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Biokraftstoffe sind möglicherweise nicht so grün, wie uns gesagt wurde

Sind Biokraftstoffe besser für die Umwelt? Nicht unbedingt.

Biokraftstofffabrik. photosbyjim/iStock

Der Verbrennungsmotor ist zweifellos eine der wichtigsten Erfindungen aller Zeiten. Aber er ist mit sehr hohen Kosten für die Umwelt verbunden - gefährliche Emissionen.

Obwohl im Laufe der Jahrzehnte viele Sprünge in Effizienz und Emissionskontrolle gemacht wurden, können wir die Freisetzung von Emissionen wie Kohlendioxid in die Luft nie vollständig eliminieren. Aber was wäre, wenn der Kraftstoff für diese Motoren angebaut und nicht ausgegraben werden könnte?

Und das ist genau das Versprechen, dass Biokraftstoffe haben in den letzten Jahrzehnten gemacht. Allerdings ist nicht alles so, wie es scheint, wenn es darum geht "heiliger Gral" der sauberen Energie.

Was sind Biokraftstoffe?

Biokraftstoffe, wie der Name vermuten lässt, sind Arten von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen, die „natürlich“ durch die Umwandlung irgendeiner Art von Biomasse entstehen. Während der Begriff verwendet werden kann, um feste Brennstoffe wie Holz zu umfassen, werden diese häufiger als Biomasse und nicht als Biokraftstoff an sich bezeichnet.

Aus diesem Grund wird Biomasse in der Regel verwendet, um den Rohstoff zu bezeichnen, aus dem Biokraftstoffe gewonnen werden, oder jene festen Brennstoffe, die durch thermische oder chemische Umwandlung von Rohstoffen in Dinge wie torrefizierte Pellets oder Briketts entstehen.

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Es gibt verschiedene Formen von Biokraftstoffen, die heute bei weitem am häufigsten verwendeten sind Ethanol manchmal auch als Bioethanol bezeichnet und Biodiesel.

Ersterer ist ein Alkohol und wird normalerweise mit herkömmlicheren Kraftstoffen wie Benzin gemischt, um die Oktanzahl zu erhöhen und das giftige Kohlenmonoxid und die smogverursachenden Emissionen zu reduzieren, die normalerweise mit Verbrennungsmotoren verbunden sind. Die häufigste Form der Mischung, genanntE10, ist eine Mischung aus 10 Prozent Ethanol und 90 Prozent Benzin.

Einige modernere Fahrzeuge, sogenannte Flex-Fuel-Fahrzeuge, können tatsächlich mit einer anderen Mischung aus Ethanol und Benzin namens E85 betrieben werden, die zwischen 51 Prozent und 83 Prozent Ethanol enthält. Laut US-Energieministerium ungefähr 98 % des gesamten Benzins, das Sie in Ihr Auto füllen, enthalten einen gewissen Prozentsatz an Ethanol.

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Das meiste Ethanol für den Kraftstoffverbrauch wird aus Pflanzenstärke und Zucker hergestellt, aber es gibt eine wachsende Zahl von Biokraftstoffen in der Entwicklung, die u Sehen Sie Zellulose und Hemizellulose. Dies sind die nicht essbaren faserigen Materialien, die den Großteil des Pflanzenmaterials ausmachen. Bis heute In den Vereinigten Staaten sind derzeit mehrere Ethanol-Bioraffinerien auf Zellulosebasis im kommerziellen Maßstab in Betrieb.

Die häufigsten pflanzlichen "Ausgangsmaterialien", die zur Herstellung von Ethanol verwendet werden, sind Mais, Getreide und Zuckerrohr.

Wie bei der Alkoholherstellung entsteht Bioethanol wie bei Ihrem Lieblingsbier oder -wein durch den uralten Fermentationsprozess. Wie bei alkoholischen Getränken nutzen Mikroorganismen wie Bakterien und Hefen Pflanzenzucker als Energiequelle und produzieren Ethanol als AbfallProdukt.

Dieses Ethanol kann dann fraktioniert, destilliert und konzentriert werden, um als flüssiger Kraftstoff verwendet zu werden. Alles ist schön und gut, aber das Mischen mit Ethanol hat seinen Preis.

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Wie das US-Energieministerium erklärt, „eTanol enthält weniger Energie pro Gallone als Benzin, in unterschiedlichem Maße, je nach Volumenanteil des Ethanols in der Mischung. Denaturiertes Ethanol 98 % Ethanol enthält etwa 30 % weniger Energie als Benzin pro Gallone. Die Auswirkung von Ethanol auf den Kraftstoffverbrauch istabhängig vom Ethanolgehalt im Kraftstoff und davon, ob ein Motor für den Betrieb mit Benzin oder Ethanol optimiert ist."

