Wie Biodiesel funktioniert

Biodiesel Justin Sullivan / Getty Images Nachrichten / Getty Images Bildergalerie für Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen

Foto mit freundlicher Genehmigung von Nebraska Soybean Board
Bus, der mit Sojabohnen-Biodiesel fährt. Siehe Bilder von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen.

Wenn Sie in letzter Zeit die Nachrichten gelesen oder gesehen haben, sind Sie wahrscheinlich auf einen Artikel, einen Ausschnitt oder einen Soundbite gestoßen, der sich auf Öl und Ölpreise bezieht. Selbst in Ihrer täglichen Routine besteht eine gute Chance, dass jemand dies erwähnt. Ob in den Bereichen Automobil, Wirtschaft, Geschichte, Geographie oder Politik - Öl hat es geschafft, in fast jeden Aspekt unseres täglichen Lebens einzudringen. Es ist eines der am meisten diskutierten (und umstrittensten) Waren, auf die sich Verbraucher täglich verlassen.

All dieses Gerede über Ölfunken interessierte sich weiterhin für Benzinalternativen. Dinge wie Elektroautos und Wasserstoffbrennstoffzellen werden als mögliche Alternativen zu Öl diskutiert. Wenn sich die Technologie verbessert, könnten diese Konzepte Realität werden. Aber was ist jetzt??

In der Mischung verloren sind die Biokraftstoffe, Brennstoffe aus biologischen Inhaltsstoffen anstelle von fossilen Brennstoffen. Diese Ausgangsbestandteile können je nach Art des hergestellten Kraftstoffs und Herstellungsverfahren von Mais über Sojabohnen bis hin zu tierischem Fett reichen.

In diesem Artikel werden wir uns das genauer ansehen Biodiesel, einer der wichtigsten Biokraftstoffe. Für den Anfang wäre es eine gute Idee, sich die Funktionsweise von Automotoren und Dieselmotoren anzusehen, um Hintergrundinformationen zu erhalten. Danach gehen Sie zurück und wir werden Biodiesel-Fakt von Fiktion trennen.

Im Allgemeinen ist Biodiesel eine Alternative oder ein Zusatz zu Standard-Dieselkraftstoff, der aus biologischen Inhaltsstoffen anstelle von Erdöl (oder Rohöl) hergestellt wird. Biodiesel wird normalerweise aus Pflanzen hergestellt Öle oder Tier Fett durch eine Reihe von chemischen Reaktionen. Es ist beides ungiftig und verlängerbar. Da Biodiesel im Wesentlichen aus Pflanzen und Tieren stammt, können die Quellen durch Landwirtschaft und Recycling wieder aufgefüllt werden.

Biodiesel ist sicher und kann in Dieselmotoren verwendet werden, ohne dass Änderungen erforderlich sind. Obwohl Biodiesel in seiner reinen Form verwendet werden kann, ist dies normalerweise der Fall gemischt mit Standard-Dieselkraftstoff. Mischungen sind durch die Abkürzung gekennzeichnet Bxx, wo xx ist der Prozentsatz an Biodiesel in der Mischung. Zum Beispiel ist die häufigste Mischung B20, oder 20 Prozent Biodiesel bis 80 Prozent Standard. So, B100 bezieht sich auf reinen Biodiesel.

Foto mit freundlicher Genehmigung des US-Energieministeriums
Biokraftstoffe wie Ethanol aus Mais und Biodiesel aus Sojabohnen unterstützen die amerikanische Landwirtschaft.

Biodiesel ist jedoch nicht nur ein Sammelbegriff. Es gibt auch eine formale technische Definition, die von ASTM International (früher bekannt als American Society for Testing and Materials), der Organisation, die für die Bereitstellung von Industriestandards verantwortlich ist, anerkannt ist. Nach Angaben des National Biodiesel Board (NBB) lautet die technische Definition von Biodiesel wie folgt:

ein Kraftstoff, der aus Monoalkylestern langkettiger Fettsäuren besteht, die aus pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten stammen und mit B100 bezeichnet sind und die Anforderungen von ASTM D 6751 erfüllen.

