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Volkmann Consult – Corporate Advisors, Dusseldorf – Alemania, www.volkmann-consult.de
‚Biokraftstoffe – Markt, Technologie und aktueller Stand der politischen Diskussion‘
Dipl.-Bw. Dirk Volkmann
Lima, 11 de noviembre 2008
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Kraftstoffverbrauch in Deutschland 2006 2006 wurden in Deutschland 54.6 Mio. t Kraftstoff verbraucht, davon stammen fast 6% aus Erneuerbaren Ressourcen – größtenteils Biodiesel
Source: BMELV
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Quelle: Mineralölwirtschaftsverband, Prognose 2007
Kraftstoffverbrauch in Deutschland bis 2020
15,6
28,6
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Pflanzenöl Biodiesel Bio-Methan
Bio-Ethanol DME
Wasser- stoff
BTL
Rapssaat X X X X X X
Sonnen-blumen X X X X X X
Korn X X X X X
Stroh X X X X
Mais X X X X X
Kartoffel X X X X X Zucker-
rübe X X X X X
Holz X X X X
versch. Biomasse X X X X
Rohstoffe für Biokraftstoffe in Deutschland
DME = Dimetylether, BTL = Biomass-To-Liquid
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Eigenschaften Biodiesel
• Rohstoff: Rapsöl (und andere nichttrocknende Pflanzenöle)
• Jahresertrag je ha: 1,300 - 1,520 l/ha/a
• Kraftstoffäquivalent: 1 Liter Biodiesel ersetzt ca. 0.91 liter of Diesel
• Marktpreis (abhängig vom Rohstoff): 0.95 – 1.05 EUR/liter
• CO2-Reduktion (abhängig vom Rohstoff): ca. 70 % (bezogen auf das Diesel-Äquivalent )
• Technische Hinweise: Reiner Biodiesel nur mit Freigabe des Herstellers; Beimischung bis 5% ohne Anpassung des Motors
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Biodiesel-Spezifikation (Rapsöl im Vergleich zu Tierfett)
Eigenschaften Einheit DIN EN 14214
RME AME Einfluss
min. max. Rohstoff Prozess
Ester-Anteil % (m/m) 96,5 99,5 95,9
Dichte bei 15° C Kg/m3 860 900 883,9 876,6
Viskosität bei 40° C mm²/s 3,5 5 4,5 4,54
Fllammpunkt ° C 120 - > 127 168
Schwefelanteil mg/kg - 10 < 10 20,4
Cetanzahl 51 55,2 54,5
Gesamtverschmutzung mg/kg - 24 < 20 7
Oxidationsstabilität, 110° C h 6 - 8 11,7
Acid No. mg KOH/g 0,5 0,26 0,395
Jodzahl gr /100gr 120 < 120 64
Anteil Linolsäure % (m/m) 12 < 12 1,3
Stockpunkt ° C 0 - 13 8
RME – Rape seed methyl ether; AME – animal fat methyl ether
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Pflanzenöl Dichte
(15°C) [kg/dm3]
Heizwert MJ/kg
Kin. Viskosität
(20°C) [mm2/s]
Cetan-zahl
Stockpunkt (°C)
Flammpunkt (°C)
Jodzahl [g/100g]
Rapsöl 0.92 37.6 72.3 40 0 bis -3 317 94 bis 113
Sonnenblumenöl 0.93 37.1 68.9 36 - 16 bis -18 316 118 bis 144
Sojaöl 0.93 37.1 63.5 39 -8 bis -18 350 114 bis 138
Leinöl 0.93 37.0 51.0 52 -18 bis -27 - 169 bis 192
Olivenöl 0.92 37.8 83.8 37 -5 bis -9 - 76 bis 90
Baumwollsaatöl 0.93 36.8 89.4 41 -6 bis -14 320 90 bis 117
Jatropha 0.91 37.0 71.0 51 - 340 103
Kokosöl (-fett) 0.87 35.3 21.7 - 14 bis 25 - 7 bis 10
Palmöl (-butter) 0.92 37.0 29.4 42 27 bis 43 267 34 bis 61
Palmkernöl (-fett) - 35.5 21.5 - 20 bis 24 - 14 bis 22
Eigenschaften verschiedener Pflanzenöle
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Um den notwendigen Grad der Umesterung von 98% zu erreichen wird Methanol für die Gleichgewichtsshiftreaktion zugefügt. Für Prozessstart und –beschleu-nigung wird Kaliumhydroxid (KOH) als Katalysator zugegeben.
