Nicht zuletzt die Ölkrise in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts hat uns sehr deutlich unsere wirtschaftliche und auch soziale Abhängigkeit von den fossilen Energieträgern Erdöl und Erdgas vor Augen geführt. Auch in der heutigen Zeit mehren sich immer mehr die Stimmen, die vor einer zunehmenden Rohölverknappung in den nächsten Jahrzehnten und den daraus wohl rapide steigenden Preisen für fossile Brennstoffe warnen.
Hinzu kommt der immer noch steigende Ausstoß an Treibhausgasen durch die Verbrennung von Erdöl und dessen Derivaten. Als Paradebeispiel hierfür gilt sicherlich die CO2-Emission im Straßenverkehr. So wird damit gerechnet, dass die CO2-Emissionen in der EU im Verkehrsbereich in den Jahren 1990 - 2010 um 50 % auf ca. 1,113 Mrd. Tonnen steigen werde, wobei der Straßenverkehr für 84% des CO2-Ausstoßes verantwortlich sei.
Inhaltsverzeichnis
1 Vorwort
2 Kunst- und Verbundstoffe auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen
2.1 Biologisch abbaubare Kunststoffe aus Stärke
2.1.1 Thermoplastische Stärke und Verbundmaterialien mit Stärke
2.1.2 Laborversuch: Herstellung einer Stärkefolie
2.1.3 Stärke in Blends (Mischungen) mit anderen Polymeren
2.2 Verpackungen aus Polymilchsäure
2.2.1 Herstellung
2.2.2 Biologischer Abbau
3 Biogene Hydraulik- und Schmieröle
3.1 Chemischer Hintergrund
3.1.1 Naturbelassene Öle
3.1.2 Synthetische Ester
3.2 Diskussion der Vor- und Nachteile biogener Hydraulik- und Schmieröle
4 Kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen
4.1 „Biodiesel“
4.1.1 Herstellung
4.1.1.1 Gewinnung von reinem Rapsöl aus der Rapspflanze
4.1.1.2 Umesterung des im Rapsöl enthaltenen Fetts zu Fettsäuremethylester
4.1.2 Laborversuche zur basenkatalysierten Umesterung von Rapsöl
4.1.2.1 Versuche nach Versuchsanordunung A:
4.1.2.2 Versuche nach Versuchsanordung B:
4.1.3 Vergleich mit handelsüblichem Diesel
4.1.4 Auftretende Probleme in der Praxis
4.2 „Bioethanol“
4.2.1 Herstellung
4.2.2 Laborversuch zur Herstellung von „Bioethanol“
4.2.2.1 Gewinnung von Stärke aus Kartoffeln
4.2.2.2 Hydrolyse der Stärke durch verdünnte Salzsäure
4.2.2.3 Vergärung der Stärke zu Ethanol durch Einsatz von Hefepilzen
4.2.2.4 Abdestillation des entstandenen Alkohols
4.2.3 Vergleich mit handelsüblichem Benzin
5 Nachwort
Zielsetzung & Themen
Die Facharbeit untersucht die Möglichkeiten und Herausforderungen beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe als umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern und Kunststoffen. Im Zentrum steht die wissenschaftliche Analyse chemischer Produktionsprozesse sowie die praktische Erprobung der Herstellung von Biokunststoffen und Biokraftstoffen.
- Potenziale von Stärke und Polymilchsäure in der Kunststoffindustrie
- Chemische Grundlagen und Vorteile biogener Hydraulik- und Schmieröle
- Umesterungsprozesse zur Gewinnung von „Biodiesel“
- Fermentations- und Destillationsverfahren für „Bioethanol“
- Vergleich der Leistungsfähigkeit und Umweltbilanz biogener vs. konventioneller Stoffe
Auszug aus dem Buch
4.1.1.2 Umesterung des im Rapsöl enthaltenen Fetts zu Fettsäuremethylester
Bei der Herstellung von „Biodiesel“ wird das Verfahren der „Umesterung“ angewandt. Hierbei wird das Rapsöl durch Austausch des mit den Fettsäuren veresterten Alkohols Glycerin mit dem Alkohol Methanol (CH3OH) in 3 Fettsäuremethylester umgewandelt. Zusätzlich fällt neben den FSME noch Glycerin als weiteres Reaktionsprodukt an, da dieses ja durch 3 Moleküle Methanol ersetzt worden ist.
Die Umesterung kann sowohl auf säurekatalysiertem Weg als auch auf basenkatalysiertem Weg ablaufen. Allerdings bleibt anzumerken, dass die basenkatalysierte Reaktionsvariante viel schneller abläuft und somit für die massenhafte Herstellung von Fettsäuremethylestern ökonomisch weitaus sinnvoller ist. Zudem wirken Basen weniger korrosiv auf die verwendeten Materialien der Produktionsanlagen und -reaktoren als Säuren.
