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Biodiesel

Definition: Dieselkraftstoff, der aus Pflanzen gewonnen wird

Alternativer Begriff: Rapsmethylester

Allgemeinere Begriffe: Biokraftstoff

Englisch: biodiesel

Kategorien: Energieträger, erneuerbare Energie, Fahrzeuge, Kraftmaschinen und Kraftwerke

Autor:

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Ursprüngliche Erstellung: 12.03.2010; letzte Änderung: 14.03.2020

Biodiesel ist ein Biokraftstoff, der aus Biomasse (meist pflanzlichen Ölen) hergestellt wird.

In Deutschland wird in großem Umfang aus Rapspflanzen und Methanol mit Hilfe eines Katalysators Rapsmethylester (RME) hergestellt, wobei als Nebenprodukt Glycerin anfällt. Der Rapsmethylester wird als Biodiesel verwendet – größtenteils als Beimischung zu Dieselkraftstoff, nur selten in reiner Form. In geringeren Mengen wird auch Sojaölmethylester (SME) aus Sojaöl und Methanol gewonnen.

Zusätzlich werden z. B. in Deutschland erhebliche Mengen von Biodiesel aus Palmöl verwendet, obwohl dies sehr klimaschädlich ist (siehe unten).

In vielen europäischen Ländern (auch Deutschland) enthält aller verkaufter Dieselkraftstoff einen gewissen (meist kleinen) Anteil von Biodiesel. Der Energiegehalt pro Liter kann bei Biodiesel etwas tiefer liegen als bei konventionellem Dieselkraftstoff, was einen entsprechend erhöhten Verbrauch zur Folge hat. Günstig ist dagegen die hohe Zündwilligkeit (ausgedrückt durch eine Cetan-Zahl von mehr als 70 für reinen Rapsmethylester) und das Fehlen von Schwefel (welcher im Zuge der Veresterung abgetrennt wird). Übrigens können auch andere Arten von Biomasse durch Veresterung mit Methanol zu besser brauchbaren Kraftstoffen verarbeitet werden; eine allgemeine Bezeichnung für solche Stoffe ist FAME = Fatty Acyd Methyl Ester.

Biodiesel unterscheidet sich chemisch erheblich von Dieselkraftstoff aus Erdöl. Moderne Dieselmotoren können nicht mit reinem Biodiesel betrieben werden, zum Teil wegen der Abgasreinigungsanlage (Rußpartikelfilter); oft werden nur Beimischungen bis zu 7 % toleriert. Es ist aber möglich, Dieselmotoren technisch so anzupassen, dass auch reiner Biodiesel verwendet werden kann. Wegen das damit verbundenen Aufwands wird dies nur selten praktiziert.

Der Ersatz von konventionellem Dieselkraftstoff durch Biodiesel bietet zwei potenzielle Vorteile: die Schonung der endlichen Ressource Erdöl und die Reduktion der klimaschädlichen Kohlendioxid-Emissionen. Letzteres funktioniert in der Praxis allerdings kaum, wie unten noch ausgeführt wird.

Schon vor über 100 Jahren wurden diverse Pflanzenöle, z. B. Erdnussöl und Palmöl, in Dieselmotoren direkt eingesetzt (ohne Umesterung). Diese Stoffe wurden in der Folge jedoch fast vollständig durch Erdöl (Mineralöl) ersetzt. Dieselkraftstoff auf Erdölbasis weist in mancher Hinsicht bessere Eigenschaften auf, z. B. eine bessere Zündwilligkeit (höhere Cetanzahl) und bessere Lagerfähigkeit, und wurde mit dem Aufkommen des Erdöls auch besser verfügbar. Heutige Dieselmotoren sind für solchen Kraftstoff ausgelegt, und Pflanzenöl können sie allenfalls noch in geringen Beimischungen tolerieren. Diesbezüglich ist Biodiesel günstiger (z. B. weniger zähflüssig), obwohl auch nicht optimal. Es kann nämlich zur Motorölverdünnung kommen wie auch zur Schädigung von Abgaskatalysatoren. Zukünftig könnten hydrierte Pflanzenöle oder auch Fischer-Tropsch-Diesel (→ Biokraftstoffe) mit besseren Eigenschaften gewonnen werden. Solche würden als “Biodiesel der zweiten Generation” bezeichnet.

Auch als Zusatz für Kerosin ist Biodiesel geeignet. Entsprechende Versuche sind bereits erfolgt, jedoch ist die Verwendung nicht weit verbreitet. Ein Grund sind die strengen Qualitätsanforderungen bei Flugzeugtreibstoffen.

