Was sind die Vor- und Nachteile von Ethanol-Biokraftstoff?
Wir verbrauchen jeden Tag Energie. Wir benutzen es, um Lichter einzuschalten, unsere Häuser zu heizen und Autos anzutreiben. Der größte Teil der weltweiten Energie stammt aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Aber Wissenschaftler und Ingenieure suchen nach nachhaltigeren Alternativen.
Biokraftstoffe werden zu einer beliebten Alternative zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen. Aber wie bei jeder neuen Technologie ist es wichtig, die Vor- und Nachteile abzuwägen. Betrachten wir einige davon.
Was ist Biokraftstoff und wie wird er verwendet?
Biokraftstoffe werden aus kürzlich abgestorbenem oder lebendem Pflanzenmaterial und tierischen Abfällen gewonnen. Dies unterscheidet sich von fossilen Brennstoffen, die aus längst abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Stoffen gewonnen werden. Die am häufigsten verwendeten Biokraftstoffe sind Ethanol und Biodiesel. Sie werden aus Pflanzen hergestellt, die normalerweise als Kulturpflanzen angebaut werden. Diese Pflanzen bilden die Biomasse, die als Ausgangsmaterial für die Biokraftstoffproduktion verwendet wird. Rohstoff ist jedes Material, das zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet wird. In Nordamerika ist Mais der wichtigste Rohstoff für die Ethanolproduktion.
Um Ethanol aus Mais herzustellen, besteht der erste Schritt darin, Stärke abzubauen. Stärke ist ein komplexes Kohlenhydrat. Um Ethanol herzustellen, muss es in einfache Zucker wie Dextrose und Glukose zerlegt werden. Ein Prozess namens Fermentation wandelt diese Zucker dann in Ethanol um.
Wussten Sie schon?
Hefe fermentiert Zucker unter anaeroben Bedingungen zu Ethanol. Dies bedeutet, dass der Prozess ohne Sauerstoff ablaufen kann!
Biodiesel wird aus pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten hergestellt. Eine Reaktion namens Umesterung ist für die Umwandlung von Pflanzenölen in Biodiesel verantwortlich. Umesterung ist die Reaktion eines Alkohols mit Öl oder Fett zu Fettsäurealkylestern, auch bekannt als Biodiesel.
Kanadische Bioraffinerien können 1,7 Milliarden Liter Ethanol pro Jahr produzieren. Das meiste davon wird in Benzin gemischt. Die meisten benzinbetriebenen Fahrzeuge, die seit den 1980er Jahren gebaut wurden, können ohne Motormodifikationen mit einer Mischung aus bis zu 10% Ethanol (E10) betrieben werden. Einige nordamerikanische Autohersteller stellen flexible Fuel- oder Flex-Fuel-Fahrzeuge mit modifizierten Motoren her. Diese Motoren können Mischungen aus bis zu 85% Ethanol und 15% Benzin (E85) verwenden.
Wussten Sie schon?
Die Vereinigten Staaten und Brasilien sind weltweit führend in der Biokraftstoffproduktion. Zusammen produzieren sie 70% der weltweiten Biokraftstoffe!
Kanadas Vorschriften für erneuerbare Brennstoffe wurden 2010 erlassen. Sie verlangen, dass nicht erneuerbare fossile Brennstoffe einen durchschnittlichen Anteil an erneuerbaren Brennstoffen von 5% enthalten. Dieses 5% -Niveau wird derzeit mit Mais- und Weizenethanol (E5) erreicht. Was ist mit der E85-Mischung, die in Flex-Fuel-Fahrzeugen verwendet werden kann? Einige kanadische Unternehmen mit großen Fahrzeugflotten verwenden E85. Aber es ist noch nicht weit verbreitet. Es gibt nur eine Handvoll Tankstellen in Kanada, die E85 verkaufen. Im Gegensatz dazu gibt es in den USA über 3 000 Tankstellen mit E85-Pumpen, was nach viel klingen mag. Aber es ist immer noch weniger als 2% der gesamten Tankstellen.
Was sind die Vorteile von Biokraftstoffen?
Ethanol gilt als erneuerbare Energiequelle. Das liegt daran, dass neue Pflanzen angebaut werden können, um das für die Herstellung benötigte Ausgangsmaterial aufzufüllen. Auf der anderen Seite brauchen fossile Brennstoffe Millionen von Jahren, um produziert zu werden. Sie gelten als nicht erneuerbare Ressource, denn sobald sie aufgebraucht sind, ist es das!
Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Biokraftstoffen ist die Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Im Jahr 2017 entfielen über 50% der gesamten Treibhausgasemissionen Kanadas auf den Öl-, Gas- und Transportsektor. Die meisten davon waren Kohlendioxid (CO2), das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Benzin freigesetzt wurde.
Was ist der Kohlenstoffkreislauf?
Der Kohlenstoffkreislauf ist für den Kohlenstoffkreislauf in der gesamten Umwelt verantwortlich. Alle organischen Stoffe enthalten Kohlenstoff. Wenn Pflanzen und Tiere sterben, wird Kohlenstoff unter der Erde eingeschlossen, während er zu fossilen Brennstoffen wird. Dies bedeutet, dass fossile Brennstoffe eine Kohlenstoffsenke sind. Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird der Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid (CO2) an die Luft abgegeben.
Grafik – Textversion
Im Kohlenstoffkreislauf wandert Kohlenstoff von der Atmosphäre zu den Sedimenten auf der Erde und zurück. Wenn Kohlenstoff die Erde erreicht, gelangt gelöster organischer Kohlenstoff sowohl in den tiefen Ozean als auch in den Oberflächenozean. Kohlenstoff wird durch natürliche Prozesse wie die Photosynthese der Vegetation und durch vom Menschen verursachte Prozesse wie industrielle Prozesse, die fossile Brennstoffe produzieren, wieder in die Atmosphäre freigesetzt.
