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Bio-Fuels: Alles zu pflanzlichen Kraftstoffen auf Biomasse-Basis
4. Januar 2022
Autoteile & Technik

Bio-Fuels: Alles zu pflanzlichen Kraftstoffen auf Biomasse-Basis

Diskussionen um die automobile Energiewende kreisen im Minimalabstand um den Akku. Ab und an wird das Thema synthetischer Kraftstoffe auf Wasserstoff-Basis (E-Fuels) gestreift. Um Weiterentwicklungen klassischer Verbrennungsmotoren wird schon ein großer Bogen gemacht. Ein Thema wird meistens komplett vernachlässigt: Bio-Kraftstoffe galten in der Vergangenheit als der grüne Weg zur CO2-neutralen Mobilität. Das sind sie theoretisch auch immer noch. Was ist passiert?

Energie aus reiner Pflanzenkraft anstelle fossilen Dinosafts? Das gibt es bereits, sogar mit landwirtschaftlich nutzbarem Nebenprodukt. Doch das Problem der Gegenwart liegt im Anbau und vor allem der dafür benötigten Fläche für das Grünzeugs. Alternativen für die mittelferne Zukunft, ohne direkten Anbau, rücken dabei immer weiter in die Ferne.

Stark vereinfacht erklärt, visiert ein Entwicklungsstrang bei Biokraftstoffen Gülle und Bio-Abfall als Ausgangsprodukt für Biogas an, anstelle der frischen Pflanzen vom Feld. Andere Forschungen zielen direkt auf biologischen Flüssig-Kraftstoff, den reguläre Benziner oder Dieselmotoren ohne große Anpassung schlucken. Noch gelingt das nur in kleinen Dosen und mit hohem technischen Aufwand.

Worum es bei etwaigen Umbauten am Fahrzeug geht? Wieso diese Verbrennung als sauber(er) gilt, als die von fossilem Kraftstoff? Und woran es aktuell im Anbau hinter den Kulissen mangelt? Das klären wir hier, mit besonderem Fokus auf herkömmliche Pkw und ihren CO2-Ausstoß.

Bio-Fuels: Darum sind pflanzliche Kraftstoffe (theoretisch) sauberer

Bio-Ethanol-Anlagen stehen überall in Deutschland, sind aber nicht so auffällig wie Bio-Gas-Anlagen. (Bild: iStock)

Der Begriff „Bio“ verweist im Zusammenhang mit Kraftstoffen auf den biologischen Ursprung, nicht etwa auf Öko-Anbau. Wir sprechen also in jedem Fall von nachwachsenden Rohstoffen, von Biomasse. Am häufigsten bilden Raps, Getreide, Zuckerrohr oder Zuckerrüben die Grundlage von Biosprit.

Wie fossiles Benzin und Diesel, entzündet sich Bio-Kraftstoff in den Brennräumen des Motors und setzt dabei CO2 frei. Ein wesentlicher Unterschied: Es handelt sich ziemlich genau um dieselbe Menge an Kohlendioxid, die die Pflanze zuvor einspeicherte. Bei Kraftstoffen aus fossilen Quellen existiert die betreffende CO2-Menge ebenfalls bereits vor der Fahrt zum Supermarkt. Doch die Menge an Kohlendioxid wird aus dem Erdreich gepumpt und gelangt erst über den Auspuff in die Atmosphäre.

Überspitzt lässt sich so für Bio-Treibstoff ein globaler Kreislauf, rund um eine (ungefähre) Null, beim CO2-Ausstoß skizzieren: Das ausgestoßene Kohlendioxid absorbiert die auf der Plantage nachwachsenden Pflanze wieder. Kalkuliert man den CO2-Ausstoß von Herstellung und Lieferung des Bio-Treibstoffs mit ein, sehen Experten immer noch mindestens 60 Prozent CO2-Ersparnis gegenüber herkömmlichen, fossilen Treibstoffen.

Auf der Habenseite steht außerdem die vollständige Verwertung der Biomasse: Bei den heute gebräuchlichen Bio-Fuels erster Generation (also Bioethanol, Biodiesel, Biogas) können etwaige Restprodukte in der Landwirtschaft Nutzung finden. Beispiel: Beim Raps fließt rund ein Drittel direkt in die Treibstoffgewinnung. Die restlichen zwei Drittel gehen in die Tierfutter-Produktion.

Bio-Fuels heute: Wo Bio-Treibstoff bereits Anwendung findet

Die Beschriftungen E5/E10 sollten den meisten geläufig sein, aber B7-Diesel enthält auch 7% Bio-Diesel. (Bild: iStock)

Aktuell strebt die motorisierte Menschheit die weitestmögliche Abkehr vom fossilen Treibstoff in Auto, Schiff, Flugzeug und Bahn bis 2050 an. So formuliert es zumindest das Pariser Klimaabkommen aus dem Jahr 2015. Erste Bemühungen um Bio-Krafstoffe datieren weit mehr als ein Jahrhundert zurück, noch vor der Erfindung des Automobils. Mit solchen Kraftstoffen beschäftigen sich bereits der Erfinder Nikolaus August Otto („Ottomotor“) und Henry Ford bei der Entwicklung des Model T.

