Der Biodiesel ist eine Flüssigkeit, die aus natürlichen Lipiden wie pflanzlichen Ölen oder Fetten, mit oder ohne Verwendung, durch industrielle Veresterungs- und Umesterungsverfahren gewonnen und bei der Herstellung von totalem oder teilweisem Ersatz von aus Erdöl gewonnenem Petrodiésel oder Erdöl verwendet wird. Biodiesel kann mit Dieselöl aus der Raffination von Erdöl in unterschiedlichen Mengen gemischt werden.

Produktion
Biodiesel wird üblicherweise durch Umesterung des Pflanzenöl- oder Tierfett-Ausgangsmaterials und anderer nicht essbarer Ausgangsmaterialien wie Frittieröl usw. hergestellt. Es gibt verschiedene Verfahren zur Durchführung dieser Umesterungsreaktion, einschließlich des üblichen diskontinuierlichen Verfahrens, heterogene Katalysatoren, überkritisch Prozesse, Ultraschallmethoden und sogar Mikrowellenmethoden.

Chemisch umfasst umgeesterter Biodiesel eine Mischung von Monoalkylestern langkettiger Fettsäuren. Die gebräuchlichste Form verwendet Methanol (umgewandelt in Natriummethoxid), um Methylester herzustellen (üblicherweise als Fettsäuremethylester – FAME bezeichnet), da es der billigste verfügbare Alkohol ist, obwohl Ethanol verwendet werden kann, um einen Ethylester herzustellen (allgemein bezeichnet als als Fettsäureethylester – FAEE) wurden auch Biodiesel und höhere Alkohole wie Isopropanol und Butanol verwendet. Die Verwendung von Alkoholen mit höheren Molekulargewichten verbessert die Kaltfließeigenschaften des resultierenden Esters auf Kosten einer weniger effizienten Umesterungsreaktion. Ein Lipid-Umesterungs-Herstellungsverfahren wird verwendet, um das Grundöl in die gewünschten Ester umzuwandeln. Jegliche freien Fettsäuren (FFA) im Basisöl werden entweder in Seife umgewandelt und aus dem Verfahren entfernt oder sie werden verestert (was mehr Biodiesel ergibt) unter Verwendung eines sauren Katalysators. Nach dieser Verarbeitung hat Biodiesel – im Gegensatz zu reinem Pflanzenöl – ähnliche Verbrennungseigenschaften wie Erdöldiesel und kann diese bei den meisten gegenwärtigen Anwendungen ersetzen.

Das Methanol, das in den meisten Biodieselproduktionsprozessen verwendet wird, wird unter Verwendung von fossilen Brennstoffeinträgen hergestellt. Es gibt jedoch Quellen von erneuerbarem Methanol, die mit Kohlendioxid oder Biomasse als Ausgangsmaterial hergestellt werden, wodurch ihre Produktionsprozesse frei von fossilen Brennstoffen sind.

Ein Nebenprodukt des Umesterungsverfahrens ist die Herstellung von Glycerin. Für jede produzierte Tonne Biodiesel werden 100 kg Glycerin produziert. Ursprünglich gab es einen wertvollen Markt für das Glycerin, der die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses unterstützte. Mit dem Anstieg der globalen Biodieselproduktion ist der Marktpreis für dieses Rohglycerin (das 20% Wasser und Katalysatorrückstände enthält) jedoch abgestürzt. Es wird weltweit geforscht, um dieses Glycerin als chemischen Baustein zu verwenden (siehe chemisches Zwischenprodukt unter dem Wikipedia-Artikel „Glycerol“). Eine Initiative in Großbritannien ist The Glycerol Challenge.

Gewöhnlich muss dieses Rohglycerin gereinigt werden, typischerweise durch Durchführen einer Vakuumdestillation. Dies ist ziemlich energieintensiv. Das gereinigte Glycerin (98% + Reinheit) kann dann direkt verwendet oder in andere Produkte umgewandelt werden. Die folgenden Ankündigungen wurden 2007 veröffentlicht: Ein Joint Venture von Ashland Inc. und Cargill gab Pläne bekannt, Propylenglycol in Europa aus Glycerin herzustellen, und Dow Chemical kündigte ähnliche Pläne für Nordamerika an. Dow plant auch, in China eine Fabrik zu bauen, um Epichlorhydrin aus Glycerin herzustellen. Epichlorhydrin ist ein Rohstoff für Epoxidharze.

Produktionsebenen
Im Jahr 2007 wuchs die Produktionskapazität für Biodiesel rasch, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von über 40% im Zeitraum 2002-2006. Für das Jahr 2006, für das die tatsächlichen Produktionszahlen erreicht werden konnten, belief sich die gesamte Biodieselproduktion weltweit auf etwa 5,6 Millionen Tonnen, wobei 4,9 Millionen Tonnen in Europa verarbeitet wurden (davon 2,7 Millionen Tonnen aus Deutschland) und der größte Teil aus den USA. Im Jahr 2008 war die Produktion allein in Europa auf 7,8 Millionen Tonnen gestiegen. Im Juli 2009 wurde der Import von amerikanischem Biodiesel in der Europäischen Union erhöht, um die Konkurrenz europäischer, insbesondere deutscher Hersteller auszugleichen. Die Kapazität für 2008 in Europa betrug 16 Millionen Tonnen. Demgegenüber steht eine Gesamtnachfrage nach Diesel in den USA und Europa von etwa 490 Millionen Tonnen (147 Milliarden Gallonen). Die weltweite Produktion von Pflanzenöl für alle Zwecke belief sich 2005/06 auf rund 110 Millionen Tonnen, von denen jeweils etwa 34 Millionen Palmöl und Sojaöl produziert wurden. Ab 2018 ist Indonesien mit einer Jahresproduktion von 3,5 Millionen Tonnen der weltweit führende Anbieter von Palmöl-basiertem Biokraftstoff und wird voraussichtlich etwa 1 Million Tonnen Biodiesel exportieren.