Das CO2, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre freigesetzt wird, erzeugt starke Treibhausgase. Diese Treibhausgase tragen zum Klimawandel bei. Leider gibt es keine Möglichkeit, CO2 wieder in fossile Brennstoffe umzuwandeln.
Auch bei der Verbrennung von Biokraftstoffen entsteht CO2. Ein Teil des CO2, das durch die Verbrennung von Biokraftstoffen freigesetzt wird, wird jedoch durch den Prozess der Photosynthese von der neuen Rohstoffpflanze absorbiert. Das CO2 wird in die Zuckermoleküle eingebaut, die die Pflanzen produzieren. Diese werden schließlich wieder in Biokraftstoff umgewandelt. Aus diesem Grund gilt Ethanol als klimaneutral.
Wussten Sie schon?
Es wurde festgestellt, dass Ethanol 25% mehr Energie liefert, als in seine Produktion gesteckt wird, und Biodiesel liefert satte 93%!
Was sind die Nachteile von Biokraftstoffen?
Biokraftstoffe haben ebenfalls Bedenken. Einige Bedenken betreffen die Energiebilanz, die Debatte zwischen Nahrungsmitteln und Kraftstoffen und die Verfügbarkeit von Biokraftstoffen.
Haben Biokraftstoffe eine negative Energiebilanz oder eine positive Energiebilanz?
Ethanol selbst gilt als klimaneutral. Aber der Prozess der Herstellung ist es nicht. Fossile Brennstoffe werden häufig bei der Herstellung von Biokraftstoffen verwendet. Zum Beispiel verwenden Bauerntraktoren Dieselkraftstoff. Die Lastwagen, die das Ausgangsmaterial zu Bioraffinerien transportieren, verwenden Dieselkraftstoff. Die Bioraffinerien selbst verwenden manchmal fossile Brennstoffe für die Stromversorgung. Wenn die Eingangsenergie zur Herstellung eines Kraftstoffs größer ist als die Ausgangsenergie, hat dieser Kraftstoff eine negative Energiebilanz. Das ist nicht gut. Wenn die Ausgangsenergie größer als die Eingangsenergie ist, hat der Kraftstoff eine positive Energiebilanz. Das ist gut.
Wissenschaftler müssen Lebenszyklusanalysen durchführen, um die Treibhausgasauswirkungen von Biokraftstoffen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen vollständig zu verstehen. In den frühen Tagen der Ethanolproduktion fanden viele Studien heraus, dass es eine negative Energiebilanz hatte. Jüngste kanadische und amerikanische Lebenszyklusanalysen haben jedoch eine leicht positive Energiebilanz in der Maisethanolproduktion festgestellt. Die Verbesserung ist vor allem auf neuere, energieeffiziente Bioraffinerien zurückzuführen.
Was ist die „Food vs. Fuel Debate“?
Biokraftstoffe haben einige wirtschaftliche und ethische Bedenken. Was passiert konkret, wenn Menschen Ackerland nutzen, um Biomasse anstelle von Nahrungsmitteln anzubauen? Dies betrifft die Ernährungssicherheit. Kritiker von Biokraftstoffen der ersten Generation argumentieren, dass die Verwendung von Nahrungspflanzen für die Kraftstoffproduktion die Lebensmittelpreise erhöht. Dies macht es für Menschen schwieriger, sich eine gesunde Ernährung zu leisten.
Eine Ware ist alles Wertvolle, das gekauft, verkauft oder gehandelt wird. Schauen wir uns das Beispiel einer Ware an: Mais.
Mais ist ein nachwachsender Rohstoff. Aber einige Ernten sind erfolgreicher als andere. Das bedeutet, dass sein Angebot variieren kann. Wenn die landwirtschaftlichen Bedingungen gut sind, kann es viel Mais geben. Es kann genug für menschliche Nahrung, Tierfutter und Biokraftstoffproduktion geben. Aber manchmal leiden Ernten unter Bedingungen wie Dürren, Überschwemmungen und Kälteperioden. Zu diesen Zeiten kann das Angebot an Mais sinken. Und wenn das Angebot einer Ware sinkt, steigt der Preis.
Natürlich hat diese ‚Food vs. Fuel‘-Debatte eine andere Seite. Einige Studien zeigen, dass die globale Lebensmittelverschwendung ein viel größeres Problem für die Ernährungssicherheit darstellt als die Konkurrenz mit Biokraftstoffen. Einige Wissenschaftler haben sogar vorgeschlagen, dass Lebensmittel, die normalerweise verschwendet würden, stattdessen in die Biokraftstoffindustrie umgeleitet werden sollten.
Biokraftstoffe können auch Nahrung und Ressourcen für andere Organismen beeinflussen. Es braucht viel Land, um Biokraftstoffe zu produzieren. Die Rodung von Land für die Landwirtschaft kann große Auswirkungen auf die Umwelt und das dort lebende Pflanzen- und Tierleben haben.
Zusammenfassend
Es gibt sicherlich keine einfachen Antworten, wenn es um die Debatte zwischen fossilen Brennstoffen und Biokraftstoffen geht. Die globale Nahrungskette und die Biokraftstoffindustrie sind auf komplizierte Weise miteinander verbunden. Die Menschen sind sich jedoch immer mehr der möglichen Nachteile von Biokraftstoffen auf der Basis von Lebensmittelpflanzen der ersten Generation bewusst. Es gibt auch einen Vorstoß in Richtung Biokraftstoffe der zweiten Generation. Diese verwenden Non-Food-Rohstoffe wie landwirtschaftliche, Restaurant- und Siedlungsabfälle.