Biodiesel, der zweithäufigste Biokraftstoff, wird aus pflanzlichen und tierischen Fetten hergestellt und gilt allgemein als sauberer verbrennender direkter Ersatz für erdölbasierten Dieselkraftstoff. Es ist ungiftig, biologisch abbaubar und wird aus einer Kombination von Alkohol und Pflanzenöl, tierischem Fett,oder recyceltes Kochfett. Es ist ein Monoalkylester, der durch Umesterung hergestellt wird, bei dem das Ausgangsmaterial mit einem Alkohol z. B. Methanol in Gegenwart eines Katalysators reagiert, um Biodiesel und Glycerin herzustellen.

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Wie Ethanol kann Biodiesel mit normalem Diesel gemischt werden, um sauberere Kraftstoffe herzustellen. Solche Kraftstoffe reichen von reinem Biodiesel, B100 genannt, bis zur gebräuchlichsten Mischung, B20, die zu 20 Prozent aus Biodiesel und zu 80 Prozent aus Diesel aus fossilen Brennstoffen besteht.

Genau wie Ethanol ist Biodiesel im Vergleich zu traditionelleren Kraftstoffen nicht ohne Probleme. Beispielsweise kann er in kälteren Klimazonen problematisch sein, da er zur Kristallisation neigt. Im Allgemeinen gilt: Je weniger Biodiesel enthalten ist, desto besser ist die Leistungdes Kraftstoffs in kalten Klimazonen.

Dieses Problem kann auch überwunden werden, indem ein sogenannter „Fließverbesserer“ hinzugefügt wird, der dem Kraftstoff zugesetzt werden kann, um zu verhindern, dass er gefriert.

Eine andere Form von Biodiesel, die ebenfalls sehr beliebt ist, ist "grüner Diesel", oder rerneuerbarer Diesel. Gebildet durch das Hydrocracken von Pflanzenölen oder tierischen Fetten oder durch Vergasung, Pyrolyse oder andere biochemische und thermochemische Technologien um ein Produkt herzustellen, das kaum von herkömmlichem Diesel zu unterscheiden ist.

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Pflanzenöl kann auch unverändert als Kraftstoffquelle in einigen älteren Dieselmotoren verwendet werden, die keine herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsysteme haben.

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Es gibt auch andere Formen von Biokraftstoff, einschließlich Biogas oder Biomethan, die durch den Prozess der anaeroben Vergärung im Wesentlichen Verrottung von organischem Material entstehen. „Syngas“, eine andere Form von Biokraftstoffgas, wird durch Mischen von Kohlenmonoxid, Wasserstoff und anderen erzeugtKohlenwasserstoffe durch die teilweise Verbrennung von Biomasse.

Die weltweite Biokraftstoffproduktion erreichte im Jahr 2021 über 43 Milliarden Gallonen 161 Milliarden Liter, was etwa 4 % des gesamten Kraftstoffs ausmacht, der weltweit für den Straßenverkehr verwendet wird. Dies hoffen einige Organisationen wie die Internationale Energieagentur, um bis 2050 auf 25 % zu steigen.

Warum gelten Biokraftstoffe als grün?

Um diese Frage vollständig zu beantworten, müssen wir eine kleine Zeitreise unternehmen. Um die Wende des 21. Jahrhunderts kratzten sich viele Regierungen auf der ganzen Welt am Kopf, als sie versuchten, Wege zur Bekämpfung der Kohlenstoffmenge zu findenEmissionen, die ihre Länder ausstoßen.

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Eine der wichtigsten umweltverschmutzenden Aktivitäten waren zufälligerweise die Autos und Lastwagen, mit denen Menschen und Sachen herumbefördert wurden. Tatsächlich ist dies einer der größten Faktoren, die zu den weltweiten Kohlendioxidemissionen des Menschen beitragen, die laut einigen Quellen fast ausmachenein Viertel aller jährlichen Emissionen weltweit.

Der Transportsektor ist auch einer der am schnellsten wachsenden weltweit, was auf die zunehmende Nutzung von Personenkraftwagen in vielen Ländern der Welt zurückzuführen ist. Von diesen sind die überwiegende Mehrheit immer noch eher Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor als „sauberer“."Lösungen wie der wachsende Markt für Elektrofahrzeuge.

Mailson Pignata/iStock

Dagegen musste ihrer Ansicht nach etwas unternommen werden, und so wurde das Konzept der Biokraftstoffe als mögliche „Wunderwaffe“ vorgeschlagen.