Doch fossile Kraftstoffe waren damals schlicht günstiger und leichter verfügbar und setzten sie sich durch. Ganz unkompliziert läuft es mit Bio-Fuels auch aus heutiger Perspektive nicht. Einfach Pflanzenöl in den Tank kippen? Ganz so einfach ist es nicht, auch wenn es bei manchen Dieselmotoren tatsächlich geht. Stattdessen kommt im Benziner Bio-Ethanol nur in klar definierten Mengen zum Einsatz. Selbstzündern wird Bio-Diesel nur beigemischt. Das hängt mit der Oktan- bzw. der Cetanzahl zusammen: Der Bereitwilligkeit des Kraftstoffs zu explodieren und die Stärke, mit der er es tut.

Bioethanol entsteht durch Vergärung der Biomasse, meist Zuckerrohr, Zuckerrüben oder Mais. In der Praxis läuft kein serienmäßiger Ottomotor ausschließlich auf Bio-Ethanol. Ohne technische Anpassungen an Leitungen und Einspritzsystemen des Autos gilt ein Ethanol-Anteil von bis zu 20 Prozent als möglich. In Deutschland werden an herkömmlichen Zapfsäulen seit 2011 bis zu 10 Prozent beigemischt. Darauf verweist der Namenszusatz „E10“ (oder „E5“ bei 5% Anteil). Ob das Auto den Bio-Anteil verträgt? Generell gilt hier laut ADAC: Jeder ab 2012 in der EU angebotene Großserien-PKW muss ohne Schäden auf E10 laufen.

Biodiesel besteht in Grundzügen aus Pflanzenöl, meist Raps. In einem chemischen Verfahren (genannt „Umesterung“) wird die zähe Flüssigkeit für den Einsatz im herkömmlichen Serien-PKW angepasst. Wie beim Benzin kommt eine Mischung aus der Zapfsäule: Seit 2012 sind bis zu 7 Prozent Bio-Anteil im Diesel denkbar, gekennzeichnet durch „B7“.

Die biologische Alternative zum Erdgas heißt Biogas. Es entsteht wie Bioethanol in einem Gärungsprozess, kann neben Lebensmitteln wie Mais sogar aus Gülle gewonnen werden. Doch eine Einschränkung besteht: Reguläre Leitungen und Werkstoffe im herkömmlichen CNG/Autogas-Serienauto überstehen lediglich einen Anteil von 5 bis 10 Prozent Biogas unbeschadet.

Technische Umbauten: Das braucht es für höhere Anteile an Bio-Fuels

Der meiste Biokraftstoff weltweit wird aus Zuckerrohr gewonnen. Das liegt größtenteils an Brasilien. (Bild: iStock)

Ein randvoller Tank Bio-Treibstoff? Das funktioniert, aber erst nach umfangreichen Umbauten am Fahrzeug. In der Praxis erfolgt das in Europa bislang nur bei Diesel-Modellen. Diese laufen dann jedoch nicht auf dem chemisch-behandeltem Biodiesel, sondern mit der weitgehend rohen Variante des Pflanzenöls (in der Szene „PÖL“ abgekürzt). Konkret werden beim Umbau die Kraftstoffpumpe an das dickflüssigere pflanzliche Produkt angepasst und herkömmliche Kraftstoffleitungen durch Schläuche mit mindestens 10 Millimeter Durchmesser ersetzt.

Eventuell braucht es ein elektrisches Vorheiz-System und garantiert viel Internetforen-Recherche. Denn bei heute gängigen Dieselmotoren mit Turbolader und Common-Rail-Einspritzung, klappt die Umrüstung normalerweise nur mit zusätzlichen Leitungen und zwei Tanks. Einen für fossilen Diesel und einen für pflanzliches Öl. Preislich kann die Schere für die Umrüstung somit weit auseinandergehen. Umrüster nennen Beträge zwischen 300 und 4.000 Euro für die Materialien.

Das ist teuer, vor allem wenn man die Umrüstung nicht selbst durchführen kann. Die steuerlichen Vorzüge hierfür endeten außerdem 2006. Die größte Einschränkung aber: Glücklich werden mit PÖL vornehmlich Fahrer mit Lagerplatz für große Fässer und überschaubaren Strecken. Ein Netz existiert nicht, und der Supermarkt um die Ecke verkauft Rapsöl-Flaschen eben nur in haushaltsüblichen Mengen. Dafür winken 60 Prozent Netto-Einsparung beim CO2.

