wie etwa Benzol ersetzen.
Quelle: [3, 8]
Die Bedeutung von Ethanol als Energieträger wurde schon frühzeitig erkannt und genutzt. Bereits 1880 wurde Ethanol als Kraftstoff in den Prototypen des von N.A. Otto (1832 – 1891) erfundenen Verbrennungsmotors eingesetzt. Henry Ford (1863  – 1947) hat Ethanol als den „Kraftstoff der Zukunft bezeichnet. Heute wird in der EU Ethanol den herkömmlichen erdölbasierten Kraftstoffen für Vergasermotoren bis zu fünf Volumenprozent zugemischt (DIN228). Ein weiterer wichtiger Biokraftstoff ist Biodiesel auf der Basis von Rapsöl [1]. Die Weltproduktion an Ethanol beträgt derzeit ca. 100 Milliarden Liter. Über 90% werden biotechnologisch, d.h. durch Fermentation, erzeugt. Demgegenüber spielen chemisch-synthetische Verfahren, z.B. auf der Basis von Ethen, eine untergeordnete Rolle [2].
„Der wachsende Bioethanolbedarf wird sich langfristig nicht allein mit der Fermentation von Stärke und Zucker decken lassen. Statt nur den stärkehaltigen Teil der Pflanzen zu verwenden, erforschen Wissenschaftler, inwieweit [3] auch Pressrückstände von Zuckerrohr sowie Holz und holzartige Rohstoffe, wie z.B. Stroh also nicht Essbares zur Gewinnung von Bioethanol eingesetzt werden können. Die Grundlage dafür besteht darin, in Bioraffinerieanlagen die Lignocellulosen aus derartigen Rohstoffen in ihre Bestandteile Cellulose, Hemicellulosen und Lignin zu zerlegen (Abb.1 , Material1 , Kasten3).
Lösungen zu Material 1
Lösungen zu Material 1
zu 1.: Erdöl ist ein fossiler Rohstoff für Kraft- und Treibstoffe, Heizöl und für...

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