Da Biokraftstoffe in erster Linie aus dem Wachstum und der Ernte von lebendem Pflanzenmaterial und nicht aus lange gebundenen Kohlenwasserstoffquellen wie fossilen Brennstoffen entstehen. Das Hauptargument ist, dass Biokraftstoffe mehr oder weniger so viel Kohlendioxid abbauen, wie sie wann freisetzenverbrannt. Dies liegt daran, dass Kohlenstoff im Pflanzengewebe und im Boden gespeichert wird, wenn Pflanzen wachsen.

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Sie sind tatsächlich „kohlenstoffneutral“ und haben sich in einigen Fällen als kohlenstoffnegativ erwiesen – mit anderen Worten, sie entfernen mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre, als freigesetzt wird, wenn sie geerntet, verarbeitet und verbrannt/umgewandelt werden.

Es gibt auch andere Vorteile für Biokraftstoff-Rohstoffe, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Erzeugung von Nebenprodukten wie Protein, das als Tierfutter verwendet werden kann. Dies spart Energie und damit verbundene Kohlendioxidemissionen, die andernfalls verwendet worden wärenTierfutter auf andere Weise herzustellen.

Zu diesem Zweck haben sich einige Länder voll und ganz auf die Idee eingelassen, wobei Länder wie Brasilien vor etwa 40 Jahren eine ausgewachsene Bioethanolindustrie aufgebaut haben. Andere Länder begannen, diesem Beispiel zu folgen. In 2005 legten die Vereinigten Staaten ihren ersten nationalen Standard für erneuerbare Kraftstoffe unter dem „Energy Policy Act“ fest. Dieses Gesetz forderte die jährliche Verwendung von 7,5 Milliarden Gallonen Biokraftstoffen bis 2012.

Dieses Gesetz forderte auch Unternehmen, die fossile Brennstoffe produzieren, Biokraftstoffe mit normalen flüssigen Brennstoffen zu mischen, um ihre langfristigen Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern. Die Europäische Union hat eine ähnliche Anforderung in ihrem 2008"Erneuerbare-Energien-Richtlinie", der die EU-Länder verpflichtet, bis 2020 mindestens 10 Prozent ihres Transportkraftstoffs aus erneuerbaren Quellen zu beziehen.

Die strengen Anforderungen haben zu einem enormen Wachstum in der Biokraftstoffindustrie auf der ganzen Welt geführt. Aber wie zutreffend sind die Behauptungen, dass Biokraftstoffe besser für die Umwelt sind als beispielsweise fossile Kraftstoffe?

Sind Biokraftstoffe tatsächlich besser für die Umwelt?

Wie bei allem im Leben ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass es keine perfekte Lösung gibt, sondern nur einen Kompromiss. Bei allen Vorteilen, die Produkte wie Biokraftstoffe bieten, haben sie einige sehr wichtige Nachteile und sogar negative Auswirkungen auf die Umweltignoriert, wenn wir wirklich ehrlich zu ihnen sind.

kallerna/Wikimedia Commons

Zum Beispiel ist die weit verbreitete Behauptung, dass Biokraftstoffe kohlenstoffneutral oder sogar negativ sind, nicht alles, was sie zu sein vorgibt. Verschiedene Studien zu diesem Thema haben gezeigt, dass sich verschiedene Biokraftstoffe im Vergleich zu ihren Treibhausgasemissionen stark unterscheiden, wie z.for-like, mit Benzin.

Rohstoffe für Biokraftstoffe sind mit vielen anderen Kosten verbunden, die mit ihrer Produktion verbunden sind, wie z. B. Ernte, Verarbeitung und Transport, die oft nicht immer in den Berechnungen berücksichtigt oder völlig ignoriert werdenKraftstoff können im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen mehr Treibhausgasemissionen entstehen.

Bei Diskussionen zu diesem Thema wird meist Kohlendioxid am stärksten betont, aber es ist nur eine von vielen schädlichen Emissionen, die sehr schwerwiegende Folgen für die Umwelt haben können. Lachgas, kurz NOx, ist eine andere.

NOx ist nicht nur ein wichtiger Bestandteil für die Entstehung schädlicher Wirkungen wie saurem Regen, sondern hat auch ein sehr bedeutendes sogenanntes "Erderwärmungspotential" um Größenordnungen höher als Kohlendioxid - ungefähr 300 Mal in der Tat. Nicht nur das, aber Lachgas bleibt viel länger in der Atmosphäre - 114 Jahre im Vergleich zu ungefähr 4 Jahre für Kohlendioxid.