Das klingt etwas rau, ist aber viel vertrauter als Sie vielleicht denken - Sie begegnen diesen Fettsäuren jeden Tag. Wir werden sie im nächsten Abschnitt genauer betrachten.

Foto mit freundlicher Genehmigung des National Biodiesel Board Sojabohnen können zu Biodiesel verarbeitet werden.

Ein Teil dessen, was Biodiesel so attraktiv und interessant macht, ist, dass er aus zahlreichen natürlichen Quellen hergestellt werden kann. Obwohl tierisches Fett verwendet werden kann, Pflanzenöl ist die größte Quelle für Biodiesel. Sie haben wahrscheinlich einige davon in der Küche verwendet. Wissenschaftler und Ingenieure können Öle aus bekannten Kulturen wie Sojabohnen, Raps, Raps, Palmen, Baumwollsamen, Sonnenblumen und Erdnüssen zur Herstellung von Biodiesel verwenden. Biodiesel kann sogar aus recyceltem Kochfett hergestellt werden!

Allen Biodieselquellen ist gemeinsam, dass sie alle enthalten Fett in irgendeiner Form. Öle sind nur Fette, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Diese Fette oder Triacylglycerine (manchmal auch Triglyceride genannt) bestehen aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, die miteinander verbunden und in einem bestimmten Muster angeordnet sind. Diese Triacylglycerine sind ziemlich weit verbreitet. Neben pflanzlichen Haushaltsölen gibt es auch übliche Dinge wie Butter und Schmalz. Möglicherweise haben Sie eine Triglyceridzahl aufgelistet, wenn Sie bei einem Arzt waren und Blutuntersuchungen durchgeführt haben.

Eine Möglichkeit, diese Triacylglycerine zu visualisieren, besteht darin, sich ein Großbuchstaben "E" vorzustellen. Das vertikale Rückgrat dieses E bildet ein Molekül, das als Glycerin bekannt ist. Glycerin ist ein häufiger Bestandteil bei der Herstellung von Seifen, Pharmazeutika und Kosmetika. An dieses Glyceringerüst gebunden sind drei lange Ketten aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, die die horizontalen Elemente des E bilden. Diese werden Fettsäuren genannt.

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Wie gelangen diese Triacylglycerine in ein Auto, einen LKW oder ein Boot? Biodiesel ist kein reines Pflanzenöl. Obwohl in der Vergangenheit rohes Pflanzenöl zum Betreiben von Dieselmotoren verwendet wurde, hat es normalerweise Probleme verursacht. Das Rohfett oder Öl muss zuerst eine Reihe chemischer Reaktionen durchlaufen, um Kraftstoff zu werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Biodiesel herzustellen, aber die meisten Produktionsstätten stellen industriellen Biodiesel nach einem Verfahren her, das als Biodiesel bezeichnet wird Umesterung. Bei diesem Verfahren wird das Fett oder Öl zuerst gereinigt und dann mit einem Alkohol, üblicherweise Methanol (CH 3 OH) oder Ethanol (CH 3 CH 2 OH) in Gegenwart eines Katalysators wie Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH) umgesetzt. In diesem Fall wird das Triacylglycerin in Ester und Glycerin umgewandelt. Die verbleibenden Ester sind das, was wir dann Biodiesel nennen.

Ist das eine alte Nachricht? Im nächsten Abschnitt werden wir einen Teil der Geschichte und Motivation hinter der Biokraftstoffbewegung untersuchen.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Bob Allan Die derzeitige Biodieselproduktion in den USA wird hauptsächlich aus Öl aus solchen Sojabohnen oder aus recyceltem Speiseöl für Restaurants hergestellt.

