Produktion und Nutzung von Bioethanol als Kraftstoffkomponente in Deutschland und der Europäischen Union

Diplomarbeit von Martin Kastenhuber

Einleitung:

Bevölkerungswachstum, fortschreitende Industrialisierung und Globalisierung führen zu einer stetigen Zunahme des weltweiten Energiebedarfs. Um diesen Energiehunger zu stillen wird die Expolration und Nutzung der natürlichen Erdöl- und Erdgasvorkommen extensiviert. Dabei nähern wir uns einem Punkt, wo der Energieverbrauch für Exploration außerhalb des Nahen Ostens größer ist als die Energie, die aus dem geförderten Öl gewonnen werden kann. Darüber hinaus verursacht die Nutzung von fossilen Energieträgern seit geraumer Zeit erhebliche ökologische Probleme. So wird sich nach Ansicht von Wissenschaftlern die Erde wesentlich stärker Erwärmen als bisher angenommen.

Für das Jahr 2007 erwarten Klimaforscher die höchsten Jahrestemperaturen seit Beginn der Wetteraufzeichnungen. Studien des Intergovermental Panel on Climate Change, die im Auftrag der Vereinten Nationen den Klimawechsel erforschen, kommen zu dem Schluss, dass sollte der Ausstoß von Treibhausgasen, hauptsächlich CO2, nicht sinken, die Temperaturen in den nächsten 100 Jahren um bis zu sechs Grad steigen werden.

Fast die Hälfte des weltweit geförderten Erdöls fließt in den Transportsektor. Nach Schätzungen der Vereinten Nationen wird sich die weltweite Automobilflotte von derzeit etwa 800 Mio. Pkw und Nutzfahrzeugen bis zum Jahr 2030 mehr als verdoppeln. Der Verkehrsbereich stellt also klimapolitisch die größte Herausforderung dar. Während Alternativen zu fossilen Energieträgern im Bereich der Wärme- und Stromerzeugung inzwischen erhebliche Marktanteile erreicht haben, werden Kraftstoffe bis heute noch fast ausschließlich aus Erdöl gewonnen. Mit der EU-Biokraftstoffrichtlinie, die bis zum Jahr 2010 einen Mindestanteil an Biokraftstoffen von 5,75 % festschreibt, wurde im Mai 2003 endlich der Grundstein für eine anhaltende europäische Förderung von Biokraftstoffen geschaffen. Unter anderem durch Einführung des Biokraftstoffquotengesetz (BioKraftQuG) zum 01.01.2007 versucht die Deutsche Bundesregierung den Verpflichtungen aus der EU-Richtlinie nachzukommen.

Gang der Untersuchung:

In dieser Arbeit wird der Frage nachgegangen, auf welche Weise, in welchem Ausmaß und mit welchen ökonomischen wie ökologischen Begleitumständen Bioethanol, ein aus Pflanzen gewonnener Alkohol, der auch als Treibstoff für Motoren Verwendung findet, herkömmliche Kraftstoffe ersetzen kann. Zusätzlich wird in einer eigenen empirischen Erhebung unter mehreren hundert Autofahrern ermittelt, wie weit dass Treibstoffsubstitut Bioethanol bei deutschen Autofahrern bekannt ist und auf welchen Grad der ideellen wie ökonomischen Akzeptanz es stößt.

Ausgehend von zunehmenden Preissteigerungen für mineralische Energieträger und der in Zukunft zu erwartenden Verknappung dieser Ressourcen, werden die gegenwärtig globalen, europäischen wie deutschen Strategien und Konzepte zur Treibstoffsubstitution mittels biogener Kraftstoffe untersucht. Neben den verschiedenen Technologien zur Alkoholgewinnung werden auch die finanziellen und preislichen Aspekte sowie die Raumansprüche der unterschiedlichen Konzeptionen behandelt. Darüber hinaus wird detailliert dargelegt, welche Akteure und unternehmerischen Einflussgruppen an den jeweiligen Realisierungsprozessen zur Bioethanolgewinnnung beteiligt sind und von welchen langfristigen Überlegungen sie dabei geleitet werden. Der regulative Einfluss sowie die Intentionen der jeweiligen supranationalen wie nationalen Gesetzgeber werden hierbei ebenfalls ausführlich berücksichtigt.