Dann wird Glyzerin, das in RME unlöslich ist, abgezogen und aufbereitet, der Katalysator entfernt und der Metahnolüberschuss destilliert. Der Glyzerin- und Methanolanteil definieren die Qualität des Fertigproduktes.
Prinzip der RME-Produktion (diskontinuierlicher Prozess) Rapsöl (90%)
Methanol (10%)
Katalysator (KOH)
Umesterung
Abtrennung
Reinigung / Destillation
Reinigung / Destillation
Methylester Glyzerin- phase
Glyzerin, Seife etc. H2O
H2SO4
RME Methanol Glyzerin Kaliumsulfat (K2SO4
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10% !
2008
Biodieselproduktionskapazitäten in Deutschland in Tsd. t
Quelle: VDB Biokraftstoffverband
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Eigenschaften Bio-Ethanol
• Rohstoff: Getreide, Zucker, (Holz, Stroh)
• Jahresertrag je ha: 2,500 l/ha
• Kraftstoffäquivalent: 1 Liter Bio-Ethanol ersetzt ca. 0.66 Liter Benzin
• Marktpreis: 0.60 EUR/liter
• CO2-Reduktion: 30 - 70 % (im Verhältnis zum Benzinäquivalent)
• Technische Hinweise: Beimischung von bis zu 5% ohne Anpassung der Motorsteuerung
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Biomasse (z.B. Korn, Mais, Zuckerrübe, Zuckerrohretc.)
Verarbeitung zu Maische (Mahlen, Kochen, Fermentation, Verzuckerung)
Bio-Ethanol (Reinheit > 99%)
Fermentation
Destillation
Dehydrierung
Bio-Ethanol Prozess (Grobschema)
Schlempe
Tierfutter
Enzyme
Wasser
Hefe
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Bioethanol-Markt – weltweite Produktion 2006
Data sources: Ethanol industry outlook RFA, 2007
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Beimischverordnungen für Ethanol und Methanol in den 30er Jahren
Nr. Land Bei-
mischungs- zwang
Gesetzliche Regelung für den Beimischungszwang
Zusammensetzung des spiritus- oder
methanolhaltigen Treibstoffes
Handels- name
Verbrauch an Treibstoff-
spiritus exkl. Methanol
Gesamt- Spiritus-
erzeugung
1 Belgien nein — — — 440 hl (1932)
165 000 hl (1934)
2 Brasilien ja Gesetz vom 1.4.1931 10% Zusatz —
474 600 hl (1935)
1 000 000 hl (1936)
—
3 Bulgarien nein Finanzgesetz 1930/1931 75-70% Bzn., 25-30% A. 97-95% Bzn., 3-5% A. — — —
4 Chile ja Gesetz vom 28.9.1933 Alkoholzusatzmenge 6,25% — — — 5 Cuba nein — 37% Bzn., 3% Bzl., 60% A. Mofuco — — 6 Dänemark nein Spiritusmonopol 75% Bzn., 25% A. — — —
7 Deutschland ja
Spiritusmonopol Gesetze vom Juli 1930,
September 1931, August 1932, August 1935
1.1.1936, 6.5.1936, 9.7.1936, 11.7.1936
89% Bzn., 11% A. 79% Bzn., 10% Bzl., 11% A.
58% Bzn., 38,5% Bzl.(10% M. enthaltend), 3-4% A.
58% Bzn., 35% Bzl. Mit 10% M., 3-4% A. neben 3,5 bis 5%
M.
Aral, Motorin Olexin
Dynamin Esso
Monopolin
2 203 775 hl (1934/1935)
3 583 000 hl (1934)
8 England nein — 70% Bzn., 15% Bzl., 15% A.
Cleveland Discol British-Alcohol- Blend
80 000 hl (1934)
1 120 000 hl (1934)
9 Ecuador ja vom 6.12.1933 80% Bzn., 20% A. — — —
Quelle: Fabrikation von absolutem Alkohol zwecks Verwendung als Zusatzmittel zu Motortreibstoffen, Halle(Saale) 1937
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Biomassenutzung Kraftstoffe - Biogas
Erste Anlagen werden derzeit in Deutschland konzipiert. Die deutsche Gaswirtschaft hat sich dazu verpflichtet, dass zukünftig 10 % des im
Verkehrssektor abgesetzen Gases aus Biomasse kommt.
