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Regenerative Kraftstoffe

Regenerative Kraftstoffe. Experimentalvortrag von Jan Grosse Austing SS07. Gliederung. 1. Einleitung 2. Biodiesel 3. Bioethanol 4. BtL-Kraftstoffe (Fischer-Tropsch) 5. kurzes Fazit 6. Schulrelevanz. 1. Einleitung. Regenerative Energien zurzeit kontrovers diskutiert 1) Erdölverknappung

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Presentation Transcript

  1. Regenerative Kraftstoffe Experimentalvortrag von Jan Grosse Austing SS07

  2. Gliederung 1. Einleitung 2. Biodiesel 3. Bioethanol 4. BtL-Kraftstoffe (Fischer-Tropsch) 5. kurzes Fazit 6. Schulrelevanz

  3. 1. Einleitung Regenerative Energien zurzeit kontrovers diskutiert 1) Erdölverknappung 2) Klimawandel

  4. 1. Einleitung Anteil Verkehr an Emissionen von Treibhausgasen Kraftwerke (43 %) Haushalte (15 %) Verkehr (20 %) Gewerbe, Handel, Dienstleistungen (7 %) Industriefeuerungen (15%)

  5. 1. Einleitung • Interesse an Regenerativen Kraftstoffen („Biosprit“) groß • dazu zählen: Biodiesel, Bioethanol, BtL-Kraftstoffe, Biowasserstoff, Biomethanol, Biogas u.a.

  6. 2. Biodiesel

  7. 2. Biodiesel • Biodiesel ist ein Gemisch von Fettsäuremethylestern (bei Herstellung aus Raps: Rapsölmethylester (RME)) • Rapsöl: besteht aus Triglyceriden, Gewinnung aus Rapssamen

  8. 2. Biodiesel im Rapsöl veresterte Fettsäuren hauptsächlich: • Ölsäure (C18:1; 50-65 %) • Linolsäure (C18:2; 15-30 %) • Linolensäure (C18:3; 5-13 %)

  9. Versuch 1Herstellung von Biodiesel

  10. 2. Biodiesel Reaktionsgleichung:

  11. 2. Biodiesel Mechanismus:

  12. 2. Biodiesel

  13. 2. Biodiesel • Umesterung ist eine Gleichgewichtsreaktion (ca. 25 % nicht-umgesetztes Rapsöl in Versuch 1) • industriell: CD-Verfahren (continuously deglycerolizing)

  14. 2. Biodiesel Warum Umesterung? • Absenkung der Cetanzahl (Maß für die Zündwilligkeit) • RME hat geringere Viskosität als Rapsöl

  15. Demo 1Vergleich der Viskositäten

  16. 2. Biodiesel • Literaturwerte:

  17. Demo 2Verbrennung von Diesel bzw. Biodiesel

  18. 2. Biodiesel Zwischenbilanz Vorteile Biodiesel gegenüber Diesel • regenerativ (je nach Quelle 30-80 % CO2-Verringerung) • Verringerung Ruß-Emissionen (bis zu 50 %) • Biodiesel ist schwefelarm • Biodiesel besser umweltverträglich

  19. 2. Biodiesel Nachteile Biodiesel gegenüber Diesel • geringerer Heizwert als Diesel • in Biodiesel kann sich Wasser lösen → Korrosionsprobleme • teure Herstellung

  20. 3. Bioethanol

  21. 3. Bioethanol • Verwendung von Bioethanol als Treibstoff - rein - in Gemischen mit Benzin, z.B. a) bis 5 Vol.-% schon heute in Deutschland im Otto- Kraftstoff möglich b) E85 (85 Vol-% EtOH, 15 Vol-% Benzin)

  22. 3. Bioethanol Ethanol-Produktion 1. Vergärung von zucker- bzw. stärkehaltigen Pflanzen - evtl. Spaltung der Stärke - Vergärung

  23. 3. Bioethanol 2. Destillation → hochprozentiges Ethanol (bis max. 97 Vol - % EtOH, azeotropes Gemisch mit Wasser)

  24. 3. Bioethanol 3. Absolutierung als Treibstoff wird 99,5-99,8 %iger Alkohol benötigt, letzter Wasserentzug durch a) Schleppmittelverfahren b) Membranverfahren c) Molekularsiebverfahren

