Die Frage „Was ist Biodiesel?“ wird mehr denn je gefragt. Man hört es beim Abendessen. Man sieht es in der Politik. Es ist überall. Öl kontrolliert zu viel von unserem Leben. Wenn die Preise steigen, explodiert das Interesse an Alternativen. Jeder möchte aus dem Laufband mit fossilen Brennstoffen aussteigen. Elektroautos bekommen den Ruhm. Wasserstoff-Brennstoffzellen bekommen den Hype. Aber Biokraftstoffe sind immer noch im Spiel.
Diese Treibstoffe kommen nicht aus der Erde. Sie kommen aus der Biologie. Altpflanzliches Öl. Sojabohnen. Tierisches Fett. Die Zutaten variieren. Der Prozess ist chemisch. Das Ergebnis ist eine sauberere Verbrennung.
Wir müssen das Marketing abschaffen. Schauen wir uns die Wissenschaft an. Wie funktioniert dieses Zeug eigentlich in einem Tank?
Biodiesel ist eine erneuerbare, ungiftige Alternative zu Erdöldiesel, die durch chemische Reaktionen mit Pflanzenölen oder tierischen Fetten hergestellt wird.
Biodiesel ist keine Zauberei. Es ist Chemie. Standarddiesel wird aus Rohöl hergestellt. Biodiesel stammt aus nachwachsenden Rohstoffen. Pflanzen und Tiere ergänzen diese Quellen. Landwirtschaftliche Zyklen. Recyclingströme. Es ist kreisförmig.
Der Kraftstoff selbst ist sicher. Es ist ungiftig. Es vergiftet den Boden nicht wie manche ausgelaufenes Erdöl. Aber Sicherheit ist nicht der einzige Vorteil. Leistung zählt.
Moderne Dieselmotoren kommen gut mit Biodiesel zurecht. Sie müssen Ihren Motor nicht zerlegen, um ihn zu verwenden. Änderungen sind minimal. Oft werden überhaupt keine benötigt.
Mischungen sind die Norm. Es gibt reinen Biodiesel. Es heißt B100. Aber die meisten Leute verwenden Mischungen. Das System verwendet „B“, gefolgt von einer Zahl. Diese Zahl gibt den Anteil an Biokraftstoff an.
B20 ist der Standard. Das sind 20 % Biodiesel und 80 % Mineralöldiesel. Es ist weit verbreitet. Es funktioniert in den meisten LKWs. Es sind keine neuen Düsen erforderlich.
B100 ist reines Zeug. Es ist stark. Es ist sauber. Aber es kommt seltener vor. Die Lagerung wird knifflig. Es treten Probleme bei kaltem Wetter auf. Dennoch ist es für Enthusiasten der heilige Gral der Biokraftstoffe.
Warum bei 20 % aufhören? Warum nicht All-In gehen?
Die Antwort liegt in der Infrastruktur. Mischungen schließen die Lücke. Sie ermöglichen es uns, saubereren Kraftstoff zu verwenden, ohne die Lieferkette zu überarbeiten. Sie sorgen dafür, dass die Motoren reibungslos laufen, während wir den Rest erledigen.
Biodiesel ist nicht nur ein Nischeninteresse. Es ist ein praktischer Schritt. Eine Möglichkeit, die Abhängigkeit von volatilen Ölmärkten zu verringern. Eine Möglichkeit, etwas zu verbrennen, das tatsächlich gewachsen ist.
Aber ist es besser? Oder einfach anders?
Als nächstes werden wir uns mit den Spezifikationen befassen. Die Zahlen lügen nicht.
Biodiesel ist nicht nur ein loser Überbegriff. Es gibt eine harte technische Definition, die von ASTM International anerkannt wird. Dabei handelt es sich um dieselbe Organisation, die früher als American Society for Testing and Materials bekannt war. Sie setzen die Branchenstandards. Das National Biodiesel Board (NBB) zitiert diese Definition eindeutig.
Biodiesel ist ein Kraftstoff, der aus Monoalkylestern langkettiger Fettsäuren besteht. Diese stammen aus pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten. Es trägt die Bezeichnung B100. Es muss die Anforderungen von ASTM D 6751 erfüllen.
