Kraftstoffe aus fossilen und regenerativen Quellen

Eine kritische Gegenüberstellung


Bachelorarbeit, 2011
40 Seiten, Note: 2.0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Vorgehensweise

3 Überblick Nachwachsende Rohstoffe
3.1 Allgemeines
3.2 Industriepflanzen
3.3 Energiepflanzen
3.4 Anbausysteme

4 Profile verschiedener Biokraftstoffe
4.1 Biodiesel
4.1.1 Zahlen & Fakten
4.1.2 Herstellungsprozesse
4.1.3 Ökonomische und Ökologische Aspekte
4.2 Bioethanol
4.2.1 Zahlen & Fakten
4.2.2 Herstellungsprozesse
4.2.3 Ökonomische und Ökologische Aspekte
4.3 Biogas/Biomethan
4.3.1 Zahlen & Fakten
4.3.2 Herstellungsprozesse
4.3.3 Ökonomische und Ökologische Aspekte
4.4 Biomass to Liquid (BtL)
4.4.1 Zahlen & Fakten
4.4.2 Herstellungsprozesse
4.4.3 Ökonomische und Ökologische Aspekte

5 Gesamtbewertung und Fazit

6 Literatur

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1.1 CO2-Emissionen nach Sektoren 2005

Abb. 1.2 Primärenergieverbrauch in Deutschland 2006

Abb. 1.3 Primärenergieverbrauch in Deutschland 2010

Abb. 1.4 Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland 2008

Abb. 3.1 Übersicht Energiepflanzennutzung

Abb. 3.2 Landflächennutzung der Erde

Abb. 3.3 Weltgetreideverbrauch 2010

Abb. 4.1.1 Produktion von Biodiesel Schritt 1

Abb. 4.1.2 Produktion von Biodiesel Schritt 2

Abb. 4.1.3 Produktion von Biodiesel Schritt 3

Abb. 4.1.4 Entwicklung Kraftstoffpreise

Abb. 4.1.5 Treibhausgasemissionen von Kraftstoffen

Abb. 4.2.1 Produktion von Bioethanol Schritt 1

Abb. 4.2.2 Produktion von Bioethanol Schritt 2

Abb. 4.2.3 Entwicklung Kraftstoffpreise

Abb. 4.3.1 Produktion von Biogas Schritt 1

Abb. 4.3.2 Produktion von Biogas Schritt 2

Abb. 4.3.3 Entwicklung Biogasanlagen in Deutschland

Abb. 4.3.4 THG-Einsparungen

Abb. 4.4.1 Produktion von Biomass-to-Liquid Schritt 1

Abb. 4.4.2 Produktion von Biomass-to-Liquid Schritt 2

Abb. 5.1 Laufleistung von Biokraftstoffen

1 Einleitung

Der Wettkampf um die letzten verbliebenen natürlichen fossilen Ressourcen der Erde nimmt seit einigen Jahren stetig an Intensität zu. Denn diese Quelle der Energieerzeugung ist nicht unerschöpflich, sondern schwindet tagtäglich. In über vielen Millionen Jahren andauernden Prozessen ist ein Stoff entstanden, der maßgeblich für die Industrialisierung und den sich beschleunigenden Grad der Technisierung verantwortlich ist - das Erdöl. Als der Energieträger schlechthin, ist die alternative Bezeichnung des „schwarzen Goldes“ heutzutage populärer denn je, da die Förderung und Nutzung fossiler Brennstoffe stetig zunimmt und schätzungsweise 90 % des Energieverbrauchs von Erdölquellen gedeckt werden (vgl. KOPPE 2009, S. 1).

So betrug der tägliche Weltölbedarf 2007 noch 83 millionen Barrel oder 13,2 Milliarden Liter. Im Jahr 2010 stieg der Verbrauch bereits auf 90 millionen Barrel, was einer Zunahme von ca. 8,5 % in nur 3 Jahren entspricht (vgl. BÜHLER 2010, S.11). Die einhergehenden Probleme mit der Endlichkeit dieser Ressource sind nicht nur geopolitischer Natur, wie z.B. der Abhängigkeit von Staaten, die der Willkür der ölfördernden Nationen unterworfen sind, ebenso haben auch wirtschaftliche und klimatische Fragen rund um die Erdölgewinnung eine hohe Relevanz. Um diese Abhängigkeit zu vermeiden nehmen die Bestrebungen der Ölförderung teilweise bizarre Formen an. Selbst ineffiziente Verfahren wie z.B. die Gewinnung des Erdöls aus sogenannten „Ölsanden“ gewinnen zunehmend an Bedeutung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.1: CO2-Emissionen nach Sektoren (2005)

(Eigene Darstellung nach Bühler 2010, S. 11)