Die Biodieselproduktion in den USA im Jahr 2011 brachte der Branche einen neuen Meilenstein. Im Rahmen des EPA Renewable Fuel Standards wurden Ziele für Biodiesel-Produktionsanlagen implementiert, um das Produktionsniveau im Vergleich zur Gesamtnachfrage zu überwachen und zu dokumentieren. Laut den von der EPA veröffentlichten Daten zum Jahresende erreichte die Biodieselproduktion 2011 mehr als 1 Milliarde Gallonen. Diese Produktionszahl übertraf bei weitem das Ziel der EPA von 800 Millionen Gallonen. Die geplante Produktion für 2020 beträgt fast 12 Milliarden Gallonen.

Verfügbarkeit und Preise
Die weltweite Biodieselproduktion erreichte 2005 3,8 Millionen Tonnen. Etwa 85% der Biodieselproduktion kamen aus der Europäischen Union.

Im Jahr 2007 waren in den Vereinigten Staaten die durchschnittlichen Preise für Einzelhandel (zu Pumpenpreisen), einschließlich Bundes- und Staatssteuer, von B2 / B5 um etwa 12 Cent niedriger als von Erdöldiesel, und B20-Mischungen waren die gleichen wie Petrodiesel. Als Teil einer dramatischen Verschiebung der Dieselpreise bis Juli 2009 meldete das US-Energieministerium jedoch durchschnittliche Kosten von B20 15 Cent pro Gallone höher als Petroleum Diesel ($ 2,69 pro Gallone vs. $ 2,54 pro Gallone). B99 und B100 kosten in der Regel mehr als Petrodiesel, außer wenn lokale Regierungen einen Steueranreiz oder -zuschuss gewähren. Im Oktober 2016 war Biodiesel (B20) 2 Cent niedriger / Gallone als Petrodiesel.

Biodiesel-Rohstoffe
Eine Vielzahl von Ölen kann zur Herstellung von Biodiesel verwendet werden. Diese schließen ein:

Natives Öl – Raps und Sojaöl werden am häufigsten verwendet, Sojabohnenöl macht etwa die Hälfte der US-Produktion aus. Es kann auch aus Pongamia, Feld-Pennycress und Jatropha und anderen Kulturen wie Senf, Jojoba, Flachs, Sonnenblume, Palmöl, Kokosnuss und Hanf (siehe Liste von Pflanzenölen für Biokraftstoff für weitere Informationen) erhalten werden;
Pflanzenöl (WVO);
Tierische Fette einschließlich Talg, Schmalz, Gelbfett, Hühnerfett und die Nebenprodukte der Produktion von Omega-3-Fettsäuren aus Fischöl.
Algen, die unter Verwendung von Abfallstoffen wie Abwasser und ohne Verdrängung von Land, das derzeit für die Nahrungsmittelproduktion verwendet wird, angebaut werden können.
Öl aus Halophyten wie Salicornia bigelovii, das mit Salzwasser in Küstengebieten angebaut werden kann, in denen konventionelle Pflanzen nicht angebaut werden können, mit Erträgen, die den Erträgen von Sojabohnen und anderen Ölsaaten entsprechen, die unter Bewässerung mit Süßwasser gewonnen werden
Klärschlamm – Der Abwasser-zu-Biotreibstoff-Bereich findet großes Interesse bei großen Unternehmen wie der Abfallwirtschaft und Start-ups wie InfoSpi, die darauf wetten, dass Biodiesel aus nachwachsendem Abwasser mit dem Preis von Erdöl-Diesel konkurrieren kann.

Viele Befürworter schlagen vor, dass Pflanzenabfälle die beste Ölquelle sind, um Biodiesel zu produzieren, aber da das verfügbare Angebot drastisch geringer ist als die Menge an erdölbasiertem Brennstoff, der für den Transport und die Hausheizung in der Welt verbrannt wird, konnte diese lokale Lösung nicht Maßstab auf die aktuelle Verbrauchsrate.

Tierische Fette sind ein Nebenprodukt der Fleischproduktion und des Kochens. Obwohl es nicht effizient wäre, Tiere zu züchten (oder Fische zu fangen), einfach wegen ihres Fettes, bringt die Verwendung des Nebenproduktes einen Mehrwert für die Viehindustrie (Schweine, Rinder, Geflügel). Heute produzieren Multi-Feedstock-Biodiesel-Anlagen qualitativ hochwertigen Tierfett-basierten Biodiesel. Derzeit wird in den USA eine 5-Millionen-Dollar-Anlage gebaut mit der Absicht, 11,4 Millionen Liter (3 Millionen Gallonen) Biodiesel aus einigen der geschätzten 1 Milliarde Kilogramm (2,2 Milliarden Pfund) Hühnerfett zu erzeugen, die jährlich auf lokaler Ebene produziert werden Tyson-Geflügelpflanze. In ähnlicher Weise verwenden einige Biodieselfabriken in kleinem Maßstab Abfallfischöl als Ausgangsmaterial. Ein EU-finanziertes Projekt (ENERFISH) legt nahe, dass in einer vietnamesischen Anlage zur Produktion von Biodiesel aus Wels (basa, auch Pangasius genannt) aus 81 Tonnen Fischabfall eine Produktion von 13 Tonnen Biodiesel pro Tag produziert werden kann aus 130 Tonnen Fisch). Dieses Projekt nutzt den Biodiesel, um ein KWK-Gerät in der Fischverarbeitungsanlage zu betreiben, hauptsächlich um die Fisch-Gefrieranlage mit Strom zu versorgen.

