Pack den Tiger in den Tank – aber welchen?
VDI nachrichten, Düsseldorf, 8. 9. 06, wop – An den Tankstellen wächst die Anzahl unterschiedlicher Kraftstoffarten. Neben den herkömmlichen Sorten werden Alternativen wie Autogas, Erdgas und Biodiesel angeboten. Seit kurzem wird an einer Station im Wendland sogar Biogas verkauft. Wasserstoff, ob gasförmig oder flüssig, gehört als Flottenversorgung dazu. In der Zukunft wird sich das Angebot erweitern. Welcher der im folgenden aufgeführten Kraftstoffe weiter in die Autotanks fließt bzw. fließen wird, entscheidet sich in den nächsten 15 Jahren.
Herkömmliche Kraftstoffe
Knapp 29 Mio. t Diesel- und rund 23 Mio. t Ottokraftstoffe wurden in Deutschland 2005 von der Mineralölwirtschaft abgesetzt. Diese „Urkraftstoffe“ gibt es in unterschiedlichen Qualitäten.
Ottokraftstoffe: (Dichte: 0,71 kg/l bis 0,78 kg/l, Brennwert 42,7 MJ/kg bis 43,5 MJ/kg) Bei ihnen zählt die Oktanzahl, an der sich die Klopffestigkeit ablesen lässt. Je höher sie ist, desto geringer die Neigung der Selbstentzündung. In Deutschland wird die Research Oktanzahl (ROZ) ermittelt, die an einem definierten Referenzkraftstoff gemessen wird. Laut DIN EN 228 müssen haben mind.: Normalbenzin ROZ 91 Superbenzin ROZ 95 Super Plus ROZ 98.
Dieselkraftstoffe: (Dichte: 0,815 kg/l bis 0,85 kg/l, Brennwert: 42,5 MJ/kg). Bei ihnen ist die Cetanzahl (CZ) entscheidend, sie steht für die Zündwilligkeit. Für optimalen Betrieb (Laufruhe, Emissionsminderung etc.) sind CZ-Werte größer 50 wünschenswert: Diesel: > 51, Super Diesel: > 55.
Premiumkraftstoffe werden von einigen Herstellern angeboten, die u. a. gegen Ablagerungen im Brennraum vorbeugen und sie beseitigen sollen: etwa Aral Ultimate und Shell V-Power (ROZ 100) sowie Ultimate- bzw. V-Power-Diesel (CZ > 60).
Alternativkraftstoffe fossilen Ursprungs
Erdgas: Compressed Natural Gas (CNG) besteht v. a. aus Methan. An aktuell knapp 700 Tankstellen in Deutschland wird es durchschnittlich für 82 Cent/kg angeboten. 1 kg CNG entspricht etwa 1,5 l Benzin bzw. 1,3 l Diesel. CNG ist auf 200 bar komprimiert (sonst nur 0,036 MJ/l Energiedichte). Zurzeit sind hierzulande 30 500 (bivalente) Erdgasfahrzeuge registriert. ROZ = 130 (Dichte: 0,79 kg/m3 bis 0,83 kg/m3, Brennwert: 48,5 MJ/kg).
Autogas: Flüssiggas (Liquified Petroleum Gas – LPG) besteht aus Propan-Butan-Gemischen und ist ein Nebenprodukt der Mineralölproduktion. ROZ: 105 – 115 (Dichte: = 0,56 kg/m3, Brennwert 49 MJ/kg). Es kostet an ca. 1600 deutschen Tankstellen um 60 Cent/l. Aktuell sind in Deutschland rund 40 000 LPG-Fahrzeuge gemeldet.
Gas-to-Liquid (GtL): Kraftstoff, der per Fischer-Tropsch-Verfahren aus Erdgas gewonnen wird. Er wird noch nicht in Reinform angeboten. Shell mischt GtL dem Premiumbenzin V-Power (ROZ 110) bei. Diverse GtL-Anlagen sind weltweit geplant.
Methanol: In Kalifornien fahren über 15 000 Autos mit M85-Gemisch (85 % Methanol, 15 % Benzin). Methanol wird bisher meist aus Erdgas erzeugt, teilweise auch aus Biomasse. Methanol kann auch in Direkt-Methanol-Brennstoffzellen eingesetzt werden oder, wie hierzulande, zur Herstellung des Oktanzahlverbesserers Methyl-tert-butylether (MTBE), der Ottokraftstoffen beigemischt wird. Methanol spielt auch bei der Veresterung von Biodiesel eine zentrale Rolle.
Biokraftstoffe der 1. Generation
Biodiesel: Der Kraftstoff ist kein Bioprodukt (wie alle anderen auch), sondern Rapsmethylester (RME), und durch DIN EN 14214 der einzige genormte „Bio“-Kraftstoff (Dichte: 0,88 kg/l, Brennwert: 37,1 MJ/kg, CZ 54 – 58). Die Produktionskapazität beträgt in Deutschland 2 Mio. t/a – bis Ende 2006 werden 3 Mio. t/a erwartet. Etwa 700 000 t RME mischte die Mineralölindustrie 2005 fossilem Diesel bei (5 % RME = B5). Das Flächenpotenzial für den Rapsanbau gilt hierzulande als erschöpft.