1 Einleitung

Nicht weniger bedeutend sind die Auswirkungen der CO2-Emissionen, die bei der Verwendung fossiler Brennstoffe entstehen. Als Treibhausgas ist CO2, seit Beginn der Industrialisierung, immer stärker in den Fokus als Ursache für die Erderwärmung gewandert. Dabei machen die Emissionen, die durch den Verkehr verursacht, werden lediglich ein Zehntel des Gesamtausstoßes aus. Fast die Hälfte allen CO2-Austoßes fällt auf die Energiewirtschaft zurück (siehe Abb. 1.1 S. 5). Folglich muss speziell im Energiesektor, jedoch auch im Verkehrsbereich ein Wechsel von fossilen zu erneuerbaren Energieträgern erfolgen (vgl. BÜHLER 2010, S. 11).

Ein einschneidender Moment der die Verfahren und die Geschwindigkeit der Erdölförderung beschleunigte war sicherlich die Ölkrise von 1973. Bis dahin wurde Gedanken- und sorgenlos gefördert und verbraucht ohne an die Endlichkeit dieser Ressource zu denken (vgl. WASKOW et al. 1998, S 5). Gleichzeitig warf dieses Ereignis die Frage und die Notwendigkeit nach alternativen Energieträgern auf. Der Begriff „Nachwachsende Rohstoffe“ wurde erstmalig in Verbindung mit alternativen Kraftstoffen verwendet um sich der Abhängigkeit von Erdöl zu entledigen und nachhaltige Lösungen für zukünftige Energieprobleme sowie für die Verringerung der Treibhausgasemissionen zu finden (vgl. BÜHLER 2010, S. 12).

In der Bundesrepublik Deutschland wurde zu diesem Zweck das Erneuerbare-Energien- Gesetz (EEG) im Jahr 2000 verabschiedet, welches zum Ziel hat die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern wie Erdöl, Erdgas, Kohle sowie von Kernkraft zu verringern und stattdessen die Netzbetreiber verpflichtet, Energie vorranging aus erneuerbaren Ressourcen zu produzieren (vgl. BMU 2010). Explizit ist darunter zu verstehen, dass bis 2020 der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch aus mindestens 30 % bestehen soll. Zu den erneuerbaren Energien gehören die Wasserkraft, Windkraft, solare Energie aus Photovoltaik, Geothermie sowie Energie aus Biomasse (vgl. BMU 2010).

Am Beispiel der Importkosten fossiler Energieträger wie Erdöl, Steinkohle, Erdgas oder Uran soll aufgezeigt werden, wie viel Kosten jährlich durch Bioenergie eingespart werden können. Der Umfang an Importkosten betrug 2009 in Deutschland rund 54 Mrd. €. Bei einem derzeitigen Energieversorgungsanteil von 10 % durch erneuerbare Energien waren das 5,4 Mrd. € Einsparungen (vgl. IfNE 2009 in ZILLER 2010, S. 6).

Die folgende Abbildung zeigt den Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2006.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.2: Primärenergieverbrauch in Deutschland (2006)

(Eigene Darstellung nach Bühler 2010, S. 18)

Der Anteil der erneuerbaren Energien stellt mit knapp 6 % einen relativ geringen Prozentsatz dar. Die Mineralöle, worunter aus Erdöl hergestelltes Benzin, Diesel und Heizöl zu verstehen sind, machen zusammen mit Erdgas und Kohle ca. 82 % des Gesamtenergieverbrauchs aus. Die nächste Abbildung zeigt den Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2010.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.3: Primärenergieverbrauch in Deutschland (2010)

(Eigene Darstellung nach AGEB 2011)

Zu erkennen ist, dass sich der Anteil der erneuerbaren Energien im Schnitt um 1 % pro Jahr gesteigert hat. Bleibt dieser Wachstumstrend bestehen, ist im Jahr 2020 mit einem Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch von ca. 20 % zu rechnen, was 10 % weniger wäre als die im EEG verankerten Zielsetzungen.

Da sich diese Arbeit vorranging auf die erneuerbaren Energien, speziell der Energie aus Biomasse bezieht, muss ein Fundament geschaffen werden, welches die Signifikanz der Energie aus Biomasse widerspiegelt, die schließlich den größten Anteil der erneuerbaren Energien ausmacht, wie die folgende Abbildung verdeutlicht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.4: Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland (2008) (Eigene Darstellung nach BMU 2009)

Deutlich wird welche Rolle die Energieerzeugung aus Biomasse spielt.

Im Laufe dieser Arbeit wird versucht den Begriff der nachwachsenden Rohstoffe näher zu beleuchten, verschiedene Ansätze und Formen der Energiegewinnung näher zu bringen, Effizienz zwischen In- und Output vorzustellen und etwaige Nachteile, wie z.B. Schadstoffemissionen bei der Produktion zu benennen.