Der Marktanteil von Biodiesel wird durch diverse Faktoren beeinflusst, insbesondere durch gesetzliche Beimischungspflichten, die Steuerbelastung (Mineralölsteuer) sowie durch mögliche Sorgen der Verbraucher betreffend die Motorenlebensdauer und ökologische Aspekte.

Ökologische Aspekte

Der Ersatz von konventionellem Dieselkraftstoff (auf der Basis von Erdöl) durch Biodiesel in der Form von Rapsmethylester hat mehrere ökologische Aspekte:

  • Im Prinzip können die Kohlendioxid-Emissionen können reduziert werden. Theoretisch könnte der Einsatz von Biodiesel CO2-neutral sein, da der in den verwendeten Pflanzen gebundene Kohlenstoff aus CO2 in der Luft stammt. Jedoch entstehen beim Pflanzenanbau und der Biodiesel-Herstellung gewisse CO2-Emissionen sowie eine Reihe anderer Umweltbelastungen, z. B. durch beim Anbau eingesetzte Pestizide und Maschinen. Ebenfalls gibt es negative Folgen indirekter Landnutzungsänderungen, die den Klimavorteil von Biodiesel weitestgehend zunichte machen (etwa durch Lachgas-Emissionen) oder in ungünstigen Fällen sogar einen Nachteil gegenüber konventionellem Dieselkraftstoff verursachen. Besonders problematisch ist die Gewinnung von Palmöl, die oft mit der Zerstörung von tropischen Regenwäldern einhergeht. Zudem gibt es eine Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion, und diese kann auch zur Ausweitung landwirtschaftlicher Flächen anderswo führen. Dadurch entstehen oft zusätzliche CO2-Emissionen und ein Verlust an Biodiversität.
  • Die Emissionen giftiger Schadstoffe durch Dieselmotoren werden ebenfalls deutlich geändert. Die Rußemissionen können deutlich zurückgehen, während die übrigen Partikelemissionen ähnlich sind wie bei konventionellem Dieselkraftstoff. Die Emissionen von Stickoxiden (NOx) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen können dagegen höher liegen. Solche Änderungen von Emissionen hängen auch erheblich von der verwendeten Motorentechnik ab.
  • Biodiesel ist biologisch leicht abbaubar und damit im Falle eines Auslaufens z. B. bei Tankleckagen weit weniger problematisch. Dies ist insbesondere für die Schifffahrt relevant.

Rein energetisch betrachtet ist der Einsatz von Biodiesel nicht unbedingt sehr effizient, da der Energieaufwand bei der Herstellung (inkl. Pflanzenanbau) beträchtlich ist; er kann mehr als die Hälfte des Energiegehalts im gewonnenen Kraftstoff betragen. Die Flächeneffizienz, d. h. die gewonnene Energie pro Hektar Anbaufläche und Jahr, ist bei Biodiesel (und anderen Biokraftstoffen) wesentlich geringer als z. B. für Biogas und insbesondere für die Photovoltaik; entsprechend mehr Fläche wird dann also für eine gegebene Energiemenge benötigt.

Die Ökobilanz von Biodiesel (im Vergleich zur Verwendung von Mineralöl) ist umstritten und hängt jedenfalls stark von den Herstellungsmethoden ab, insbesondere vom Anbau von Energiepflanzen (wobei v. a. im Zusammenhang mit Stickstoffdüngung das klimaschädliche Lachgas freigesetzt wird) und den damit verbundenen Landnutzungskonkurrenzen. Unter dem Strich dürfte Biodiesel auf der Basis von eigens angebauten Energiepflanzen wie Raps klimaschädlicher sein als Erdöl-basierter konventioneller Dieselkraftstoff.