Das klingt hart. Es ist Fachjargon. Aber es ist vertrauter als Sie denken. Diese Fettsäuren begegnen Ihnen täglich. Wir betrachten sie im nächsten Abschnitt.
Fette und Biodiesel
Der Reiz von Biodiesel liegt in seiner Flexibilität bei der Beschaffung. Während tierische Fette funktionieren, dominieren pflanzliche Öle die Rohstofflandschaft. Wahrscheinlich haben Sie gerade mehrere davon in Ihrer Speisekammer. Soja-, Raps-, Raps-, Palm-, Baumwollsamen-, Sonnenblumen- und Erdnussöl sind geeignete Kandidaten für die Umstellung. Sogar recyceltes Speisefett von lokalen Gästen kann wiederverwendet werden.
Der verbindende Faktor in all diesen Quellen ist Fett. Insbesondere enthalten sie Triacylglycerine (auch als Triglyceride bekannt). Diese Moleküle bestehen aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, die in einem bestimmten Strukturmuster angeordnet sind. Sie beschränken sich nicht nur auf Speiseöl. Auch Butter und Schmalz enthalten sie. Wenn Sie jemals in der Arztpraxis eine Lipidanalyse überprüft haben, haben Sie im Laborbericht die Triglyceridwerte gesehen.
Um die Molekülstruktur zu veranschaulichen, stellen Sie sich ein großes „E“ vor. Das vertikale Rückgrat des E ist ein Glycerin -Molekül. Glycerin ist ein Standardbestandteil von Seifen, Kosmetika und Pharmazeutika. An diesem Rückgrat sind drei horizontale Stangen befestigt. Dabei handelt es sich um Fettsäuren, lange Ketten aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen.
„Text
HHH
\ / | \ /
C—C—C
| | |
O O O
| | |
C=O C=O C=O
| | |
H-C-H …
„
Aber rohes Pflanzenöl gelangt nicht direkt in den Tank. Obwohl frühe Dieselmotoren technisch gesehen mit Rohöl betrieben werden konnten, waren die Ergebnisse durcheinander. Unraffiniertes Fett verursacht betriebliche Kopfschmerzen. Das Öl muss einer chemischen Modifikation unterzogen werden, bevor es zu einem brauchbaren Kraftstoff wird. Die meisten Industrieanlagen verwenden einen Prozess namens Umesterung.
So funktioniert die Biodieselproduktion. Das Öl wird zunächst gereinigt. Anschließend wird es mit einem Alkohol, typischerweise Methanol oder Ethanol, umgesetzt. Ein Katalysator wie Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid beschleunigt die Reaktion. Durch diesen chemischen Austausch wird das Triacylglycerin abgebaut. Es trennt sich in Ester und Glycerin. Die Ester sind das, was wir Biodiesel nennen. Das Glycerin ist ein Nebenprodukt.
Die Ursprünge der Verwendung von Biokraftstoffen
Die Idee ist nicht neu. Rudolf Diesel, der Namensgeber des Motors, hatte ursprünglich Pflanzenöl als primäre Kraftstoffquelle vorgesehen. Ein Großteil seiner frühen Entwicklungsarbeiten konzentrierte sich auf Biokraftstoffe. Auf der Weltausstellung 1900 in Paris demonstrierte Diesel seinen mit Erdnussöl betriebenen Motor. Henry Ford rechnete auch damit, dass sein Modell T mit aus Mais gewonnenem Ethanol betrieben werden würde.
Erdöl setzte sich schließlich durch. Es bot bessere Lieferketten, niedrigere Preise und eine höhere Effizienz. Dennoch wurden Pflanzenöle in den 1930er und 1940er Jahren nur begrenzt verwendet.
Die 1970er und 1980er Jahre brachten das Konzept in den Vereinigten Staaten wieder in den Vordergrund. Der Clean Air Act von 1970 ermächtigte die EPA, die Emissionsstandards zu verschärfen. Die Regulierungsbehörden haben Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Ozon und Stickoxide im Visier. Dieses regulatorische Umfeld erforderte sauberer verbrennende Kraftstoffe und neue Kraftstoffzusätze.