Das Konzept der Biokraftstoffe ist überraschend alt. Rudolf Diesel, dessen Erfindung jetzt seinen Namen trägt, hatte sich Pflanzenöl als Kraftstoffquelle für seinen Motor vorgestellt. Tatsächlich drehte sich ein Großteil seiner frühen Arbeiten um die Verwendung von Biokraftstoff. Zum Beispiel demonstrierte Diesel 1900 auf der Weltausstellung in Paris, Frankreich, seinen Motor, indem er ihn mit Erdnussöl betrieb. In ähnlicher Weise erwartete Henry Ford, dass sein Modell T mit Ethanol, einem Maisprodukt, betrieben werden würde. Schließlich kam sowohl in Diesels als auch in Fords Fällen Erdöl ins Spiel und erwies sich als die logischste Kraftstoffquelle. Dies beruhte unter anderem auf Angebot, Preis und Effizienz. Obwohl dies nicht üblich war, wurden in den 1930er und 1940er Jahren auch Pflanzenöle für Dieselkraftstoff verwendet.

In den 1970er und 1980er Jahren wurde die Idee der Verwendung von Biokraftstoffen in den USA erneut aufgegriffen. Eines der wichtigsten Ereignisse ereignete sich 1970 mit der Verabschiedung des Luftreinhaltegesetzes durch die Environmental Protection Agency (EPA). Dies ermöglichte es der EPA, die Emissionsstandards für Schadstoffe wie Schwefeldioxide, Kohlenmonoxid, Ozon und Stickoxide (NOx) genauer zu regeln. Dies war der Grundstein für die Entwicklung sauberer Brennstoffe. Dies setzte auch Maßstäbe für Kraftstoffadditive.

Ereignisse in Übersee wie das arabische Ölembargo 1973-1974 und die iranische Revolution 1978-1979 sowie ein Rückgang der heimischen Ölproduktion trugen zu einem Preisanstieg bei. Laut der Energy Information Administration des US-Energieministeriums wurden die US-Rohölimporte während des Embargos um 30% gesenkt, und "der Weltmarktpreis für Rohöl stieg von rund 14 USD pro Barrel zu Beginn des Jahres 1979 auf über 35 USD pro Barrel in Januar 1981 vor der Stabilisierung. Die Preise fielen erst 1983 merklich, als sich der Weltmarktpreis zwischen 28 und 29 USD pro Barrel stabilisierte. "

Mit steigenden Erdölpreisen begannen die Forscher, sich anderswo umzusehen. Im August 1982 fand in Fargo, N. D., die erste internationale Konferenz über Pflanzen- und Pflanzenöle statt. Diese Konferenz befasste sich mit Fragen, die von den Kraftstoffkosten und den Auswirkungen von Pflanzenöl bis hin zu Kraftstoffadditiven und Extraktionsmethoden reichten.

1990 wurde das Gesetz über saubere Luft geändert und strengere Beschränkungen für Fahrzeugemissionen eingeführt. Mit der Änderung wurden Bestimmungen für Dinge wie einen erhöhten Sauerstoffgehalt in Benzin (der die Kohlenmonoxidemissionen senkt) und einen niedrigeren Schwefelgehalt in Dieselkraftstoffen eingeführt.

1992 verabschiedete die EPA das Energy Policy Act (EPACT). Ziel war es, die Menge an alternativem Kraftstoff zu erhöhen, die von den Transportflotten der US-Regierung verwendet wird, um die Abhängigkeit von ausländischem Öl zu verringern. Die EPACT-Änderung von 1998 beinhaltete die Verwendung von Biodieselkraftstoff in bestehenden staatlichen Dieselfahrzeugen als akzeptable Alternative zum Kauf von Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff oder AFV, wie im ursprünglichen EPACT festgelegt.