Bioethanol: (Dichte: 0,79 kg/l, Brennwert: 26,8 MJ/kg, ROZ: 111). Deutsche Produktionskapazität beträgt aktuell 500 000 t/a und wird hierzulande zum Oktanzahlverbesserer Ethyl-tert-butylether (ETBE) verarbeitet und Ottokraftstoffen beigemischt. Erste Tankstellen bieten E85 (85 % Ethanol, 15 % Benzin) für speziell modifizierte Autos an – z. B. Flexible Fuel Vehicles (FFV) von Ford und Volvo. In den USA, in Schweden und vor allem in Brasilien ist Bioethanol weit verbreitet. Bioethanol aus Getreide und Zuckerrüben ist in der Herstellung in Europa etwa doppelt so teuer wie die aus Zuckerrohr in Brasilien.
Biogas: (Dichte: 0,79 kg/m3 bis 0,83 kg/m3, Brennwert: 48,5 MJ/kg, ROZ = 130). Es entspricht nach Aufbereitung chemischem Erdgas und wird auf 200 bar komprimiert. Seit Juni gibt es in Deutschland die erste Biogastankstelle, die das Gas für 79,9 Cent/kg verkauft. (Vorteil: Biogas bringt mit 178 GJ/ha weit höhere Energieerträge als Biodiesel mit nur 51 GJ/ha.)
Dimethylether: Das Gas lässt sich sehr viel leichter als Erdgas handhaben und in Dieselmotoren ohne Wirkungseinbuße einsetzen. (Dichte: 1,97 kg/m³, Brennwert: 37,6 MJ/kg, CZ 55 – 60). Volvo erforscht den Einsatz in Nutzfahrzeugen. DME wird aus Erdgas produziert, kann aber auch aus Biomasse und Abfällen der Papierindustrie hergestellt werden.
Biokraftstoffe der 2. Generation
Biomass-to-Liquid (BtL): Beispielsweise Dieselkraftstoff aus Biomasse (Dichte 0,76 kg/l bis 0,79 kg/l, Brennwert: 43,9 MJ/kg, CZ 9 70). Im Verfahren der Firma Choren wird Biomasse (Holz, Stroh, Reststoffe etc.) im mehrstufigen Prozess in ein Synthesegas überführt, das dann mit einem weiterentwickelten Fischer-Tropsch-Verfahren in maßgeschneiderte Flüssigkraftstoffe gewandelt werden soll. Vorteile: hohe Energieerträge (138 GJ/ha), gute CO2-Bilanz, breite Rohstoffbasis, hohe Kraftstoffqualität. Erste Großversuchsanlage (200 000 t/a) von Choren und Shell soll 2009 laufen.
BtL-Pyrolyseverfahren: Bei der Flash-Pyrolyse wird Biomasse unter Sauerstoffausschluss sehr schnell erhitzt (ca. 475 °C). Entstehende Pyrolyseprodukte werden schnell abgekühlt und kondensieren zu einer rötlich-braunen Flüssigkeit (Slurry) mit etwa der Hälfte des Heizwertes konventionellen Heizöls. Das Forschungszentrum Karlsruhe baut aktuell eine dreistufige Pilotanlage: 1. Pyrolyse, 2. Vergasung des Slurrys, 3. Umwandlung zu Synthesegas als Ausgangsstoff für synthetische Kraftstoffe.
Bioethanol: Alkohol aus Lignozellulose (Stroh, Holz, Rinde, landwirtschaftliche Abfälle) wird in mehrstufigen thermischen, chemischen und enzymatischen Verfahren in Glucose aufgebrochen und fermentiert. Forschungsschwerpunkte in Kanada, Schweden und den USA. Die Kanadische Firma Iogen betreibt die erste Pilotanlage. Das EU Projekt „Nile“ vereint Industrie, Forschungseinrichtungen und Verbände. Mit 25 GJ/ha resultiert ein geringer Energieertrag, aber geerntetes Korn ist zu berücksichtigen.
Wasserstoff
Energieträger der Zukunft wird Wasserstoff genannt: (Dichte: 0,09 kg/m3, Brennwert: 120 MJ/kg). H2 kann in Brennstoffzellen und Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Heute beträgt die Weltproduktion rund 600 Mrd. m3 (ca. 45 Mio. t) – 48 % Erdgas (Dampfreformierung), 30 % Öl, 18 % Kohlevergasung, 4 % Wasser (Elektrolyse). Auch die Umwandlung von Bioenergie in H2 ist denkbar. Die USA setzen auf Kernkraft, um Wasserstoff für Verkehr zu erzeugen. Laut Daimler- Chrysler reichen 1 % der heutigen Weltproduktion aus, um 1 Mio. Brennstoffzellenautos zu betreiben. PT/WOP
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