NOx ist auch besonders schlecht für die Ozonschicht - was nicht schön ist. Und es endet nicht dort.

Stickoxide werden in anderen Phasen der Biokraftstoffproduktion und Endnutzung erzeugt, wenn sie als tatsächlicher Kraftstoff in Ihrem Auto verbrannt werden.

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Um ehrlich zu sein, setzen alle Formen der Landwirtschaft bis zu einem gewissen Grad Lachgas frei, daher sollte die Biokraftstoffproduktion nicht isoliert für einen Anstieg der NOx-Emissionen in den letzten Jahrzehnten verantwortlich gemacht werden, aber da sie von vielen Regierungen stark gefördert wird, gibt es einedringender Bedarf an weiterer Forschung zu den Auswirkungen von Biokraftstoffen auf NOx-Emissionen.

Ein weiterer potenziell wichtiger Unterschied zwischen Biokraftstoffen und konventionellen fossilen Kraftstoffen ist Carbonylemissionen. Carbonyl ist ein zweiwertige chemische Einheit bestehend aus Kohlenstoff C und ein Sauerstoff O Atom durch eine Doppelbindung verbunden und ist unter anderem Bestandteil von Molekülen wie Carbonsäuren, Estern, Anhydriden, Acylhalogeniden, Amiden und Chinonen.

Einige Carbonyle, wie die oben aufgeführten, sind bekanntermaßen potenziell sehr gefährlich für die menschliche Gesundheit.Studien zu diesem Thema haben festgestellt, dass Biokraftstoffe wie Biodiesel erheblich mehr Carbonylemissionen wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Acrolein, Aceton, Propionaldehyd und Butyraldehyd freisetzen als reiner Diesel.

Noch andere Studien haben gezeigt, dass die Verbrennung von Biokraftstoffen auch mit einer erhöhten Emission einiger anderer gefährlicher Schadstoffe wie flüchtige organische Verbindungen VOCs, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Schwermetalle einhergeht, von denen berichtet wurde, dass sie die menschliche Gesundheit gefährden.

Ein weiteres sehr ernstes Problem bei Biokraftstoffen sind ihre direkten und indirekten Treibhausgasemissionen aus Landnutzungsänderungen. Beispielsweise hat die Rodung von Wäldern oder Grasland, um Land für die Biokraftstoffproduktion freizugeben, sehr schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt.

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Einige Studien haben gezeigt, dass diese Art von Aktivität Hunderte bis Tausende Tonnen Kohlendioxid pro Hektar freisetzen kann, um 1,8 Tonnen pro Hektar und Jahr für Mais, der für Bioethanol angebaut wird, oder 8,6 Tonnen pro Hektar und Jahr für Rutenhirse „einzusparen“.Land wird auch vom Anbau von Nahrungsmitteln für den Verbrauch in Biomasse zur Verwendung als Brennstoff umgewandelt.

Dies wurde erst kürzlich verstärkt, mit einer Studie über die Verwendung von Mais-Ethanol-Kraftstoffen in den USA Diese Studie stellte fest, dass die steigende Nachfrage nach Mais als Rohstoff für Biokraftstoffe zu einem Preissprung führte und daher die Umwandlung von Land für den Anbau fördertevon Mais.

Andere Studien zeigen auch eine ernste „Opportunitätskosten“ für die Nutzung wertvollen Landes auch auf diese Weise. Wenn Regierungen es ernst meinen mit der Reduzierung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre, hätte das Land, wenn es beispielsweise aus dem Wald umgewandelt würde, so bleiben sollen, wie es war. AEine bessere Strategie könnte darin bestehen, vorhandenes Ackerland, das für die Biokraftstoffproduktion umgewandelt wurde, tatsächlich aufzuforsten.

Die Umwandlung wilder Jungfernländer für die Biokraftstoffproduktion hat aus offensichtlichen Gründen auch schwerwiegende Auswirkungen auf die Biodiversität und die lokalen Lebensräume. Untersuchungen deuten auch darauf hin, dass die Produktion von Biokraftstoffrohstoffen wie Mais und Soja Erhöhung der Wasserverschmutzung durch Nährstoffe, Pestizide und Sedimente und Grundwasserleiter erschöpfen.

Es gibt jedoch einen anderen Bereich, in dem Biokraftstoffe erheblich sicherer für die Umwelt zu sein scheinen – der biologische Abbau. Verschiedene Studien haben gezeigt dass Biokraftstoffe, reine Pflanzenöle, Biodiesel, Mineralöl-Dieselmischungen und reiner 2-D-Dieselkraftstoff neigen dazu, viel schneller in der Umwelt abgebaut zu werden als herkömmliches Benzin oder Diesel.