Mit all diesen Regeln und Vorschriften ist es verständlich, dass jede realisierbare Erdölalternative einen Lärm verursachen würde. Biodiesel ist jedoch kein perfekter Ersatz für Benzin. Wir werden uns in den nächsten Abschnitten mit den Vor- und Nachteilen befassen.

Biodiesel hat mehrere wesentliche Vorteile:

• Biodiesel ist umweltfreundlich.
• Dies kann dazu beitragen, die Abhängigkeit von ausländischem Öl zu verringern.
• Es hilft, den Motor selbst zu schmieren und den Motorverschleiß zu verringern.
• Es kann in fast jedem Diesel mit wenig oder keiner Motormodifikation verwendet werden.
• Es ist sicherer als herkömmlicher Diesel.

Eines der Hauptverkaufsargumente von Biodiesel ist seine Umweltfreundlichkeit. Biodiesel hat weniger Emissionen als Standarddiesel ist biologisch abbaubar, und ist ein verlängerbar Energiequelle.

Die Emissionskontrolle spielt eine zentrale Rolle im Biodiesel-Argument, insbesondere in rechtlichen Fragen. Es gibt einige Komponenten von Emissionen, die besonders schädlich sind und bei Wissenschaftlern, Gesetzgebern und Verbrauchern Anlass zur Sorge geben. Schwefel und seine verwandten Verbindungen tragen zur Bildung von saurem Regen bei; Kohlenmonoxid ist ein weithin anerkanntes Toxin; und Kohlendioxid trägt zum Treibhauseffekt bei. Es gibt auch einige weniger bekannte Verbindungen, die Anlass zur Sorge geben, wie polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), ringförmige Verbindungen, die mit der Bildung bestimmter Krebsarten in Verbindung gebracht wurden. Feinstaub (PM) hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit und unverbrannte Kohlenwasserstoffe tragen zur Bildung von Smog und Ozon bei.

Biodiesel reduziert gefährliche Emissionen. Von den derzeitigen Biokraftstoffen ist Biodiesel der einzige, der die Emissionsprüfung gemäß dem Luftreinhaltegesetz erfolgreich abgeschlossen hat.

Durchschnittliche Biodieselemissionen im Vergleich zu herkömmlichem Diesel
Emissionskomponente	B100	B20
Insgesamt unverbrannte Kohlenwasserstoffe	-67%	-20%
Kohlenmonoxid	-48%	-12%
Feinstaub	-47%	-12%
NOx	+10%	+2%
Sulfate	-100%	-20%
PAH	-80%	-13%
Quelle: National Biodiesel Board

Darüber hinaus kann B100 den CO2-Ausstoß um 78 Prozent und die krebserzeugenden Eigenschaften von Dieselkraftstoff um 94 Prozent senken (National Biodiesel Board, US-amerikanisches DOE-Büro für Verkehrstechnologien)..

Ein weiteres Merkmal von Biodiesel ist, dass es ist biologisch abbaubar, Dies bedeutet, dass es sich infolge natürlicher Wirkstoffe wie Bakterien zersetzen kann. Laut EPA wird Biodiesel viermal schneller abgebaut als herkömmlicher Dieselkraftstoff. Auf diese Weise wäre die Bereinigung im Falle einer Verschüttung einfacher und die Folgen wären nicht so beängstigend. Dies würde auch für Biodieselmischungen gelten.

Biodiesel könnte auch die Abhängigkeit der USA von importiertem Öl verringern und unsere Energiesicherheit erhöhen. Der meiste Biodiesel in den USA wird aus hergestellt Sojaöl, Das ist eine wichtige heimische Ernte. Da der Bedarf an US-Erdöl steigt und das weltweite Angebot sinkt, könnte ein erneuerbarer Kraftstoff wie Biodiesel bei ordnungsgemäßer Umsetzung einen Teil des US-Energiebedarfs senken.

