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Ethanol-Kraftstoff


Ethanol kann als Treibstoff für Ottomotoren, Brennstoffzellen und Turbinen eingesetzt werden. Diese können entweder in Fahrzeugen (z.B. Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen) oder zur stationären Stromerzeugung eingesetzt werden. Dabei wird reines Ethanol (sog. E100) und Mischungen aus Ethanol mit Benzin oder anderen Alkoholen (z. B. Methanol) verwendet.

Ethanol wird zunehmend auch als Zusatz für Standardbenzin als Ersatz für Methyl-tert-butylether verwendet.

Das Benzin-Alkohol-Gemisch wird in den USA als Gasohol und in Brasilien als Gasolina Tipo C bezeichnet. In den USA sind die Mischungen E10 und E85, die jeweils 10 % bzw. 85 % Ethanol enthalten, verbreitet. In Brasilien haben die meisten Mischungen einen Ethanolanteil von 25 %.

Als Bioethanol (auch Agraralkohol) bezeichnet man Ethanol, das ausschließlich aus Biomasse (nachwachsende Kohlenstoffträger) hergestellt wurde. Die in der Biomasse enthaltene Stärke wird enzymatisch in Glukose aufgespalten und dieser anschließend mit Hefepilzen zu Ethanol vergoren. Wird das Ethanol aus pflanzlichen Abfällen, Holz, Stroh oder Ganzpflanzen hergestellt, bezeichnet man es auch als Cellulose-Ethanol. Chemisch gesehen gibt es keinen Unterschied zwischen Bioethanol und synthetisch hergestelltem Ethanol (aus fossilen Kohlenstoffträgern).

Im Zusammenhang mit dem Kyoto-Protokoll wird heute häufig über die Herstellung und den Einsatz von Biokraftstoffen debattiert. Aus Biomasse gewonnenes Ethanol ist ein nachwachsender Energieträger, der zwar gegenüber fossilen Energieträgern Vorteil im Bereich CO2-Ausstoß bietet, jedoch beim Anbau der Energiepflanzen mit hohen Belastungen an klimaschädlichen Gasen wie Distickstoffoxid einhergeht. Trotz einer positiven Energiebilanz wird diskutiert, wie umweltfreundlich die Herstellung von Ethanol angesichts des Bedarfs an Anbauflächen (Monokulturen) tatsächlich ist.

Einsatz:

Ethanol-Kraftstoff wird als Energieträger in Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen verwendet. Insbesondere der Einsatz als Benzin-Ersatz bzw. Zusatz in Kraftfahrzeugen und neuerdings auch Flugzeugmotoren hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen.

Rohstoffe:

Als Rohstoffe sind in Lateinamerika Zuckerrohr (ergibt z. B. Cachaa) bzw. Zuckerrohr-Melasse (ergibt Rum) - (Melasse ist ein Nebenprodukt aus der Zucker Herstellung) - und in Nordamerika Mais von größter Bedeutung, denn sie liefern hohe Gehalte an Zucker und Stärke, die nach enzymatischer Aufspaltung als Glukose zur Ethanolproduktion durch Hefen genutzt werden. Die anfallenden Faserstoffe (Bagasse) aus der Zuckerrohrnutzung sind schwer zu entsorgen, die Vinasse die bei der Melassevergärung zurückbleibt, wird agrartechnisch z. B. als Futter- und Düngemittel genutzt, die Schlempe aus der Maisnutzung kommt in getrockneter Form als Maiskleberfutter (dried distillers grains and solubles, DDGS) auch auf den europäischen Markt. Mais als Rohstoff ist für Europa uninteressant, aber Zuckerrüben und Zuckerrüben-Melasse, Kartoffeln so wie die verschiedenen Getreide-Arten werden bereits eingesetzt.

Die Bagasse aus der Zuckerrohrvergärung wird aufgrund des geringen Nährwertes nicht direkt als Futtermittel für die Tierernährung eingesetzt. Oft jedoch wird die Restenergie der Bagasse über eine teils mehrstufige Methanvergärung in den Energiekreislauf der Destillerie zurückgeführt, wodurch die Kosten je Einheit produzierten Ethanols reduzierbar sind. Die Entwicklung der Technik schreitet auf diesem Gebiet rasant voran, so dass zukünftig Anlagen, die Wasser in beinahe Trinkwasserqualität abgeben, vorstellbar sind. Schwachpunkt dieses Ansatzes und auch der bisher sehr konkurrenzfähigen lateinamerikanischen, auf Zuckerrohr basierenden Biokraftstoffproduktion ist die alleinige Ausrichtung auf die produzierte Menge Ethanol. Trotz mangelnder Flexibilität liegt der große Vorteil der Zuckerrohrnutzung jedoch in der günstigeren Rohstoffbasis, dem deutlichen Standortvorteil und dem geringeren Kapitalaufwand durch den Verzicht auf großvolumige Trocknungsanlagen. Derzeit sind Unternehmungen dieser Art die günstigsten Anbieter von Ethanol auf dem Weltmarkt und stellen das Modell dar, das Neueinsteiger wie Indien und Thailand wählen.

Die Produktion aus Stärke und Zuckerrohr wird den langfristig steigenden Bedarf an Bioethanol nicht decken können. Die nur begrenzt zur Verfügung stehenden landwirtschaftlichen Anbauflächen, ökologische Probleme bei der notwendigen Intensivierung der Landwirtschaft und die Konkurrenz zum Lebensmittelmarkt stehen einer großflächigen Produktion von Bioethanol auf diesem herkömmlichen Wege entgegen. Eine kostengünstige und umweltschonende Alternative wäre, die für den Menschen als Nutzpflanzen weniger interessanten Pflanzen oder Pflanzenabfälle zu nutzen. Diese hauptsächlich aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin bestehenden Materialien fallen in hohen Mengen an und sind billig. Ideal wäre dabei ein Verfahren, in dem in sogenannten Bioraffinerien die Cellulose und Hemicellulose in vergärbare Zucker umgewandelt und von den Hefen direkt in Ethanol vergoren werden. Das Lignin könnte als Brennstoff zum Antreiben des Prozesses benutzt werden. Allerdings verhindern zur Zeit noch einige technische Schwierigkeiten den Einsatz dieses Verfahrens. Zum einen ist der Abbau von Cellulose und Hemicellulose zu vergärbaren Zuckern aufgrund der komplexen Struktur dieser Verbindungen im Gegensatz zur Verzuckerung von Stärke schwierig und langsam. Zum anderen können die meisten der zur Ethanolproduktion verwendeten Mikroorganismen nicht alle aus der Hemicellulose freigesetzten Zuckerarten vergären. Für einen wirtschaftlich ausgereiften Prozess ist dies jedoch eine wichtige Voraussetzung. Einen großen Fortschritt in dieser Richtung haben Forscher der Goethe-Universität Frankfurt gemacht, die eine neue Hefe konstruiert haben, die in der Lage ist, nahezu alle in Pflanzenabfällen vorhandenen Zuckerarten, die Hexosen und die Pentosen, zu Ethanol zu vergären.

Ausführlicher zu Ethanol-Kraftstoff kann bei Wikipedia nachgelesen werden.



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