2 Vorgehensweise

Ziel dieser Ausarbeitung ist eine möglichst objektive und kritische Bewertung der ökonomischen und ökologischen Aspekte der regenerativen Kraftstoffe Biodiesel, Biogas, Bioethanol und Biomass-to-Liquid im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen. Basierend auf einer kurzen Beschreibung verschiedener Nutzungsarten von nachwachsenden Rohstoffen wird zunächst auf die jeweiligen Kraftstoffe im Detail eingegangen. Dabei werden wirtschaftliche und ökologische Daten und Fakten aufgeführt um die Relevanz des Kraftstoffs im Markt einordnen zu können. Ferner werden die Herstellungsprozesse angeschnitten um anschließend eine Aussage über ökonomische und ökologische Aspekte treffen zu können.

Zum Schluss werden alle behandelten Kraftstoffe in einem Vergleich kritisch betrachtet, wobei eine Analyse über Potentiale und Schwächen sowie eine abschließende Bewertung vorgenommen wird.

3 Überblick Nachwachsende Rohstoffe

3.1 Allgemeines

Der Begriff der „Nachwachsenden Rohstoffe“ bezieht sich nicht ausschließlich auf die Produktion von Energie, sondern impliziert auch die Verwendung nachwachsender Rohstoffe für die stoffliche Nutzung. Die Ressource „Biomasse“ ist folglich ein sehr vielseitiges Gut, welches aus einer Vielzahl von Substanzen organischer Herkunft besteht (vgl. BÜHLER 2010, S. 21), welche da wären:

- pflanzliche und tierische Rückstände (z.B. Exkremente, abgestorbene Pflanzenteile)
- Totholz, Laub, Stroh
- Biomüll, Gülle
- Energiepflanzen als angebaute Nutzpflanze zur Energiegewinnung

Nicht als Biomasse gelten Stoffe die zwar organischer Herkunft sind, allerdings deren Schadstoffgehalte als zu hoch eingestuft werden, z.B. fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas oder Ölschiefer/Ölsande, sowie Torf, Altholz oder Pappe (vgl. KOPPE 2009, S. 16). Energie die aus speziell angebauten Energiepflanzen gewonnen wird, ist nichts anderes als die Nutzung von Sonnenenergie die zuvor von den Pflanzen mittels der Photosynthese gespeichert wurde.

Mit verschiedenen technologischen Verfahren lässt sich aus Biomasse Strom, Wärme oder Kraftstoff herstellen. Zudem ist es möglich mit speziellen Anlagen eine Kraft-Wärme- Kopplung (KWK) zu erzielen, welche den Gewinn von mechanischer Energie, die in elektrischen Strom umgewandelt wird und gleichzeitig die dabei entstehende Wärme für die Beheizung von Haushalten nutzbar macht. Zudem ist Bioenergie ein speicherfähiges Gut, da es sich als Holzpellet, Biogas oder Treibstoff speichern lässt und anders als die Windkraft wetterunabhängig ist. Dadurch ist Bioenergie grund- und spitzenlastfähig (vgl. BBE). Aufgrund der vielen Verwendungsmöglichkeiten und der Vielseitigkeit ist die Energie aus Biomasse der wichtigste Sektor im Rahmen der erneuerbaren Energien in Deutschland. Demnach standen 2007 rund 1,75 Mio. ha, was ca. 10 % der gesamten landwirtschaftlich genutzten Fläche in Deutschland ausmacht, für den Anbau von Energiepflanzen insbesondere dem Rapsanbau zur Verfügung (vgl. BMU).

3.2 Industriepflanzen

Industriepflanzen werden nur zur stofflichen Nutzung angebaut. Deren Inhalte können als Roh-, Hilfs-, Zusatz- oder Endstoffe industriell oder gewerblich verwendet werden (vgl. WASKOW et al. 1998, S. 11), ebenso wie in der Pharmaindustrie, als Bauprodukte oder in der Biotechnologie (vgl. BMELV). Die wichtigsten Industriepflanzen in Deutschland sind Raps, Mais, Getreide und Zuckerrüben. Die Anbaufläche für Industriepflanzen in Deutschland beträgt momentan ca. 13 % der Fläche, die für nachwachsende Rohstoffe zur Verfügung steht (vgl. BMELV).

Die nachfolgende Tabelle zeigt eine Übersicht verschieden genutzter Pflanzengruppen, die dafür verwendeten Pflanzenarten und die letztliche Verwendung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Übersicht Nachwachsende Rohstoffe

(Eigene Darstellung nach WASKOW et al. 1998, S. 10)

3.3 Energiepflanzen

Energetisch genutzte Pflanzen werden als Energiepflanzen bezeichnet, da ihr Zweck einzig in der Erzeugung von Energie besteht, sei es durch Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse oder Thermo-chemische Verfahren (vgl. BBE).