Die Geopolitik spielte eine große Rolle. Das arabische Ölembargo von 1973 bis 1974 und die iranische Revolution von 1978 bis 1979 unterbrachen die Versorgung. Die heimische Produktion konnte nicht mithalten. Die US-Rohölimporte gingen während des Embargos um 30 % zurück. Die Preise stiegen. Der Weltmarktpreis für Rohöl stieg von rund 14 US-Dollar pro Barrel Anfang 1979 auf über 35 US-Dollar im Januar 1981. Die Preise stabilisierten sich erst 1983 und schwankten zwischen 28 und 29 US-Dollar pro Barrel.
Forscher begannen, nach Alternativen zu suchen. Im August 1982 fand in Fargo, North Dakota, die erste internationale Konferenz über Pflanzen- und Pflanzenöle statt. Die Themen reichten von Treibstoffkosten bis hin zu Fördermethoden.
Die Gesetzgebung änderte sich weiter. Mit den Änderungen des Clean Air Act von 1990 wurden strengere Emissionsvorschriften für Fahrzeuge eingeführt. Benzin benötigte einen höheren Sauerstoffgehalt, um Kohlenmonoxid zu reduzieren. Dieselkraftstoff benötigte einen niedrigeren Schwefelgehalt.
Das Energy Policy Act (EPACT) von 1992 zielte darauf ab, den Einsatz alternativer Kraftstoffe in Regierungsflotten zu erhöhen. Ziel war es, die Abhängigkeit von ausländischem Öl zu verringern. Mit der EPACT-Änderung von 1998 wurde klargestellt, dass bestehende staatliche Dieselfahrzeuge Biodiesel verwenden können. Dies wurde als akzeptable Alternative zum Kauf spezieller Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen angesehen.
Angesichts der Verschärfung der Vorschriften und der volatilen Ölpreise gewannen Erdölalternativen an Bedeutung. Biodiesel ist jedoch kein perfekter Ersatz für Benzin oder Standarddiesel. Als nächstes werden wir die Vor- und Nachteile untersuchen.
Warum Biodiesel die Luft reinigt
Das Umweltargument für Biodiesel besteht nicht nur aus Schlagworten. Es ist messbar. Biodiesel verbrennt sauberer als herkömmlicher Petrodiesel. Es geht schneller kaputt. Es ist erneuerbar. Dies sind keine geringfügigen Änderungen. Es handelt sich um strukturelle Vorteile, die bei der Betrachtung der Abgaschemie von Bedeutung sind.
Die Emissionsgesetzgebung treibt dieses Interesse stark voran. Der Gesetzgeber kümmert sich um Schwefelverbindungen. Sie verursachen sauren Regen. Kohlenmonoxid tötet. Kohlendioxid speichert Wärme. Es gibt auch die weniger sichtbaren Gefahren: polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Diese ringförmigen Verbindungen stehen im Zusammenhang mit Krebs. Feinstaub schadet der Lunge. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe erzeugen Smog.
Biodiesel löst diese Probleme.
Es ist der einzige Biokraftstoff, der die Emissionsprüfung nach dem Clean Air Act bestanden hat. Reines B100 reduziert den Kohlendioxidausstoß um 78 Prozent. Es verringert die krebserregenden Eigenschaften von Dieselkraftstoff um 94 Prozent. Diese Daten stammen vom National Biodiesel Board und dem US-amerikanischen DOE Office of Transportation Technologies. Solche Zahlen tauchen nicht zufällig auf. Sie sind das Ergebnis spezifischer chemischer Strukturen in Fettsäuremethylestern.
Die Reinigung ist einfacher (und sicherer)
Es kommt zu Verschüttungen.
Wenn Diesel ausläuft, bleibt er. Es verbleibt im Boden und im Wasser. Biodiesel wird viermal schneller abgebaut als herkömmlicher Diesel. Die EPA bestätigt dies. Natürliche Wirkstoffe wie Bakterien fressen es schnell auf. Wenn Sie einen Biodieseltank umkippen, ist die Reinigung überschaubar. Der ökologische Schaden wird eingedämmt. Dies gilt auch für Mischungen.