Ergebnisse und Interpretationen dieser Arbeit fußen auf der Recherche von knapp 150 verschiedenen und stets adäquaten Quellen. Lesbarkeit und Verständlichkeit der Arbeit werden durch einen präzisen Sprachstil sowie durch eine Vielzahl von Abbildungen, Tabellen und Begriffserkärungen unterstützt. Alle Abbildungen und Tabellen wurden vom Autor nach gleich bleibender Systematik selbst erstellt und genügen höchsten Ansprüchen an Übersichtlichkeit und Präzision. Sie ergänzen in jedem Fall sinnvoll den Text.

Inhaltsverzeichnis:

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Textprobe:

Kapitel 4.1.2, Konversionsprozess:

Da der Konversionsprozess vom späteren Verwendungszweck der Ethanolproduktion bestimmt wird, unterscheiden sich auch die Konversionskosten zum Teil erheblich. Der Gewinnungsprozess von Trinkalkohol ist beispielsweise wesentlich aufwendiger als der Prozess zur Gewinnung von Ethanol für Kraftstoffzwecke. Im Folgenden werden nur die Konversionsprozesse von Ethanol für Kraftstoffzwecke betrachtet. Bei der Herstellung des Zuckerrohsafts wird jedoch weitgehend auf die konventionellen Verfahren der Zuckerproduktion zurückgegriffen. Der Zuckergehalt der deutschen Zuckerrübenproduktion lag im 10-Jahres-Durchschnitt (1992 bis 2003) bei ca.17.

Nach der Anlieferung müssen die Rüben zunächst einmal gründlich gereinigt werden, bevor sie von Schneidemaschinen zerteilt werden. Die im Wurzelkörper gespeicherte Saccharose wird dann mit heißem Wasser im Gegenstromverfahren herausgelöst. Als Produkte erhält man die extrahierten Rübenschnitzel und eine als Rohsaft bezeichnete Flüssigkeit. Die Schnitzel werden weiter entwässert und das abgepresste Wasser wird dem Extraktionsprozess zurückgeführt. Übrig bleiben Press- und Trockenschnitzel und ein Rohsaft, der nach anschließender Pasteurisation für die Alkoholproduktion eingesetzt werden kann.

Da Zuckerrüben nur für etwa drei Monate im Jahr zur Verarbeitung zur Verfügung stehen, muss ein Großteil des Saftes eingelagert werden, um einen kontinuierlichen Anlagenbetrieb zu ermöglichen. Damit hierbei die notwendigen Volumina der Lagertanks nicht zu groß werden, wird der Rohsaft zum Dicksaft mit 68 % Trockensubstanz (davon mehr als 92 % Zucker) aufkonzentriert.

Der Zuckersaft kann dann, üblicherweise unter Zusatz von Hefen, vergoren werden. Aus der vergorenen Maische wird durch Destillation und anschließende Rektifikation eine Anreicherung des Alkohols von ca. 96 % erreicht. Ethanol und Wasser bilden bei dieser Konzentration ein Azeotrop, so dass eine weitere Konzentrationserhöhung unter atmosphärischen Bedingungen nicht mehr möglich ist. Zur Abtrennung des Wassers vom Ethanol wird ein Molekularsieb verwendet. Hierbei werden kristalline Aluminiumsilikate eingesetzt, welche die Eigenschaft besitzen kleinere Molekühle wie z.B. Wasser anzulagern. Als Endprodukt bleibt der reine Alkohol. Zusätzlich fällt bei dem gesamten Produktionsprozess auch eine Reihe von verwertbaren Koppelprodukten an.