Menge der benötigten Rohstoffe
Die derzeitige weltweite Produktion von Pflanzenöl und tierischem Fett ist nicht ausreichend, um den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu ersetzen. Darüber hinaus sind einige gegen die große Menge der Landwirtschaft und die daraus resultierende Düngung, Pestizideinsatz und Landnutzung Umwandlung, die zur Herstellung der zusätzlichen Pflanzenöl benötigt würde. Der geschätzte Transport von Dieselkraftstoff und Heizöl, die in den Vereinigten Staaten verwendet werden, liegt laut der Energy Information Administration des US Department of Energy bei etwa 160 Millionen Tonnen. In den Vereinigten Staaten beträgt die geschätzte Produktion von Pflanzenöl für alle Verwendungszwecke etwa 11 Millionen Tonnen (24 Milliarden Pfund) und die geschätzte Produktion von Tierfett beträgt 5,3 Millionen Tonnen (12 Milliarden Pfund).

Wenn die gesamte Ackerlandfläche der USA (470 Millionen Acres oder 1,9 Millionen Quadratkilometer) für die Biodieselproduktion aus Soja verwendet würde, würde dies nur die 160 Millionen Tonnen liefern, die benötigt werden (unter Annahme eines optimistischen Biodiesel von 98 US-Gallonen / Hektar). . Mit Hilfe von Algen könnte diese Landfläche im Prinzip deutlich reduziert werden, wenn die Hindernisse überwunden werden können. Das US-Energieministerium schätzt, dass, wenn Algentreibstoff den gesamten Erdölbrennstoff in den Vereinigten Staaten ersetzen würde, es 15.000 Quadratmeilen (39.000 Quadratkilometer) benötigen würde, was ein paar tausend Quadratmeilen größer als Maryland oder 30% größer als das Gebiet von Belgien ist unter der Annahme eines Ertrags von 140 Tonnen / Hektar (15.000 US-Gallonen / Morgen). Bei einem realistischeren Ertrag von 36 Tonnen / Hektar (3834 US-Gallonen / Acre) beträgt die erforderliche Fläche etwa 152.000 Quadratkilometer oder entspricht in etwa dem des Staates Georgia oder Englands und Wales. Die Vorteile von Algen sind, dass sie auf nicht Ackerflächen wie Wüsten oder in Meeresumwelt angebaut werden können, und die potenziellen Ölerträge sind viel höher als von Pflanzen.

Ausbeute
Die Effizienz der Ausgangsmaterialausbeute pro Flächeneinheit beeinflusst die Möglichkeit, die Produktion auf die enormen industriellen Niveaus hochzufahren, die erforderlich sind, um einen signifikanten Prozentsatz von Fahrzeugen anzutreiben.

Einige typische Erträge
Ernte Ausbeute
L / ha US gal / Morgen
Palmöl 4752 508
Kokosnuss 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Rapssamen 954 102
Soja (Indiana) 554-922 59.2-98.6
Chinesischer Talg 907 97
Erdnuss 842 90
Sonnenblume 767 82
Hanf 242 26
„Biokraftstoffe: einige Zahlen“. Grist.org. Abgerufen 2010-03-15.
Makareviciene et al., „Möglichkeiten für die Verwendung von Chufa Segge in der Biodieselproduktion“,
Industrial Crops and Products, 50 (2013) p. 635, Tabelle 2.
Klass, Donald, „Biomasse für erneuerbare Energien, Kraftstoffe,
und Chemikalien „, Seite 341. Academic Press, 1998.
Kitani, Osamu, „Band V: Energie- und Biomassetechnik,
CIGR Handbuch der Landtechnik „, Amer Society of Agricultural, 1999.
Die Erträge von Algentreibstoffen sind noch nicht genau bestimmt, aber laut DOE soll die Algenmenge 30mal so viel Energie pro Acker wie bei Landpflanzen wie Sojabohnen liefern. Eine Ausbeute von 36 Tonnen pro Hektar wird von Ami Ben-Amotz vom Institut für Ozeanographie in Haifa, die seit über 20 Jahren kommerziell Algen kultiviert, als praktisch angesehen.

Jatropha wurde als Biodiesel mit hoher Ausbeute angegeben, aber die Erträge hängen stark von den Klima- und Bodenbedingungen ab. Nach den Schätzungen am unteren Ende liegt der Ertrag bei etwa 1,5 bis 2 Tonnen pro Hektar. in günstigeren Klimazonen wurden zwei oder mehr Kulturen pro Jahr erreicht. Es ist in den Philippinen, Mali und Indien angebaut, ist dürreresistent und kann sich mit anderen Cash-Crops wie Kaffee, Zucker, Obst und Gemüse teilen. Es ist gut geeignet für halbtrockene Gebiete und kann laut seinen Befürwortern zur Verlangsamung der Wüstenbildung beitragen.