Biodiesel trägt auch zur Schmierfähigkeit oder Bewegungsfreiheit eines Motors bei. Biodiesel wirkt als Lösungsmittel, das dazu beiträgt, Ablagerungen und andere Ablagerungen an den Innenseiten eines Motors zu lösen, die möglicherweise Verstopfungen verursachen können. Da reiner Biodiesel keine eigenen Ablagerungen hinterlässt, führt dies zu erhöhte Lebensdauer des Motors. Es wird geschätzt, dass eine Biodieselmischung von nur 1 Prozent die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs um bis zu 65 Prozent erhöhen könnte (US DOE Office of Transportation Technology)..

Biodiesel ist auch sicherer. Es ist ungiftig (ca. 10 mal weniger giftig als Speisesalz) und hat eine höherer Flammpunkt als herkömmlicher Diesel. Da es bei einer höheren Temperatur brennt, ist es weniger wahrscheinlich, dass es versehentlich verbrennt. Dies erleichtert die Anpassung an Bewegungs- und Lagerungsvorschriften. Als nächstes werden wir uns die Nachteile und die Zukunft von Biodiesel ansehen.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Paul Roessler
Mikroalgen, Organismen, aus denen ein dieselähnlicher Kraftstoff gewonnen werden kann: In den amerikanischen südwestlichen Wüsten kultivierte, von NREL entwickelte Mikroalgen können eines Tages große Mengen an Lipiden zur Umwandlung in Biodieselkraftstoff produzieren.

Natürlich ist nichts ohne Strafe, und Biodiesel hat seine Nachteile. Einige haben mit dem Kraftstoff selbst zu tun, andere mit dem Gesamtbild.

Eines der Probleme mit dem Kraftstoff selbst ist das Zunahme von NOx in Biodieselemissionen. Wenn Sie bei der Herstellung von Dieselkraftstoff die Partikelmenge in den Emissionen verringern, kommt es häufig zu einem entsprechenden Anstieg der Stickoxide, die zur Smogbildung beitragen. Obwohl ein Teil davon durch Einstellen des Motors selbst behoben werden kann, ist dies nicht immer möglich. Es werden Technologien erforscht, um die NOx-Mengen der Biodieselemissionen zu reduzieren.

Ein weiteres Problem ist das Verhalten von Biodiesel als Lösungsmittel. Obwohl diese Eigenschaft hilfreich ist, ist es eine Art zweischneidiges Schwert. Bei einigen älteren Dieselfahrzeugen (z. B. Autos, die vor 1992 hergestellt wurden) kann es zu Verstopfungen mit höheren Biodieselkonzentrationen kommen. Aufgrund seiner Fähigkeit, im Motor angesammelte Ablagerungen (die möglicherweise von altem Dieselkraftstoff stammen) zu lösen, kann Biodiesel dazu führen, dass sich der Kraftstofffilter mit den neu freigesetzten Ablagerungen verklemmt. Biodieselhersteller schlagen vor, die Kraftstoffpumpe kurz nach der Umstellung auf hochkonzentrierte Biodieselmischungen zu wechseln. Komponenten in diesen älteren Kraftstoffsystemen können ebenfalls beeinträchtigt werden. Biodiesel zersetzt neben Ablagerungen im Kraftstoffsystem auch Gummikomponenten. Einige Teile in älteren Systemen, wie z. B. Kraftstoffleitungen und Kraftstoffpumpendichtungen, können aufgrund ihres Gummis oder ihrer gummiartigen Zusammensetzung kaputt gehen. Dies wird normalerweise durch Ersetzen solcher Komponenten behoben. Obwohl viele Hersteller Biodiesel in ihre Garantien aufgenommen haben, besteht immer noch das Potenzial für Probleme. Weitere Informationen zu Biodiesel und Fahrzeuggarantien finden Sie im Biodiesel-Standard.

Auch bei einigen Motoren kann es geringfügig sein Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Leistung. Im Durchschnitt wird die Leistung um etwa 10 Prozent reduziert. Mit anderen Worten, es werden ungefähr 1,1 Gallonen Biodiesel benötigt, um 1 Gallone Standarddiesel zu entsprechen.