Unter kontrollierten Bedingungen werden diese Substanzen etwa fünfmal schneller abgebaut als Erdöl oder Diesel und hinterlassen auch weitaus weniger giftige Nebenprodukte. Dies ist ermutigend und würde darauf hindeuten, dass Ereignisse wie Ölverschmutzungen weniger eine Umweltkatastrophe darstellen könnten, wenn der Tanker es istgefüllt mit Biokraftstoffen.

Also, sind Biokraftstoffe alles, wofür sie geknackt werden?

Kurz gesagt, ja, aber auch nein. Während einige Biokraftstoffe eindeutig besser für die Umwelt sind, als weiterhin fossile Brennstoffe auszugraben und zu verbrennen, müssen Regulierungsbehörden und Entscheidungsträger eine umfassendere Sichtweise einnehmen. Nicht alle Biokraftstoffeund Methoden der Biokraftstoffproduktion haben die gleiche Wirkung.

BanksPhotos/iStock

Wir haben bereits einige der oben genannten Probleme behandelt, wie z. B. die Konzentration auf die Wiederaufforstung, aber auch andere Dinge können getan werden.

Energieeinsparung und verbesserte Effizienz sind entscheidende Faktoren. Obwohl der Verbrennungsmotor in den letzten Jahrzehnten viel schlechte Presse erhalten hat, ist er immer noch eine der besten Maschinen zur Umwandlung von Kraftstoff, um nützliche Arbeit zu leisten, die unsere Spezies je entwickelt hat.

Es hat unsere Lebensweise buchstäblich revolutioniert. Wenn mehr Wert auf die Verbesserung ihrer Effizienz gelegt würde, als sie vollständig zu verbieten, könnten im Laufe der Zeit erhebliche Verbesserungen bei den Emissionen erzielt werden.

Laut einigen Studien in den Vereinigten Staaten hat sich gezeigt, dass eine Verbesserung der Effizienz um nur eine Meile pro Gallone für jedes Fahrzeug die Treibhausgasemissionen stärker reduziert als alle „Einsparungen“, die durch die gesamte Biokraftstoff-Maisproduktion erzielt werden. Andere inkrementelle Verbesserungen sindebenfalls in Entwicklung, die auch die Effizienz von Verbrennungsmotoren weiter verbessern könnten.

Ein Beispiel, genannt transiente Plasmazündung, ist ein gleichwertiger Ersatz für herkömmliche Zündkerzen, die nachweislich die Verbrennungseffizienz in Verbrennungsmotoren um bis zu 20 % steigern. Diese Art von Zündkerzen profitiert auch von einer längeren Lebensdauer als herkömmliche.

Aber solche Lösungen basieren immer noch auf dem Abbau und der Nutzung fossiler Brennstoffe. Mit dem Antrieb, Wortspiel beabsichtigt, für die Dekarbonisierung vieler Volkswirtschaften auf der ganzen Welt bieten solche Technologien realistischerweise nur eine kurze Atempause für den Verbrennungsmotor in der Zukunft.

Das heißt aber nicht, dass Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet gelockert werden sollten. Jegliche Vorteile, die für die Effizienz der Verbrennung erzielt werden, können auch, wenn auch indirekt, zur Steigerung der Effizienz von Biokraftstoffen in Verbrennungsmotoren genutzt werden.

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Aber es gibt einige Bereiche, in denen Biokraftstoffe eindeutig vorteilhaft sind. In vielen Fällen können Bioabfälle aus anderen industriellen Prozessen in Biokraftstoffe umgewandelt werden, anstatt sie wegzuwerfen. Ob es sich um die Vergärung von Lebensmittelabfällen handelt.Biogas/Bio-LPG oder Umwandlung von Abfallprodukten aus der Bierherstellung in Biokraftstoff.

Und das könnte am Ende der Hauptvorteil von Biokraftstoffen gegenüber ihren konventionellen fossilen Brennstoffalternativen sein. Wenn mehr Wert darauf gelegt wird, die Abfallprodukte aus bestehenden Prozessen zur Herstellung von Biokraftstoffen zu verwenden, anstatt Neuland oder landwirtschaftliche Flächen umzuwandelnLand für Futterpflanzen, können wir alle Vorteile von Biokraftstoffen mit geringeren Umweltkosten nutzen.

Das heißt natürlich, solange unsere Spezies weiter verwendet Verbrennungsenergie Produktion. Die wahrscheinlich noch viele Jahre andauern wird.

Sie sind schließlich so gut in dem, was sie tun.

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