Hinzu kommt der Sicherheitsfaktor. Biodiesel ist ungiftig. Es ist etwa zehnmal weniger giftig als Speisesalz. Sein Flammpunkt ist höher. Zum Entzünden ist mehr Hitze erforderlich. Dies macht die Lagerung sicherer. Die Transportvorschriften sind weniger restriktiv. Für einen Lkw, der B20 transportiert, sind nicht dieselben Gefahrgutprotokolle erforderlich wie für reinen Dieselkraftstoff.
Ihr Motor wird es Ihnen danken
Mechaniker wissen, dass Kraftstoff als Schmiermittel fungiert. Schwefelarmer Erdöldiesel entzieht dem System die Schmierflüssigkeit. Dadurch wird der Metall-auf-Metall-Kontakt anfällig. Biodiesel behebt dieses Problem.
Es fungiert als Lösungsmittel. Es löst Kohlenstoffablagerungen und Schmutz aus dem Motorinneren. Diese Ablagerungen können zu Verstopfungen führen. Biodiesel beseitigt sie. Da es keine Rückstände hinterlässt, läuft der Motor mit der Zeit sauberer. Der Langzeitverschleiß nimmt ab.
Um das zu spüren, braucht man keinen 100 % Biodiesel. Eine Mischung von nur 1 % erhöht die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs um bis zu 65 %. Das US-amerikanische DOE Office of Transportation Technology unterstützt diese Zahl. Weniger Reibung bedeutet weniger Hitze. Weniger Hitze bedeutet eine längere Lebensdauer der Komponenten. Die Einspritzpumpen halten länger. Die Dichtungen bleiben biegsam.
Reduzierung der Importabhängigkeit
Energiesicherheit ist eine nationale Priorität. Die USA importieren große Mengen ihres Erdöls. Das weltweite Angebot wird knapper. Die Preise schwanken je nach geopolitischer Instabilität. Biodiesel bietet eine Alternative.
Der meiste Biodiesel in den USA wird aus Sojaöl hergestellt. Soja ist eine wichtige heimische Nutzpflanze. Es wird im Mittleren Westen in Staaten wie Illinois, Iowa und Ohio angebaut. Wenn Sie den Kraftstoff vor Ort produzieren, verringern Sie die Abhängigkeit von ausländischem Öl. Sie halten das Kapital in der heimischen Wirtschaft. Es löst nicht jedes Energieproblem. Aber es mildert die Nachfrage. Es bietet einen Puffer gegen Angebotsschocks.
Es geht nicht darum, morgen den gesamten Diesel zu ersetzen. Es geht darum, der bestehenden Infrastruktur eine Ebene der Widerstandsfähigkeit hinzuzufügen. Sie können es in fast jedem Dieselmotor ohne oder mit nur geringen Änderungen verwenden. Die Hardware muss nicht geändert werden. Der Kraftstoff ändert sich.
Die Vorteile liegen auf der Hand. Sauberere Luft. Sicherere Handhabung. Bessere Motorschmierung. Inländische Produktion. Dennoch gibt es Hürden. Leistung bei kaltem Wetter. Materialkompatibilität mit älteren Dichtungen. Lieferkettenlogistik.
Die Nachteile und die Zukunft
Biodiesel ist kein Allheilmittel. Es hat Zähne.
Sicherlich erhalten Sie sauberere Partikel. Aber der Kompromiss schlägt auf unerwartete Weise zurück. Einige Probleme liegen in der Kraftstoffchemie. Andere ergeben sich aus der chaotischen Realität der Lieferketten.
Das NOx-Problem
Hier sind die ersten Kopfschmerzen: Stickoxide.
Wenn Dieselhersteller Feinstaub entfernen, steigen die NOx-Werte oft an. Diese Emissionen befeuern den Smog. Biodiesel ist keine Ausnahme.
Ein Teil davon ist durch Motortuning beherrschbar. Doch nicht immer ist Tuning für jeden Fahrer machbar. Forscher suchen nach Technologien, um diese NOx-Spitzen zu begrenzen. Es ist ein andauernder Kampf.
Die Lösungsmittelfalle
Biodiesel fungiert als Lösungsmittel. Dies eignet sich hervorragend zum Reinigen von Tanks. Bei alten Filtern ist das schrecklich.
Wenn Sie einen Diesel aus der Zeit vor 1992 fahren, sollten Sie aufpassen.
