Potenzial von Biokraftstoffen

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1 Potenzial von Biokraftstoffen Hauptseminar im Sommersemester 2008 Überblick 2 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise

2 Motivation 3 Argumente für die Entwicklung und Einführung von Biokraftstoffen: Der Klimawandel erfordert eine Reduktion der Treibhausgase Die Erdölvorkommen sind endlich Langfristig verfügbare Alternativen sind nötig Die (momentane) Weltwirtschaft benötigt preisgünstige Energie Für mobile Anwendungen (Verkehrsbereich) sind Energieträger mit hoher Energiedichte erforderlich. Steigerung der Versorgungssicherheit und Diversifizierung der Besitzverhältnisse wären von Vorteil Weltweite Erdölreserven 4 Nebenbemerkung: Die Erdölreserven wachsen mit steigendem Ölpreis! Jährliche Fördermenge weltweit: ca. 3942,2 Millionen Tonnen

3 Anforderungen und zu betrachtende Faktoren 5 (Wunsch-)Anforderungen an Biokraftstoffe Erzeugung aus unbegrenzten, regenerativen Quellen Systemfreundlicher Übergang (Herstellung, Infrastruktur) Kompatibilität zu Verbrennungsmotoren, Brennstoffzellen, verschiedenen Fahrzeugtypen und stationären Anwendungen günstiges Handling und Sicherheit, geringe Toxität Zu betrachtende Faktoren Einzeln: Herstellungsverfahren Vergleichend: Rohstoffpotential Energiebilanz Wirtschaftlichkeit Substitutionspotential Überblick 6 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise

4 Pflanzenöl 7 Rohstoffe: Raps, Ölpalmen, Kokospalmen Herstellung: Vorbehandlung (reinigen, trocknen, zerkleinern,...) Ölgewinnung: mechanisches Abpressen (ggf. bei 100 C) optional: Extraktion mit dem Lösungsmittel Hexan Trennung von Öl und Hexan durch Destillation Nachbehandlung der Rückstände zur Rückgewinnung des Lösungsmittels Raffination (Reinigung des Öls) Ölausbeute bis zu 99% Nachteile: hoher Energie- und Chemikalieneinsatz Biodiesel-Produktion aus Pflanzenöl 8 Angleichung des Treibstoffs an die vorhandenen Motoren erfolgt durch Umesterung benötigt Methanol (zumeist aus fossiler Quelle) zu verwertende Nebenprodukte: Glycerin, Rapsschrot

5 Überblick 9 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise Bioethanol 10 Ethanol: C 2 H 5 OH Vergärung von zucker- und stärkehaltigen Pflanzenbestandteilen mit Hilfe von Enzymen vereinfacht: C 6 H 12 O 6 (Glucose) 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Entwässerung durch spez. Destillation auf Konzentrationen > 96% Stärke: muss vorab durch Enzyme in Glucose umgewandelt werden. Cellulose (Pflanzenbestandteil, Holz): muss gesondert aufgeschlossen werden, um Einfachzucker zu erhalten. Aktuell wird nach effizienten Verfahren noch geforscht.

6 Ablaufschema: Ethanolgewinnung aus Getreide 11 Überblick 12 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise

7 Biogas / Biomethan 13 Rohstoffe: Breites Spektrum an Biomasse, außer holzartige Pflanzen Bestandteile des Biogases: 50 bis 70% : CH 4 (Methan), entscheidend für Engeriegehalt 30 bis 40% : CO 2 außerdem weitere Gase wie: H 2 O, N, O, CO, H 2 Als Ersatz für Erdgas geeignet Bildung durch mikrobakteriellen Abbau von Biomasse unter Abschluss von Sauerstoff (anaerober / anoxischer Prozess) Verfahrensschritte: Bereitstellung und Aufbereitung des Rohstoffes Vergärung Entwässerung Gasreinigung (Entschwefelung, CO 2 Abscheidung) Vergärung: anaerober Abbau organischen Materials 14 Bildquelle:

8 Überblick 15 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise BTL-Kraftstoffe: Rohstoff- und Kraftstoffvariationen 16 Biokraftstoffe der 2. Generation Zwischenschritt über ein Synthesegas komplexes Thermochemisches Verfahren

9 BTL-Prozess bei Chorens SunDiesel 17 Zersetzung der Biomasse unter reduzierenden (sauerstoffdefizitären) Bedingungen Bildquelle: BTL: Synthetische Dieselkraftstoffe 18 Umwandlung des Synthesegases (CO und H 2 ) mittels der Fischer-Tropsch-Synthese:

10 Überblick 19 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise Vergleich möglicher Rohstoffquellen 20

11 Vergleich der Energiebilanzen 21 Beispiel: Energiebilanz für Biogas 22 Energiebilanzen (z. B: Input/Output-Verhältnis) sind schwer abschätzbar Es sind zahlreiche Annahmen und Mittelungen notwendig Für Biogas findet sich beispielhaft: 28,8 Häufig zitierter Wert aus einem Arbeitspapier von 1996 etwa 5 bei Berücksichtigung der el. und th. Prozessenergien 2,97 bei Verwertung extra angebauter Rohstoffe (z. B. Mais-Silage) inkl. Gasreinigung und Kompression und extern zugeführter thermischer Prozessenergie 5,6 wie zu vor, jedoch bei Verwendung des entstehenden Methans für die thermische Prozessenergie Weitere grundsätzlich zu berücksichtigende Faktoren: Art und Zusammensetzung der Rohstoffe Transport (Anlieferung) der Rohstoffe Nährstoffentzug des Bodens durch Abbau Düngemittel Verwertung von evtl. Abwärme und Nebenprodukten

12 Vergleich der Kraftstofferträge pro Hektar in Dieseläquivalent 23 Vergleich erforderlicher Ackerflächen 24 Zum Vergleich: Weltprimärenergie- Verbrauch in 2003: 10,58 Mrd. RÖE

13 Vergleich möglicher Tankstellenpreise 25 Vergleich: Vor- und Nachteile der Biokraftstoffe 1/2 26

14 Vergleich: Vor- und Nachteile der Biokraftstoffe 2/2 27 Überblick 28 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise

15 Potentiale der betrachteten Biokraftstoffe 1/2 29 vergleichsweise geringe Investitionskosten schnelle Erhöhung des Kraftstoffanteils möglich Konkurrenz zu Nahrungsmitteln Anbau ölhaltiger Pflanzen in tropischen Länder sinnvoller relativ geringer Flächenertrag kaum Kompatibilität zur bestehenden Fahrzeugen Konkurrenz zu Nahrungsmitteln guter Flächenertrag nur in (sub)tropischen Regionen (v. a. Zuckerrohr) schlechte Energiebilanz Durchbruch bei Konversion von zellulosehaltigen Pflanzen(teilen) könnte Bewertung zum Positiven ändern. Potentiale der betrachteten Biokraftstoffe 2/2 30 relativ gute Energiebilanz holzartige Pflanzen(teile) nicht verwertbar Konkurrenz zum Erdgas (Noch?) geringe Anzahl kompatibler Fahrzeuge Biomass to Liquids (BTL) 2. Generation sehr gute Energiebilanz hoher Flächenertrag Kompatibilität zu zukünftigen Motorengenerationen großes mittel- und langfristiges Potential Unsicherheit bei den Erzeugungskosten Von der Automobilindustrie favorisiert

16 Zusammenfassung 31 Die Erstellung von Energiebilanzen und Kostenschätzungen gestaltet sich sehr schwierig. Es sind viele Annahmen und Mittelungen nötig. Biokraftstoffe haben durchaus das Potential maßgeblich zur Substitution von fossilen Kraftstoffen im Verkehrsbereich beizutragen. Jedoch nicht beim weltweiten Energiebedarf. Ein hoher und steigender Ölpreis begünstigt die Entwicklung und Chancen der Biokraftstoffe. Für Schwellen- und Entwicklungsländern bieten sich neue Chancen als Energielieferanten. Es wird zudem auf Chancen für steigende Beschäftigungspotentiale und Wirtschaftswachstum gehofft. Biokraftstoffe bieten weitestgehende CO 2 -Neutralität. Überblick 32 Motivation Herstellungsverfahren verschiedener Biokraftstoffe Biomass to Liquids (BTL) Vergleich und Potenzial der vorgestellten Biokraftstoffe Zusammenfassung und Gesamtbewertung Quellennachweise

17 Quellennachweise 33 Verwendete Literatur: Der Spiegel, 08/2007, Seite 104 bis 113 Biokraftstoffe: Potential, Zukunftsszenarien und Herstellungsverfahren im wirtschaftlichen Vergleich, Michael Weitz, Diplomica Verlag basierend auf einer Diplomarbeit von vollständig aktualisiert und überarbeitet Anmerkung: Der Autor ist ab 2004 für Choren Industries / Biomass tätig. Bildnachweise: Sofern nicht separat gekennzeichnet aus o. g. Buch Präsentations-Template: PresentationLoad.com

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