Die Hauptnachteile von Biodiesel hängen mit dem Gesamtbild zusammen, nämlich dem Markt und der damit verbundenen Logistik. Von diesen ist das wichtigste kosten. Laut EPA kann reiner Biodiesel (B100) zwischen 1,95 und 3,00 US-Dollar pro Gallone kosten, während B20-Mischungen durchschnittlich 30 bis 40 Cent mehr pro Gallone kosten als Standarddiesel. Dies alles hängt von Variablen wie dem verwendeten Ausgangsmaterial und den Marktbedingungen ab.

Das andere, vielleicht wichtigere Thema ist das von Menge und Verfügbarkeit. Obwohl Biodiesel nicht unbedingt in allen 50 Staaten hergestellt wird, kann er in allen Staaten zur Verfügung gestellt werden. Es gibt drei Hauptmethoden, um Biodiesel zu erhalten, wobei jede Methode für bestimmte Kundentypen besser geeignet ist. Biodiesel kann direkt beim Lieferanten, bei einem Erdölhändler oder bei öffentlichen Pumpen gekauft werden. Derzeit produzieren und vermarkten 19 NBB-Mitglieder Biodiesel in den USA. Um herauszufinden, wie Sie Biodiesel erhalten, wenden Sie sich an das National Biodiesel Board. Das Rechenzentrum für alternative Kraftstoffe verfügt außerdem über eine Suchfunktion, mit der Sie Tankstellen nach Stadt oder Bundesland suchen können.

Informationen zum Auffinden von Biodieselstationen außerhalb der USA erhalten Sie von Ihrer örtlichen Biokraftstoffagentur.

Wie viel verdienen wir? Angesichts der Anzahl verschiedener Produzenten (d. H. Bundes-, Privat-, Industrie-) und Erntequellen ist es schwierig, eine ordentliche Zahl anzugeben. Derzeit produzieren die USA ungefähr 75 Millionen Gallonen Biodiesel pro Jahr (National Biodiesel Board). Diese Produktion ist flexibel und kann je nach Bedarf erhöht oder verringert werden.

Unabhängig davon, ob es sich um das Rampenlicht von auffälligeren Technologien handelt oder nicht, wird Biodiesel sicherlich eine ständige Arbeit sein.

Derzeit ist der größte Biodieselmarkt Flottenfahrzeuge. Laut dem National Biodiesel Board gibt es in den USA über 100 solcher Flotten, die Biodiesel verwenden. Dazu gehören föderale und öffentliche Organisationen wie der US-Postdienst, die US-Luftwaffe, die US-Armee, die NASA, das US-Energieministerium, Duke Energy und Florida Power & Light. Viele öffentliche Verkehrsdienste setzen auch auf Biodiesel, um den Erdölverbrauch zu ergänzen. Stadtbusse wie die Cincinnati Metro verwenden ebenfalls Biodiesel. Mögliche zukünftige Ziele sind Bereiche wie Meeres- und Landwirtschaftsanwendungen sowie Hausheizung.

Mit zunehmendem öffentlichen Bewusstsein könnten Biodiesel und Biokraftstoffe im Allgemeinen leicht in Gespräche beim Abendessen gelangen. Die politische Unterstützung nimmt ebenfalls zu, und im Zuge von Gesetzen wie der EPACT-Änderung von 1998 werden alternative Kraftstoffquellen in nicht allzu ferner Zukunft eine Notwendigkeit sein.

Weitere Informationen zu Biodiesel, Biokraftstoffen und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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Weitere großartige Links

• Das National Biodiesel Board
• US-Energieministerium (DOE)
• DOE Energieeffizienz und erneuerbare Energie
• DOE Rechenzentrum für alternative Kraftstoffe
• DOE Energy Information Administration
• Planet Grün
• TreeHugger.com