Effizienz und wirtschaftliche Argumente
Laut einer Studie von Drs. Van Dyne und Raymer für die Tennessee Valley Authority, die durchschnittliche US-Farm verbraucht Treibstoff mit einer Rate von 82 Litern pro Hektar (8,75 US-Gallonen / Acre) Land, um eine Ernte zu produzieren. Durchschnittserträge von Raps produzieren jedoch Öl mit einer durchschnittlichen Rate von 1.029 l / ha (110 US-Gallonen / Acre), und Hochausbeute-Rapssamenfelder produzieren etwa 1.356 l / ha (145 US-Gallone / Acre). Das Verhältnis von Input zu Output beträgt in diesen Fällen etwa 1: 12,5 und 1: 16,5. Es ist bekannt, dass die Photosynthese einen Wirkungsgrad von etwa 3-6% der gesamten Sonnenstrahlung hat und wenn die gesamte Masse einer Pflanze für die Energieproduktion genutzt wird, beträgt die Gesamteffizienz dieser Kette derzeit etwa 1% In Verbindung mit einem elektrischen Antriebsstrang ist der Einsatz von Biodiesel kostengünstiger (Solarzellen kosten etwa 250 US-Dollar pro Quadratmeter) und der Transport (Elektrofahrzeuge benötigen Batterien, die derzeit eine wesentlich geringere Energiedichte aufweisen als flüssige Kraftstoffe). Eine 2005 durchgeführte Studie ergab, dass die Biodieselproduktion mit Sojabohnen 27% mehr fossile Energie als der produzierte Biodiesel und 118% mehr Energie mit Sonnenblumen benötigt.

Diese Statistiken allein reichen jedoch nicht aus, um zu zeigen, ob eine solche Änderung wirtschaftlich sinnvoll ist. Zusätzliche Faktoren müssen berücksichtigt werden, wie das Brennstoffäquivalent der für die Verarbeitung benötigten Energie, die Ausbeute an Brennstoff aus Rohöl, die Rendite auf den Anbau von Nahrungsmitteln, die Auswirkung von Biodiesel auf die Nahrungsmittelpreise und die relativen Kosten von Biodiesel gegenüber Petrodiesel, Wasserverschmutzung durch Abfluss von landwirtschaftlichen Betrieben, Bodenverarmung und die externalisierten Kosten politischer und militärischer Eingriffe in ölproduzierende Länder, die den Preis von Petrodiesel kontrollieren sollen.

Die Debatte über die Energiebilanz von Biodiesel ist noch nicht abgeschlossen. Ein vollständiger Übergang zu Biokraftstoffen könnte immense Landflächen erfordern, wenn traditionelle Nahrungspflanzen verwendet werden (obwohl auch Nutzpflanzen genutzt werden können). Das Problem wäre für Länder mit großen Volkswirtschaften besonders gravierend, da der Energieverbrauch mit der Wirtschaftsleistung skaliert.

Wenn nur traditionelle Nahrungsmittelpflanzen verwendet werden, haben die meisten dieser Länder nicht genügend Ackerland, um Biokraftstoff für die Fahrzeuge der Nation zu produzieren. Länder mit kleineren Volkswirtschaften (daher weniger Energieverbrauch) und mehr Ackerland könnten sich in besseren Situationen befinden, obwohl viele Regionen es sich nicht leisten können, Land von der Nahrungsmittelproduktion abzulenken.

Für Drittweltländer könnten Biodieselquellen, die Grenzerträge nutzen, sinnvoller sein; B. Pongam-Ölbaumnüsse, die entlang von Straßen angebaut werden, oder Jatropha, die entlang von Eisenbahnlinien wachsen.

In tropischen Regionen wie Malaysia und Indonesien werden Pflanzen, die Palmöl produzieren, in raschem Tempo gepflanzt, um den wachsenden Bedarf an Biodiesel in Europa und anderen Märkten zu decken. Wissenschaftler haben gezeigt, dass die Beseitigung von Regenwald für Palmplantagen ökologisch nicht sinnvoll ist, da die Ausweitung von Ölpalmplantagen eine Bedrohung für den natürlichen Regenwald und die Artenvielfalt darstellt.

In Deutschland wird geschätzt, dass Palmöl-Biodiesel weniger als ein Drittel der Produktionskosten von Raps-Biodiesel ausmacht. Die direkte Quelle des Energiegehalts von Biodiesel ist Sonnenenergie, die von Pflanzen während der Photosynthese eingefangen wird. Hinsichtlich der positiven Energiebilanz von Biodiesel:

Wenn Stroh auf dem Feld gelassen wurde, war die Biodieselproduktion stark energiepositiv und ergab 1 GJ Biodiesel für jeweils 0,561 GJ des Energieeintrags (ein Verhältnis von Ertrag zu Kosten von 1,78).
Bei der Verbrennung von Stroh als Brennstoff und der Verwendung von Rapsmehl als Dünger war das Verhältnis von Ertrag zu Kosten für die Biodieselproduktion sogar noch besser (3,71). Mit anderen Worten, für jede Einheit des Energieeinsatzes zur Herstellung von Biodiesel betrug die Produktion 3,71 Einheiten (die Differenz von 2,71 Einheiten würde von Solarenergie stammen).