Der Kraftstoff löst jahrzehntelangen Schmutz in Ihren Leitungen. Dieser Schlamm wandert dann flussabwärts. Es verstopft Ihren Kraftstofffilter.
Hersteller raten dazu, beim Umstieg auf hochkonzentrierte Mischungen sofort die Kraftstoffpumpe auszutauschen. Ältere Systeme waren nicht für diese Reinigungsleistung ausgelegt.
Schlimmer noch: Biodiesel zersetzt Gummi.
Alte Kraftstoffleitungen? Sie verrotten. Robben? Sie lösen sich auf. Sie müssen diese Gummikomponenten ersetzen oder es treten Undichtigkeiten auf. Viele Hersteller schließen Biodiesel mittlerweile in die Garantien ein. Das bedeutet nicht, dass die Teile überleben werden.
Leistungs- und Effizienzhit
Erwarten Sie nicht den gleichen Elan von Ihrem Pedal.
Der Kraftstoffverbrauch sinkt leicht. Auch die Kraft muss leiden. Im Durchschnitt verlieren Sie etwa 10 Prozent Ihrer Leistung.
Die Mathematik ist einfach. Es werden etwa 1,1 Gallonen Biodiesel benötigt, um die Energie einer Gallone Standarddiesel zu erreichen. Man verbrennt mehr, um die gleiche Strecke zurückzulegen.
Die Kostenbarriere
Im Großen und Ganzen verschwendet Biodiesel Geld.
Die Kosten sind der Hauptwiderstand. Laut EPA kostet reines B100 zwischen 1,95 und 3,00 US-Dollar pro Gallone. B20-Mischungen liegen etwa 30 bis 40 Cent über den Standardpreisen für Diesel.
Rohstoff- und Marktvolatilität bestimmen diese Zahlen. Eine Woche ist es günstig. Zweitens ist es ein Luxusartikel.
Verfügbarkeit: Eine Patchwork-Karte
Biodiesel gibt es nicht an jeder Tankstelle in allen 50 Bundesstaaten. Aber man kann es überall bekommen.
Es gibt drei Hauptkanäle:
– Direkt vom Lieferanten
– Über Mineralölhändler
– An öffentlichen Zapfsäulen
Derzeit vermarkten 19 NBB-Mitgliedshersteller Biodiesel in den gesamten USA. Wenn Sie sich außerhalb der USA befinden, erkundigen Sie sich bei Ihrer örtlichen Biokraftstoffagentur nach Tankstellenplänen.
Der Umfang der Produktion
Wie viel wird tatsächlich verdient?
Bei so vielen Produzenten – Bundes-, Privat- und Industrieproduzenten – ist es schwierig, eine einzige genaue Zahl zu nennen. Derzeit produzieren die USA jährlich etwa 75 Millionen Gallonen.
Die Produktion ist flexibel. Es kann je nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden.
Wer nutzt es eigentlich?
Flottenfahrzeuge dominieren den Markt. Die Clean Fuels Alliance meldet über 100 Flotten, die mit Biodiesel fahren.
Schauen Sie sich die Liste an:
– US-Postdienst
– US-Luftwaffe
– US-Armee
– NASA
– US-Energieministerium
– Duke Energy
– Florida Power & Light
– Stadtbusse der Cincinnati Metro
Auch der öffentliche Nahverkehr springt auf. Zukünftige Ziele umfassen Schiffsmotoren, landwirtschaftliche Geräte und Heizsysteme für Privathaushalte.
Der politische Rückenwind
Das Bewusstsein wächst. Biokraftstoffe entwickeln sich von der Nischentechnologie zum Tischgespräch.
Die politische Unterstützung um sie herum nimmt zu. Die EPACT-Änderung von 1998 stellte einen Präzedenzfall dar. Alternative Kraftstoffe werden bald eine Notwendigkeit und keine Wahl sein.
Es ist eine ständige Arbeit. Unabhängig davon, ob es den Elektrofahrzeugen den Rang abläuft oder im Hintergrund bleibt, verhärtet sich die Infrastruktur langsam. Der Motor läuft. Der Filter verstopft. Die Kosten schwanken. Aber der Schwung ist da.