Übrigens enthält Biodiesel meist auch nennenswerte Mengen von Palmöl, d. h. aus Ölpalmen gewonnenes Pflanzenöl. Dies hat im Prinzip den Vorteil, dass die Erträge pro Hektar um ein Mehrfaches höher sind als beispielsweise bei Raps, was auch für die Ökobilanz günstig ist. Trotzdem steht der Anbau von Palmöl stark in der Kritik, vor allem weil dabei massenhaft Regenwälder zerstört werden. Nun darf in der EU Palmöl für Biokraftstoffe nur verwendet werden, soweit dafür zertifiziert ist, dass dieses nur auf bestehenden Ackerflächen angebaut wird und nicht auf Rodungsflächen. Jedoch ist schwer zu kontrollieren, ob in Ländern wie Indonesien und Malaysia nicht doch Flächen gerodet werden, um direkt danach oder ggf. ein paar Jahre später darauf Palmölplantagen zu errichten. Außerdem hilft es wenig, wenn die unproblematischen Anbauflächen für Biodiesel belegt werden, der Anbau von Palmöl für andere Zwecke (etwa Nahrungsmittel, Waschmittel und Chemie) dann aber auf andere (nicht zertifizierte) Flächen ausweicht. Deswegen ist zu befürchten, dass die Regenwaldzerstörung trotz der verlangten Zertifikate durch die Verwendung von Palmöl gefördert wird. Soweit dies der Fall ist, wird auch die Klimabilanz von Biodiesel massiv verschlechtert; sie kann sogar erheblich schlechter sein als von Diesel aus Erdöl. Hinzu kommt, dass der Anbau selbst auf zertifizierten Flächen oft alles andere als umweltfreundlich ist, beispielsweise durch den Einsatz gefährlicher Pestizide sowie durch die Entstehung großer Mengen des sehr klimaschädlichen Methans. Der Kern dieser Problematik besteht allerdings nicht in der Nutzung für Biodiesel, was global nur ca. 5 % der weltweiten Produktion beansprucht, sondern in der Palmölgewinnung für diverse andere Zwecke, etwa für Nahrungsmittel und als Chemierohstoff (z. B. für Waschmittel).

Wesentlich günstiger schneidet die Nutzung von Abfallölen (z. B. Frittieröl) ab. Solche Abfälle sind jedoch nur in vergleichsweise geringen Mengen verfügbar. Deswegen werden in der Praxis in erster Linie Pflanzenöle aus dafür eigens angebauten Energiepflanzen verwendet.

Offenkundig erfordert eine solide Öko-Bilanzierung des Biodiesel-Einsatzes sehr detaillierte und sorgfältige Untersuchungen sowie die Verwendung von Bewertungsmaßstäben bei Vergleichen. Wegen der sehr unterschiedlichen Untersuchungen und unterschiedlichen Verhältnissen bei verschiedenen Biodiesel-Beimischungen sind weder allgemein gültige noch absolut objektive Resultate möglich. Somit ist klar, dass der Einsatz von Biodiesel zwar je nach Umständen sinnvoll sein kann, aber keineswegs als geeigneter Ersatz für Bemühungen in Richtung eines effizienten und sparsamen Kraftstoffverbrauchs gelten darf.

Für Biodiesel der zweiten Generation, etwa Fischer-Tropsch-Diesel aus der Biomassevergasung, könnte eine erheblich bessere Ökobilanz aufweisen. Hauptsächlich liegt das an der höheren Flächenproduktivität, wenn nicht nur Feldfrüchte, sondern Ganzpflanzen genutzt werden können. Ebenfalls kämen andere Energiepflanzen als Raps in Frage, vielleicht sogar Gräser. Deren Anbau wäre weniger umweltbelastend. Jedoch muss die Biomassevergasung dafür erst noch weiter entwickelt werden.

Fragen und Kommentare von Lesern

24.09.2019

Der EROI von Biomasse liegt deutlich unter 5, teilweise um die 3. Zudem ist ihr Flächenbedarf bei 100 mW/m2 (Wirkungsgrad um 0.1%) im Vergleich zu den meisten anderen Energiequellen sehr hoch. Selbst PV kommt auf etwa 20 W/m2 (Wirkungsgrad um 0,1 %) in unseren Breiten, sowie auf EROIs teilweise über 10.

Die Emission von Methan negiert ggf. die CO2-Bilanz. Zudem erkaufen wir uns sekundäre Probleme mit intensiver Landwirtschaft: Pflanzenschutzmittel, Tropenabholzung, Lebensraumveränderung, Düngemittelbedarf etc. Bei nachhaltiger Forstwirtschaft kämen wir auf unter 50 kg Holz pro Person und Jahr. Wir benötigen mehr als das 10-fache unserer Landesfläche beim derzeitigen Energiehunger und es ist unwahrscheinlich, dass dieser jemals wieder sinkt. Zum Glück sinken die Preise für alternative erneuerbare Energieträger weiter. PV liegt mittlerweile unter 10 ct/kWh – derjenige bei Energiemais um die 15 ct/kWh.

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