Wirtschaftliche Auswirkung
In Bezug auf die wirtschaftlichen Auswirkungen der Biodieselproduktion wurden mehrere wirtschaftliche Studien durchgeführt. Eine Studie, die vom National Biodiesel Board in Auftrag gegeben wurde, berichtete, dass die Biodieselproduktion 2011 39.027 Arbeitsplätze und mehr als 2,1 Milliarden US-Dollar Haushaltseinkommen in den Vereinigten Staaten unterstützte. Das Wachstum des Biodiesels trägt auch dazu bei, das BIP deutlich zu steigern. Im Jahr 2011 hat Biodiesel mehr als 3 Milliarden Dollar in das BIP gebracht. Angesichts des anhaltenden Wachstums des Standards für erneuerbare Kraftstoffe und der Ausweitung des Steueranreizes für Biodiesel kann die Zahl der Arbeitsplätze bis 2012 auf 50.725, 2,7 Mrd. USD steigen und bis 2012 auf 5 Mrd. USD steigen.

Energiesicherheit
Einer der Hauptgründe für die Einführung von Biodiesel ist die Energiesicherheit. Dies bedeutet, dass die Abhängigkeit eines Landes von Öl reduziert und durch die Nutzung lokal verfügbarer Quellen wie Kohle, Gas oder erneuerbare Quellen ersetzt wird. So kann ein Land von der Einführung von Biokraftstoffen profitieren, ohne die Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Während die Gesamtenergiebilanz diskutiert wird, ist klar, dass die Abhängigkeit von Öl reduziert wird. Ein Beispiel ist die Energie, die zur Herstellung von Düngemitteln verwendet wird, die aus einer Vielzahl von anderen Quellen als Erdöl stammen können. Das US-amerikanische National Renewable Energy Laboratory (NREL) stellt fest, dass Energiesicherheit die treibende Kraft hinter dem US-Biokraftstoffprogramm ist, und ein Weißbuch „Energiesicherheit für das 21. Jahrhundert“ macht deutlich, dass Energiesicherheit ein Hauptgrund für die Förderung ist Biodiesel. Der ehemalige EU-Kommissionspräsident Jose Manuel Barroso, der auf einer kürzlich stattgefundenen EU-Biokraftstoffkonferenz sprach, betonte, dass richtig gemanagte Biokraftstoffe das Potenzial haben, die Versorgungssicherheit der EU durch Diversifizierung der Energiequellen zu stärken.

Auswirkungen auf die Umwelt
Der Anstieg des Interesses an Biodiesel hat eine Reihe von Umweltauswirkungen hervorgebracht, die mit seiner Verwendung verbunden sind. Dazu gehören unter anderem die Verringerung der Treibhausgasemissionen, die Entwaldung, die Verschmutzung und die biologische Abbaubarkeit.

Gemäß der im Februar 2010 veröffentlichten Gesetzes-Folgenabschätzung für erneuerbare Kraftstoffe des EPA führt Biodiesel aus Sojaöl im Durchschnitt zu einer Verringerung der Treibhausgase um 57% im Vergleich zu Erdöl-Diesel und Biodiesel aus Altfett zu 86%. die Ermäßigung. Ausführlichere Informationen finden Sie in Kapitel 2.6 des EPA-Berichts.

Umweltorganisationen, zum Beispiel Rainforest Rescue und Greenpeace, kritisieren jedoch den Anbau von Pflanzen, die für die Biodieselproduktion verwendet werden, zB Ölpalmen, Sojabohnen und Zuckerrohr. Sie sagen, dass die Abholzung der Regenwälder den Klimawandel verschlimmert und empfindliche Ökosysteme zerstört werden, um Flächen für Ölpalmen-, Sojabohnen- und Zuckerrohrplantagen zu roden. Darüber hinaus tragen Biokraftstoffe zum Hunger in der Welt bei, da Ackerland nicht mehr für den Anbau von Nahrungsmitteln genutzt wird. Die Environmental Protection Agency (EPA) veröffentlichte im Januar 2012 Daten, die zeigen, dass Biokraftstoffe aus Palmöl nicht auf das Mandat für erneuerbare Kraftstoffe des Landes angerechnet werden, da sie nicht klimafreundlich sind. Umweltschützer begrüßen die Schlussfolgerung, weil das Wachstum von Palmölplantagen die tropische Entwaldung zum Beispiel in Indonesien und Malaysia vorangetrieben hat.

Essen, Land und Wasser gegen Treibstoff
In einigen armen Ländern verursacht der steigende Preis von Pflanzenöl Probleme. Einige schlagen vor, dass Treibstoff nur aus nicht essbaren Pflanzenölen wie Leindotter, Jatropha oder Küstenmalve hergestellt wird, die auf marginalem Ackerland gedeihen können, wo viele Bäume und Feldfrüchte nicht wachsen oder nur geringe Erträge produzieren.