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Biokraftstoffe der 2. Generation:
• Choren Industries, D BTL • FZK / Lurgi, D
• Abengoa, Spanien • Arkanol, Japan & USA • SunOpta, Kanada • American Process, USA • Alico, USA • BAFF, Schweden Zuckergewinnung aus lignocellulosehaltige • Globex, USA Biomassen • Blue Fire Ethanol, USA • IOGEN, Kanada • Sekab, Schweden • Green Sugar, D • St. Petersburg Forestry Institute, Russland
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Dritte Generation
• Ökostrom aus erneuerbaren Energiequellen, vor allem aus Solar- und Windenergie zum Betrieb von Elektroautos
• alternativ bietet sich der Energieträger Wasserstoff an, der im Fahrzeug über eine Brennstoffzelle im Strom umgewandelt wird und die Elektromotoren antreibt
• Vorteil: die Flächeneffizienz von Wind- und Solarenergie ist um ein Vielfaches höher als die aller Biokraftstoffe der Ersten und Zweiten Generation
• die Experten halten es für durchaus wahrscheinlich, dass in den nächsten zwanzig Jahren das mit erneuerbaren Strom betriebene Elektroauto die Mobilität weltweit revolutionieren wird
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Eigenschaften BTL
• Rohstoff: Energiepflanzen und Holz
• Jahresertrag je ha: ca. 4,050 l/ha
• Kraftstoffäquivalent: 1 Liter BTL (Synfuel/Sunfuel) ersetzt ca. 0.93 Liter Diesel
• Marktpreis: n.a. (vorläufige Berechnungen zeigen einen Bereich zwischen 0.70 und 1.10 EUR/l)
• CO2-Reduktion: > 90 % (Kalkulation)
• Technische Hinweise: kann sowohl pur oder als Beimischung ohne Anpassung der Motorsteuerung verwendet werden
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Hydrocracking Isomerisierung
Prozesse - BTL Schema
Thermische Vergasung
Synthese-gas
H2 + CO
Fischer-Tropsch
Synthese
Methanol- synthese
GuD-Kraftwerk
DME Olefine Benzin
FT Wachs
Diesel Benzin Kerosin LPG Petrochemie
Strom-erzeugung
Wasserstoff
Biomasse
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Ausblick
Quelle: Nexant, 2006
BtL Kraftstoff Kraftstoff aus Bioethanol Bioethanol (Lignozellulose) Bioethanol (Stärke und Zucker)
Bio
etha
nol u
nd B
tL K
rafts
toffp
rodu
ktio
n w
eltw
eit i
n M
io. t
o/Ja
hr
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Elektro-Pkw, Li-Ionen-Batterie, Strom aus Windkraft Benzin-Hybrid, Direkteinspritzung
Elektro-Pkw, Li-Ionen-Batterie, Strom aus EU-Mix * Diesel, Direkteinspritzung mit Partikelfilter Pkw, Erdgas-/Benzinantrieb
5% Ethanol aus Zuckerrüben/ Benzin, Direkteinspritzung Synthetischer Diesel aus Plantagenholz, Direkteinspritzung Biodiesel aus Raps, Direkteinspritzung
Energieverbrauch (‚well to wheel‘) alternativer Antriebsarten (Energieerzeugung, Transport und Verbrauch insg.)
2,2
5,8
6,0
6,4
7,0
7,2
11,7
11,7
(0) Liter Kraftstoff/100 km (CO2/km)
(141)
(87)
(156)
(135)
(160)
(14)
(83) * Mischung aus in den 15 EU-Ländern durchschnittlich verwendeten Energiequellen (Atomstrom, Kohle, Gas, Öl. Erneuerbare Energien)
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‚mit der Bioenergie wird das Brot teurer‘ ‚Energiepflanzen nehmen der Landwirtschaft die
Fläche weg‘ ‚unser Biodiesel zerstört den Regenwald‘ ‚für Bioenergie müssen Menschen in den
Entwicklungsländern hungern‘ ‚Biogas stinkt‘ ‚Biodiesel verursacht mehr CO2 als er einspart‘ ‚Bioenergie verursacht Monokulturen‘
Die politische Diskussion:
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Anteil Biokraftstoffe im globalen Kraftstoffmarkt 1980-2005.
Quelle: Jahrbuch EE 2007
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Entwicklung der Weizenpreise in Deutschland seit 2006
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Wirtschaftlichkeit Höhere Erzeugungskosten im Vergleich zu den klassischen
Kraftstoffen Subventionen & Zusatzeinkommen von Nebenprodukten
notwendig Umwelt
geringere Treibhausgas-Emissionen, (abhängig vom Produktionskonzept)
geringer Einfluss auf die lokale Luftverschnutzung Energiesicherheit
Ja, aber eingeschränkt durch die Verfügbarkeit von Agrarflächen Hoher Energieverbrauch
Technologie kommerziell verfügbar 1. Gen., F&E Bedarf für 2. Generation F&E für Kostenverbesserungen & neue Rohstoffe (BTL)
AUSBLICK
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