  25. 3. Bioethanol Versuch 2Wasserentzug durch Molekularsieb

  26. 3. Bioethanol • Bestimmung des Ethanolanteils mithilfe einer Dichtetabelle

  27. 3. Bioethanol • „Molekularsieb“ ist ein Zeolith ( = Alumosilikat mit großer innerer Oberfläche und „Käfigen“) • → Adsorption von Wasser • Molekularsieb 3A ist ein Zeolith A mit Kalium als Gegenion

  28. Erträge von Ethanol [L/ha] 3. Bioethanol

  29. 3. Bioethanol 2.-größter Bioethanol-Produzent: Brasilien - 34 % der Weltproduktion (2006) - 40 % des Kraftstoffbedarfs durch Ethanol gedeckt - 50 % aller PKW fahren mit E85

  30. Versuch 3Explosion eines E85-Luftgemisches

  31. 3. Bioethanol analoge Explosion findet im Otto-Motor statt: Benzin (Hautbestandteil Alkane, n ≈ 5-11): Ethanol:

  32. 4. BtL-Kraftstoffe

  33. 4. BtL-Kraftstoffe • BtL (Biomass to Liquid) -Kraftstoffe: - synthetische Kraftstoffe - ausgehend von Synthesegas (Gemisch von CO/H2, aus Kohle oder Holz, neuerdings auch Biomasse aller Art) • Synthese von Kohlenwasserstoffen nach der Fischer-Tropsch-Synthese (1925)

  34. 4. BtL-Kraftstoffe • bereits im 2. Weltkrieg zur Treibstoffversorgung angewendet, Synthesegas aus Kohle • heutige Bestrebungen: Synthesegas aus nachwachsenden Rohstoffen (Holz, andere Biomasse)

  35. Versuch 4Holzvergasung

  36. 4. BtL-Kraftstoffe wichtigste Holzbestandteile • Cellulose (35 %) • Hemicellulose (20 %) • Lignin (20 %) (unregelmäßiges Phenol-Polymer) • Wasser (25 %) Polysaccharide

  37. 4. BtL-Kraftstoffe • unter Luftausschluss wird Holz zu a) Holzgas (gasförmig) b) Holzgeist (flüssig) c) Holzkohle/Holzteer (fest) pyrolysiert • die Holzvergasung kann wie folgt beschrieben werden:

  38. Versuch 5Fischer-Tropsch-Synthese

  39. 4. BtL-Kraftstoffe H2 CH4 „Einspritz“-Peak

  40. 4. BtL-Kraftstoffe • Reaktionsgleichung hier : 4 mol Gas 2 mol Gas (bzw. ≈ 1 mol Gas, wenn H2O(l))

  41. 4. BtL-Kraftstoffe • allgemeine Reaktionsgleichung der Fischer-Tropsch-Synthese (Hauptprodukt: n-Alkane): • hier eigentlich nur Vorgänger-Reaktion der FTS, da kein Kettenwachstum

  42. 4. BtL-Kraftstoffe (möglicher) Mechanismus der Reaktion:

  43. 4. BtL-Kraftstoffe • typische Zusammensetzung eines Fischer-Tropsch-Synthese-Produktgemisches C10 -C21 (≈ 60 %)

  44. 4. BtL-Kraftstoffe Franz Fischer in seinem Labor (1918)

  45. 5. Kurzes Fazit • fossile Kraftstoffe werden mittel- bis längerfristig knapper • Biokraftstoffe besserer CO2-Gesamthaushalt als fossile Kraftstoffe, gewisse Emissionen vorteilhafter als bei fossilen Kraftstoffe • aber kein „geschlossener“ CO2-Kreislauf

  46. 5. Kurzes Fazit

  47. 5. Kurzes Fazit • Herstellungskosten der Kraftstoffe [in €/L Kraftstoffäquivalent] *Nettopreis bei 61 Dollar je Barrel Rohöl (Brent)

  48. 5. Kurzes Fazit • Biotreibstoffe oft mit Nahrungsmittelproduktion eng verkettet (z.B. Anstieg des Weltmarktpreises von Mais um 80 % in 2006 → Massendemonstrationen in Mexiko wegen Preisanstieg für Zutat Maismehl für Volksspeise Tortilla)

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