Andere argumentieren, dass das Problem grundlegender ist. Landwirte können von der Erzeugung von Nahrungspflanzen zu der Produktion von Biokraftstoffpflanzen wechseln, um mehr Geld zu verdienen, selbst wenn die neuen Nutzpflanzen nicht essbar sind. Das Gesetz von Angebot und Nachfrage sagt voraus, dass, wenn weniger Bauern Lebensmittel produzieren, der Preis für Lebensmittel steigen wird. Es kann einige Zeit dauern, da die Bauern sich etwas Zeit nehmen können, um zu ändern, welche Dinge sie anbauen, aber die steigende Nachfrage nach Biokraftstoffen der ersten Generation wird wahrscheinlich zu Preiserhöhungen für viele Arten von Lebensmitteln führen. Einige haben darauf hingewiesen, dass es arme Bauern und arme Länder gibt, die wegen des höheren Preises für Pflanzenöl mehr Geld verdienen.

Biodiesel aus Meeresalgen würde nicht unbedingt Land verdrängen, das gegenwärtig für die Nahrungsmittelproduktion genutzt wird, und neue Algakultur-Arbeitsplätze könnten geschaffen werden.

Im Vergleich dazu sollte erwähnt werden, dass bei der Produktion von Biogas landwirtschaftliche Abfälle zur Erzeugung eines Biokraftstoffs, genannt Biogas, genutzt werden, und auch Kompost produziert wird, wodurch die Landwirtschaft, die Nachhaltigkeit und die Nahrungsmittelproduktion verbessert werden.

Aktuelle Forschung
Es wird laufend geforscht, um geeignetere Kulturpflanzen zu finden und den Ölertrag zu verbessern. Andere Quellen sind möglich, einschließlich menschlicher Fäkalien, wobei Ghana seine erste „mit Fäkalienschlamm gefütterte Biodieselanlage“ baut. Unter Verwendung der derzeitigen Erträge wären große Mengen an Land und Frischwasser erforderlich, um genug Öl zu produzieren, um den Verbrauch fossiler Brennstoffe vollständig zu ersetzen. Es würde erfordern, dass die doppelte Fläche der USA für die Sojaproduktion verwendet wird, oder zwei Drittel für die Produktion von Rapssaat, um den aktuellen Heiz- und Transportbedarf der USA zu decken.

Speziell gezüchtete Senfsorten können relativ hohe Ölerträge erzielen und sind sehr nützlich bei der Fruchtfolge mit Getreide und haben den zusätzlichen Vorteil, dass die Mahlzeit, die nach dem Auspressen des Öls übrig bleibt, als wirksames und biologisch abbaubares Pestizid wirken kann.

Das NFESC mit der in Santa Barbara beheimateten Biodiesel Industries arbeitet an der Entwicklung von Biodiesel-Technologien für die US-Marine und das Militär, einer der größten Dieselkraftstoffverbraucher der Welt.

Eine Gruppe spanischer Entwickler, die für eine Firma namens Ecofasa arbeiten, kündigte einen neuen Biokraftstoff aus Müll an. Der Brennstoff wird aus allgemeinem Siedlungsabfall erzeugt, der mit Bakterien behandelt wird, um Fettsäuren zu produzieren, aus denen Biodiesel hergestellt werden kann.

Ein anderer Ansatz, der keine Verwendung von Chemikalien für die Produktion erfordert, beinhaltet die Verwendung von genetisch modifizierten Mikroben.

Algen-Biodiesel
Von 1978 bis 1996 experimentierte das US-amerikanische NREL mit dem Einsatz von Algen als Biodieselquelle im „Aquatic Species Program“. Ein selbstveröffentlichter Artikel von Michael Briggs von der UNH Biodiesel Group bietet Schätzungen für den realistischen Ersatz aller Fahrzeugtreibstoffe durch Biodiesel durch die Verwendung von Algen mit einem natürlichen Ölgehalt von mehr als 50%, die laut Briggs auf Algenteichen angebaut werden können in Kläranlagen. Diese ölreichen Algen können dann aus dem System extrahiert und zu Biodiesel verarbeitet werden, wobei der getrocknete Rest zu Ethanol weiterverarbeitet wird.

Die Produktion von Algen zur Gewinnung von Öl für Biodiesel wurde noch nicht im kommerziellen Maßstab durchgeführt, aber es wurden Machbarkeitsstudien durchgeführt, um zu der obigen Ertragsschätzung zu kommen. Zusätzlich zu den prognostizierten hohen Erträgen führt Algaculture – anders als Biokraftstoffe auf Pflanzenbasis – nicht zu einem Rückgang der Nahrungsmittelproduktion, da weder Ackerland noch Frischwasser benötigt werden. Viele Unternehmen verfolgen Algen-Bioreaktoren für verschiedene Zwecke, einschließlich der Ausweitung der Biodieselproduktion auf kommerzielles Niveau.

Prof. Rodrigo E. Teixeira von der University of Alabama in Huntsville demonstrierte die Extraktion von Biodiesellipiden aus feuchten Algen mit einer einfachen und wirtschaftlichen Reaktion in ionischen Flüssigkeiten.

Pongamia
Millettia pinnata, auch bekannt als Pongam Oiltree oder Pongamia, ist ein hülsentragender, Ölsamen tragender Baum, der als Kandidat für die Produktion von nicht essbarem Pflanzenöl identifiziert wurde.