Eine grobe Übersicht der Verwertungsmöglichkeiten von Raps, Getreide, Zuckerrüben und Mais zeigt Abbildung 3.1.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.1: Übersicht Energiepflanzennutzung (vgl. MÜHLENHOFF: Renews Spezial 34/2011, S. 4)

Die Vorteile dieser Form der Energieerzeugung liegen auf der Hand. Zum einen trägt die Verwendung von Bioenergie zur Nachhaltigkeit der Energie- und Rohstoffversorgung bei, schont fossile Ressourcen und hinterlässt nicht wie Kernenergie, gefährlichen radioaktiven Abfall. Zum anderen trägt sie auch zum Klimaschutz und zur Minderung der CO2-Emissionen bei (vgl. FnR). Da Pflanzen bei der Photosynthese aus Wasser, Sonnenlicht und CO2 energiereiche Verbindungen wie Stärke, Traubenzucker und Zellulose herstellen (vgl. KOPPE 2009, S. 10), wird bei der Verbrennung von Biomasse kein zusätzliches Kohlenstoffdioxid freigesetzt, sondern lediglich der Teil der bei der Photosynthese gebunden wurde. Ergo ist Bioenergie weitgehend CO2 neutral (vgl. KOPPE 2009, S. 10).

Jedoch wird zum Anbau, Produktion und Umwandlung von Biomasse in Energie immer noch auf fossile Brennstoffe zurückgegriffen, wodurch nicht nur das Endresultat der sauberen Bioenergie berücksichtigt werden sollte, sondern auch der Weg dorthin. Gesamt bilanziell betrachtet bleiben die CO2-Emissionen von Bioenergieträgern weiterhin deutlich unter denen von fossilen Brennstoffen (vgl. FnR; KOPPE 2009, S. 10).

Einen weiteren Unterschied bezüglich der Schadstoffemissionen gibt es zwischen den sogenannten Biokraftstoffen der „ersten Generation“ und „zweiten Generation“. Zur ersten Generation gehören der Biodiesel, der aus Rapsöl gewonnen wird sowie Bioethanol. Aufgrund teilweiser langer und intensiver Transportwege und komplexen Umwandlungsprozessen wird die Schadstoffbilanz geschmälert. Im Vergleich zu normalem Diesel beträgt die CO2-Minderung trotzdem noch fast 70 % (vgl. FnR).

Ein großes Potential haben die Biokraftstoffe der zweiten Generation inne. Darunter sind Pflanzen zu verstehen, deren Rest- und Abfallstoffe, kurz: die gesamte Pflanze verwertet wird, was die effektive „Ausbeute“ stark erhöht (vgl. BÜHLER 2010, S. 23). Zur zweiten Generation gehören vorwiegend noch in der Entwicklung steckende Verfahren, wie das Biomass-to-Liquid Verfahren oder kurz BtL. Die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe definiert BtL folgendermaßen:

„ Biomass-to-Liquid" bezeichnet eine Prozesskette, die Biomasseüber die thermochemische Vergasung in Synthesegas (Gemisch aus CO und H2) und anschlie ß ende Synthese in flüssige Kohlenwasserstoffe umwandelt. Die so erzeugten biogenen Kohlenwasserstoffe können mit bekannten Prozessen der Erdölraffination zu marktfähigen Kraftstoffen wie Diesel nach EN 590 oder Benzin nach EN 228 aufgearbeitet werden “ (vgl. FnR) .

Einfach ausgedrückt: Getrocknete Biomasse wird vergast, gereinigt und mit einem synthetischen Gas vermischt und anschließend verflüssigt. Auf eine detaillierte Erläuterung der Verfahrensprozesse des BtL wird in Abschnitt 4.4.2 auf Seite 33 eingegangen.

[...]

Ende der Leseprobe aus 40 Seiten

Details

Titel
Kraftstoffe aus fossilen und regenerativen Quellen
Untertitel
Eine kritische Gegenüberstellung
Hochschule
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover  (Institut für Physische Geographie und Landschaftsökologie)
Note
2.0
Autor
Jahr
2011
Seiten
40
Katalognummer
V184694
ISBN (eBook)
9783656096306
ISBN (Buch)
9783656096139
Dateigröße
9373 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Bioenergie, Biokraftstoff, Regenerative Energie, Biogas, Bioethanol, Biodiesel, Nachhaltige Rohstoffe, Biomass to liquid, Klimaschutz, Fossile Kraftstoffe, Bewertung
Arbeit zitieren
Peter Roschmann (Autor), 2011, Kraftstoffe aus fossilen und regenerativen Quellen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/184694

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