Aufgrund dessen soll an dieser Stelle nur der basenkatalysierte Reaktionsmechanismus genauer betrachtet werden [14, 15]: Für die Umesterung, die in Gleichgewichtsreaktionen abläuft, wird ein basischer Katalysator benötigt. Zum einen ist es möglich, ein Alkalihydroxid (wie NaOH) zu verwenden. Dieses reagiert in einer Vorreaktion mit Methanol (H3COH) zu einem einfach negativ geladenem Methanolat-Ion der Form H3CO−, wobei Wasser (=protonierter Katalysator) entsteht. Zum anderen ist es möglich, als Katalysator die Methanolat-Ionen in Form von z.B. Natriummethylat-Methanol-Lösung direkt beizugeben und auf die Vorreaktion zu verzichten.
Die Umesterung des Triglycerids erfolgt allerdings nicht in einem Zug komplett, sondern schrittweise, d.h. die drei Fettsäuren werden nacheinander einzeln vom Glycerin gelöst, sodass während des Reaktionsprozesses sowohl Diglyceride als auch Monoglyceride entstehen können, die noch zu weiteren Umesterungsreaktionen fähig sind.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Vorwort: Erläutert die wachsende Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und die Notwendigkeit, nachhaltige und umweltschonende Alternativen zu entwickeln.
2 Kunst- und Verbundstoffe auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen: Untersucht die Herstellung und Eigenschaften von biologisch abbaubaren Kunststoffen aus Stärke und Polymilchsäure.
3 Biogene Hydraulik- und Schmieröle: Analysiert den Einsatz von Pflanzenölen und synthetischen Estern als umweltverträgliche Schmierstoffe sowie deren technische Vor- und Nachteile.
4 Kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen: Dokumentiert detailliert die chemischen Prozesse und Laborversuche zur Herstellung von „Biodiesel“ und „Bioethanol“ sowie deren Vergleich mit fossilen Kraftstoffen.
5 Nachwort: Reflektiert die Potenziale zukünftiger Verfahren wie BTL und betont die gesellschaftliche Notwendigkeit eines Umdenkens in der Rohstoffnutzung.
Schlüsselwörter
Nachwachsende Rohstoffe, Biodiesel, Bioethanol, Umesterung, Stärkefolie, Polymilchsäure, Biogene Schmierstoffe, Fermentation, Säurehydrolyse, Nachhaltigkeit, Kohlenstoffdioxid, Umweltschutz, Katalyse, Rapsöl, Pflanzenfasern.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Facharbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Nutzung von einheimischen, nachwachsenden Rohstoffen als umweltfreundliche Alternative zu Produkten auf Erdölbasis, insbesondere in den Bereichen Kunststoffe, Schmieröle und Kraftstoffe.
Welches sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Schwerpunkte liegen auf der Entwicklung von Biokunststoffen (Stärke, Polymilchsäure), dem Einsatz von Bioölen in der Technik sowie der Herstellung von Kraftstoffen durch Umesterung oder Fermentation.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, die chemisch-technischen Hintergründe von Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren nachwachsender Rohstoffe darzulegen und deren Alltagstauglichkeit anhand von Praxisbeispielen zu prüfen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Autor setzt auf eine theoretische Auseinandersetzung mit chemischen Prozessen ergänzt durch eigene experimentelle Laborversuche, wie etwa die Herstellung einer Stärkefolie oder die basenkatalysierte Umesterung von Rapsöl.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Bereiche Kunststoffe, Schmieröle sowie Kraftstoffe, wobei jeweils der chemische Hintergrund, die Herstellung und die praktische Diskussion der Ergebnisse im Fokus stehen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Nachwachsende Rohstoffe, Biodiesel, Bioethanol, Umesterung, Biologische Abbaubarkeit und nachhaltige Ressourcennutzung.
Welche Herausforderungen bei der Herstellung von Biodiesel im Schullabor werden genannt?
Der Autor stellt fest, dass die Herstellung im kleinen Maßstab schwierig ist, da oft unklar bleibt, ob eine Umesterung oder eine unerwünschte Verseifung stattgefunden hat und der Nachweis der Produktqualität kompliziert ist.
Warum ist Ethanol derzeit nicht in Reinform in Ottomotoren einsetzbar?
Hauptgründe sind das schlechtere Kaltstartverhalten, die aggressive korrosive Wirkung gegenüber Dichtungen und Metallen sowie die notwendige Anpassung der Motorsteuerung.
- Arbeit zitieren
- Herbert Fackler (Autor:in), 2006, Nachwachsende einheimische Rohstoffe und ihre Verwendung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/270227