Pongamia-Plantagen für die Biodieselproduktion haben einen zweifachen Umweltvorteil. Die Bäume speichern Kohlenstoff und produzieren Heizöl. Pongamia wächst auf marginalem Land, das nicht für Nahrungspflanzen geeignet ist und erfordert keine Nitratdünger. Der ölproduzierende Baum hat den höchsten Ertrag an ölproduzierender Pflanze (ungefähr 40 Gew .-% des Samens ist Öl), während er in mangelernährten Böden mit hohem Salzgehalt wächst. Es wird zu einem Schwerpunkt in einer Reihe von Biodieselforschungsorganisationen. Die Hauptvorteile von Pongamia sind eine höhere Ölgewinnung und -qualität als bei anderen Kulturen und keine direkte Konkurrenz zu Nahrungspflanzen. Das Wachstum auf marginalem Land kann jedoch zu niedrigeren Ölerträgen führen, die mit Nahrungspflanzen für besseren Boden in Konkurrenz treten könnten.

Jatropha
Mehrere Gruppen in verschiedenen Sektoren forschen an Jatropha curcas, einem giftigen strauchartigen Baum, der Samen produziert, die von vielen als eine lebensfähige Quelle für Biodiesel-Rohstofföl angesehen werden. Ein großer Teil dieser Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Gesamterträge von Jatropha pro Hektar durch Fortschritte in der Genetik, Bodenkunde und gartenbaulichen Praktiken.

SG Biofuels, ein Jatropha-Entwickler mit Sitz in San Diego, hat molekulare Züchtung und Biotechnologie genutzt, um Elite-Hybridsamen von Jatropha herzustellen, die gegenüber den Sorten der ersten Generation deutliche Ertragsverbesserungen zeigen. SG Biofuels behauptet auch, dass zusätzliche Vorteile durch solche Stämme entstanden sind, einschließlich verbesserter Blühsynchronität, höherer Resistenz gegenüber Schädlingen und Krankheiten und erhöhter Toleranz gegenüber kaltem Wetter.

Plant Research International, eine Abteilung der Universität und des Forschungszentrums von Wageningen in den Niederlanden, unterhält ein laufendes Jatropha-Evaluierungsprojekt (JEPP), das die Durchführbarkeit von großflächigem Jatropha-Anbau durch Feld- und Laborexperimente untersucht.

Das Centre for Sustainable Energy Farming (CfSEF) ist eine in Los Angeles ansässige, gemeinnützige Forschungsorganisation, die sich der Jatropha-Forschung in den Bereichen Pflanzenwissenschaften, Agronomie und Gartenbau widmet. Die erfolgreiche Exploration dieser Disziplinen wird die Erträge der Jatropha-Farmproduktion in den nächsten zehn Jahren voraussichtlich um 200-300% steigern.

Pilze
Eine Gruppe der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau veröffentlichte im September 2008 eine Arbeit, in der sie berichtet, dass sie große Mengen an Lipiden aus einzelligen Pilzen isoliert und wirtschaftlich zu Biodiesel verarbeitet hätten. Weitere Forschung zu dieser Pilzart; Cunninghamella japonica und andere werden wahrscheinlich in naher Zukunft erscheinen.

Die kürzliche Entdeckung einer Variante des Pilzes Gliocladium roseum deutet auf die Produktion von sogenanntem Myco-Diesel aus Cellulose hin. Dieser Organismus wurde kürzlich in den Regenwäldern Nordpatagoniens entdeckt und hat die einzigartige Fähigkeit, Cellulose in Kohlenwasserstoffe mittlerer Länge umzuwandeln, die typischerweise in Dieselkraftstoff gefunden werden.

Biodiesel aus gebrauchtem Kaffeesatz
Forscher an der Universität von Nevada, Reno, haben erfolgreich Biodiesel aus Öl aus gebrauchtem Kaffeesatz hergestellt. Ihre Analyse der verwendeten Böden ergab einen Ölgehalt von 10% bis 15% (bezogen auf das Gewicht). Sobald das Öl extrahiert wurde, wurde es konventionell zu Biodiesel verarbeitet. Es wird geschätzt, dass fertiger Biodiesel für ungefähr einen US-Dollar pro Gallone produziert werden könnte. Weiter wurde berichtet, dass „die Technik nicht schwierig ist“ und dass „es so viel Kaffee gibt, dass jährlich mehrere hundert Millionen Gallonen Biodiesel produziert werden könnten“. Aber selbst wenn der gesamte Kaffeesatz der Welt für die Herstellung von Treibstoff verwendet würde, würde die erzeugte Menge weniger als 1 Prozent des jährlich in den USA verwendeten Diesels ausmachen. „Es wird das Energieproblem der Welt nicht lösen“, sagte Dr. Misra über seine Arbeit.

Exotische Quellen
Kürzlich wurde Alligatorfett als Quelle zur Herstellung von Biodiesel identifiziert. Jedes Jahr werden etwa 15 Millionen Pfund Alligatorfett auf Deponien als Abfallprodukt der Alligatorfleisch- und -hautindustrie entsorgt. Studien haben gezeigt, dass Biodiesel, der aus Alligatorfett hergestellt wird, eine ähnliche Zusammensetzung wie Biodiesel aus Sojabohnen hat und billiger zu raffinieren ist, da es sich in erster Linie um ein Abfallprodukt handelt.

Biodiesel zu Wasserstoffzellkraft
Ein Mikroreaktor wurde entwickelt, um Biodiesel in Wasserstoffdampf zu Brennstoffzellen umzuwandeln.