Und beim Ottomotor? Spätestens ab „E20“ (also ab 20% Bioethanol-Anteil) benötigt der Benziner ein eigens entwickeltes Motormanagement mit angepasstem Zündzeitpunkt, Erkennungsmechanismus für den Ethanol-Anteil und fein-justierter Einspritzmenge. Das existiert auch, aber vornehmlich in Brasilien.

Dort rief die Regierung Anfang der 1970er-Jahre ein Ethanol-Programm aus und reagierte so auf die Ölkrise. Sie jeher tankt man dort effektiv Cachaça – hochprozentigen Zuckerrohrschnaps. Die Spritpreise bewegen sich daher konstant auf spottbilligem Niveau. Inzwischen sind über 90% aller Autos in Brasilien mit einem sogenannten Flex-Fuel System ausgestattet.

Ein ideales System, könnte man meinen. Allerdings nicht ohne Kehrseite(n). Jeder der einmal in Brasilien zu Besuch ist, wird sofort den seltsamen, penetrant-süßlichen Verbrennungsgestank in den Großstädten bemerken. Ganz zu schweigen von der hierfür vorangetriebenen Abholzung des Amazonas. Mit 100% Alkohol wird allerdings auch in Brasilien nicht gefahren. Für „E100“ (reines Bioethanol) wäre laut der TU Wien ein gänzlich anderes Einspritzsystem notwendig.

Kritik und Schwierigkeiten im Zusammenhang mit Bio-Fuels

Eigentlich sind die Bestimmungen eindeutig: Flächenaufbereitung, Anbau und Transport von Biosprit müssen unter streng ökologischen Kriterien erfolgen. Kein Schaden für tierische und menschliche Anwohner des genutzten Landes darf entstehen. So steht es verkürzt in einer EU-Richtlinie aus 2013. Doch wenn der Sprit außerhalb der EU entsteht, sind Kontrollen schwer umzusetzen.

In Deutschland trifft das auf 0,5 von jährlich 3,2 Millionen Tonnen Bio-Diesel zu. Zugekauft wird u.a. aus Indonesien – wo eine NDR-Reportage im Jahr 2019 grobe Missachtungen und schwere Eingriffe ins lokale Ökosystem aufzeigte. Es kommt zu Brandrodungen, um Platz für Ackerland zu schaffen, wobei riesige Mengen CO2 freigesetzt werden.

Daneben verweisen Wissenschaftler auf Probleme abseits von CO2: Der Einsatz von Düngemittel setzt Lachgas frei, was sich stärker auf den Treibhauseffekt auswirken kann als das eingesparte CO2. Und: Biokraftstoffe aus eigens angebauten Nutzpflanzen konkurrieren mit dem Anbau von Nahrungsmitteln um landwirtschaftliche Nutzfläche. Damit entsteht die Situation, dass entweder zulasten hungernder Menschen oder der verbliebenen Naturflächen getankt wird.

Mittlere und ferne Zukunft der Bio-Fuels

Die dritte Generation Bio-Fuels soll aus platzsparenden Algen gewonnen, welche keine Anbaufläche benötigen würden. (Bild: iStock)

Kraftstoffe wie bisher behandelt sind Bio-Fuels der ersten Generation. Generation zwei könnte viele technische und ökologische Schwierigkeiten lösen: BTL steht für „Biomass-to-Liquid“ also die denkbar kürzeste Umwandlung der Pflanzen in flüssigen Kraftstoff. Produktionstechnisch wird die Biomasse zunächst in den gasförmigen Zustand überführt und dann über ein Syntheseverfahren verflüssigt.

Ein Vorteil: Laut Forschern kann hierfür Stroh oder Holz verwendet werden – ein Cellulose-reicherer Stoff als Raps etwa. Somit entstünde pro Quadratmeter Anbaufläche mehr Kraftstoff. Daneben erhoffen sich Wissenschaftler eine unkompliziertere Nutzung des so erzeugten Biodiesels im serien-Pkw. Allerdings: Das Verfahren steckt noch in der Erprobung. Wann es in der Massenproduktion zur Anwendung kommen kann, ist ungewiss. Parallel wird an Generation drei der Biokraftstoffe geforscht: Hier sollen Algen als Biomasse dienen. Erneut geht es um den Energiegehalt, er fällt in der Alge noch höher aus als bei Pflanzen.

Es gibt also einige technische Innovationen und Marktbedürfnisse, die für eine Zukunft von Biokraftstoffen sprechen. Besonders in der Schifffahrt und für große Flugzeuge ist es unwahrscheinlich, dass sich Batterien jemals durchsetzen werden. Die Energiedichte, das Gewicht und der Platzbedarf machen es fast unmöglich. Für die Verbreitung von Bio-Fuels wird aber ein anderer Faktor entscheidend sein: Die staatliche Förderung und die Besteuerung. Die legt den Fokus derzeit auf E-Mobilität. Doch allen Eventualitäten und Kritikpunkten zum Trotz: Auf dem Zettel haben sollten wir diese (theoretisch) ökologische Alternative.

Titelbild: iStock

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