Die Dampfreformierung, auch bekannt als Reformierung fossiler Brennstoffe, ist ein Prozess, der aufgrund seiner Effizienz Wasserstoffgas aus Kohlenwasserstoffbrennstoffen, insbesondere Biodiesel, erzeugt. Ein ** Mikroreaktor ** oder Reformer ist die Verarbeitungsvorrichtung, in der Wasserdampf unter hoher Temperatur und hohem Druck mit dem flüssigen Brennstoff reagiert. Bei Temperaturen zwischen 700 – 1100 ° C ermöglicht ein Nickel-basierter Katalysator die Produktion von Kohlenmonoxid und Wasserstoff:

Kohlenwasserstoff + H2O ⇌ CO + 3 H2 (stark endotherm)

Darüber hinaus kann eine höhere Ausbeute an Wasserstoffgas genutzt werden, indem Kohlenmonoxid weiter oxidiert wird, um mehr Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen:

CO + H2O → CO2 + H2 (schwach exotherm)

Wasserstoff-Brennstoffzellen Hintergrundinformationen

Brennstoffzellen arbeiten ähnlich wie eine Batterie, indem Elektrizität aus chemischen Reaktionen genutzt wird. Der Unterschied zwischen Brennstoffzellen im Vergleich zu Batterien ist ihre Fähigkeit, durch den konstanten Wasserstofffluss in der Atmosphäre angetrieben zu werden. Außerdem produzieren sie nur Wasser als Nebenprodukt und sind praktisch geräuschlos. Der Nachteil wasserstoffbetriebener Brennstoffzellen sind die hohen Kosten und Gefahren der Lagerung von leicht brennbarem Wasserstoff unter Druck.

Eine Möglichkeit für neue Prozessoren, die Gefahren des Wasserstofftransports zu überwinden, besteht darin, sie nach Bedarf herzustellen. Die Mikroreaktoren können verbunden werden, um ein System zu erzeugen, das den Kohlenwasserstoff unter hohem Druck erhitzt, um Wasserstoffgas und Kohlendioxid zu erzeugen, ein Prozess, der Dampfreformierung genannt wird. Dies erzeugt bis zu 160 Gallonen Wasserstoff / Minute und gibt das Potential zum Betreiben von Wasserstofftankstellen oder sogar einer an Bord befindlichen Wasserstoffbrennstoffquelle für Wasserstoffzellenfahrzeuge. Die Umsetzung in Kraftfahrzeuge würde es ermöglichen, energiereiche Kraftstoffe wie Biodiesel in kinetische Energie zu überführen und gleichzeitig Verbrennung und Schadstoffnebenprodukte zu vermeiden. Das handgroße quadratische Metallstück enthält mikroskopisch kleine Kanäle mit katalytischen Zentren, die Biodiesel und sogar sein Glycerin-Nebenprodukt kontinuierlich zu Wasserstoff umsetzen.

Sorgen
Motorabnutzung
Die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs spielt eine wichtige Rolle für den Verschleiß, der in einem Motor auftritt. Ein Dieselmotor ist auf seinen Kraftstoff angewiesen, um den Metallkomponenten, die ständig miteinander in Kontakt stehen, Schmierfähigkeit zu verleihen. Biodiesel ist ein viel besserer Schmierstoff im Vergleich zu Erdöl-Diesel aufgrund der Anwesenheit von Estern. Tests haben gezeigt, dass die Zugabe einer kleinen Menge Biodiesel zu Diesel die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs kurzfristig deutlich erhöhen kann. Über einen längeren Zeitraum (2-4 Jahre) zeigen Studien jedoch, dass Biodiesel seine Schmierfähigkeit verliert. Dies könnte auf eine erhöhte Korrosion im Laufe der Zeit aufgrund von Oxidation der ungesättigten Moleküle oder erhöhten Wassergehalt in Biodiesel aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption zurückzuführen sein.

Kraftstoffviskosität
Eines der Hauptanliegen in Bezug auf Biodiesel ist seine Viskosität. Die Viskosität von Diesel beträgt 2,5-3,2 cSt bei 40 ° C und die Viskosität von Biodiesel aus Sojaöl liegt zwischen 4,2 und 4,6 cSt. Die Viskosität von Diesel muss hoch genug sein, um eine ausreichende Schmierung der Motorteile zu gewährleisten, aber niedrig genug um zu fließen Betriebstemperatur. Hohe Viskosität kann den Kraftstofffilter und das Einspritzsystem in Motoren verstopfen. Pflanzenöl besteht aus Lipiden mit langen Kohlenwasserstoffketten. Um seine Viskosität zu verringern, werden die Lipide in kleinere Estermoleküle zerlegt.Dies wird durch die Verwendung von Pflanzenöl und tierischen Fetten in Alkylester unter Verwendung von Umesterung, um ihre Viskosität zu verringern. Dennoch ist die Biodieselviskosität höher als die von Diesel, und der Motor kann die Temperatur des Kraftstoffs nicht übersteigen.

Motorleistung
Biodiesel hat einen höheren bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch als Diesel, was bedeutet, dass der Biodieselverbrauch höher sein muss. Es hat sich gezeigt, dass B20-Biodieselmischungen einen maximalen Anstieg des thermischen Wirkungsgrads, einen niedrigen Bremswirkungsgrad und eine geringere Schadstoffemission haben. Die Motorleistung hängt von den Eigenschaften des Kraftstoffs und der Einspritzung ab und bezieht sich auf andere Faktoren. Da es verschiedene Mischungen von Biodiesel gibt, können die widersprüchlichen Berichte der Motorleistung Rechnung tragen.