Biokraftstoffe

1. Biokraftstoffe Herstellung und Verwendung von Biodiesel

2. Inhalt • Herstellung von Biodiesel anhandeines Experiments • Was ist Biodiesel chemisch und was passiertwährend der Herstellung? • WelcheVerwendung und Bedeutung hat Biodiesel heute?

3. Herstellung von Biodiesel anhandeinesExperiments • Gerätschaften • Chemikalien • Durchführung • Abweichung • Resultat • Beobachtung

4. Gerätschaften

5. Chemikalien Methanol • CH3OH • Dichte: 0,79 g·cm−3 • Schmelzpunkt: -98°C • Siedepunkt: 65°C • Giftig, leichtentzündlich

6. Chemikalien Natriumhydroxid • NaOH • Dichte: 2,13 g·cm−3 • Schmelzpunkt: 322°C • Siedepunkt: 1388°C • Ätzend

7. Chemikalien Rapsöl • Dichte: 0,92 g·cm−3 bei 15°C • Rauchpunkt:130 – 190°C • Flammpunkt: 317°C

8. Chemikalien Dest. Wasser • H2O • Dichte: 0,99 g·cm−3 • Schmelzpunkt: 0°C • Siedepunkt: 100°C

9. Durchführung • NaOHabwiegen-> 5g • Methanol abmessen ->110mL • NaOHunterrührenim Methanol lösen • Rapsölabmessen -> 500mL • Rapsöl auf 55°C erwärmen -> Heizplatteabschalten • Methanol/NaOH– LösungdemRapsölzugeben • VerrührenbisFarbumschlagsichtbar ( ca. 5min ) • In den Scheidetrichterüberführen • Glycerin setztsichab • Glycerin ablassen • Dest. H2O zugeben und vermischen • H2O/Seifengemischsetztsichab • H2O/Seifengemischablassen • Vorgangmehrfachwiederholen

10. Abweichung Nach 3 TagenimScheidetrichter • Esbildetsichimoberen ¼ eine “klare” Phase. Eshandeltsichdabei um den durchUmesterungentstandenenBiodiesel. • Die darunterliegende Phase bestehtauseinem Glycerin-Seifen-Gemisch.

11. Abweichung Durchdekantierenkonnte die obere Phase (Biodiesel) fast vollständigvom Glycerin-Seifen-Gemischsepariertwerden.

12. Abweichung Nachdem das Glycerin-Seifen-Gemisch in einBecherglasüberführtwurde, wurdeerneuterhitzt und verrührt (auf ca.65°C)

13. Abweichung Anschließendwurde das Gemisch von der Heizplattegenommen. NachkurzerZeitsetztsich am Boden des Becherglases das Glycerin ab.

14. Abweichung MitHilfeeiner Pipette wurde das am Bodenbefindliche Glycerin in einBecherglasüberführt.

15. Das Resultat

16. Beobachtung • NaOHlässtsichim Methanol lösen • Methanol erwärmtsichbeimlösen des NaOH • Methanol-NaOH-Lösungisttrübeimgegensatzzum Methanol • Lösevorgangwirddurch das Rührenbeschleunigt • Rapsölwirdnach der Zugabe der Lösungtrübe • NacheinpaarMinutenwird das trübeGemischnochdunkler • Die BiodieselphasesetztsichimoberenTeil des Trichtersab • Die Seifenphasebefindetsich in der Mitte • Glycerin sammeltsich am Boden

17. Was ist Biodiesel und was passiertwährendder Herstellung? • Reaktionsgleichung • Was istRapsöl und worausbestehtes? • Was sindFettebzw. fetteÖle? • Was sindCarbonsäuren? • Was ist Glycerin? • Was sind Ester? • Was istMethanol? • Was geschiehtbeieinerUmesterung? • Was ist Biodiesel? • WarumwirdNaOHbenötigt? • Welchennegativeneffekt hat der Einsatz von NaOH?

18. Reaktionsgleichung

19. Was istRapsöl? • PflanzlichesÖl, das ausdemSamen der Rapspflanzegewonnenwird. • Esbestehtaus: - Ölsäure - Linolsäure - Linolensäure - Glycerin • GehörtauschemischerSichtzu den Fettenbzw. fettenÖlen

20. Was sindFette? Definition FettesindeinGemischauslangkettigenCarbonsäuren, die mitGlycerineinenTriesterbilden – Siewerden Triglyceride genannt. FetteÖlehabenimgegensatzzuFetteneinenhohenAnteil an ungesättigtenCarbonsäuren

21. Was sindCarbonsäuren? CarbonsäurenbestehenauseinemAlkyrest und einerfunktionellenGruppe, der Carboxylgruppe. Alkyrest ( Ethly- )Carboxylgruppe Wirdauchals “Kette” bezeichnet Man unterscheidetzwischenkurz- und langekttigenCarbonsäuren

22. Was sindCarbonsäuren? LangkettigeCarbonsäurenwerdenalsFettsäurenbezeichnet. Hierbeiunterscheidet man zwischenungesättigten und gesättigtenFettsäuren

23. Was istCarbonsäuren? Da RapsölvorwiegendausungesättigtenFettsäurenbesteht, gehörteszu den fettenÖlen

24. Was ist Glycerin? • Glyceringehörtzu der Gruppe der mehrwertigenAlkohole • Aufgrund seiner 3 Hydroxygruppen( OH-Gruppen ) handeltessich um einendreiwertigenAlkohol • Bei “Glycerin” handeltessich um einenTrivialnamen • Systematischwird Glycerin alsPropan-1,2,3-triol bezeichnet • Propantriolist der einfachstedreiwertigeAlkohol

25. Was sind Ester? Definition WenneinAlkoholmiteinerSäureunterabspaltung von Wasserreagiertentstehtein Ester.

26. Bildung von Fetten FettesindeinGemischauslangkettigenCarbonsäuren, die mitGlycerineinenTriesterbilden

27. Was ist Methanol? • Methanol gehörtwie Glycerin zu der Gruppe der Alkohole • Erist der einfachsteAlkohol • Methanol lässtsich in jedemVerhältnis in Wasserlösen

28. AblaufeinerUmesterung NaOH Rapsöl + Methanol ----> Glycerin + Rapsmethyl ester

29. WarumwirdNaOHbenötigt? NaOHwirdalsKatalysatoreingesetzt. Katalysatorenhaben die Aufgabe die AktivierungsenergieeinerReaktionherabzustezten und siesomiteinzuleitenbzw. schnellerablaufenzulassen. Katalysatorenliegennach der Reaktionunverändertvor!

30. WelchenEffekt hat NaOH? NaOHist in der LageFettezuspalten. DiesenVorgangbezeichnet man alsVerseifung

31. Auswertung • Es lässt sich lösen, da beide Stoffe einen polaren-Charakter besitzen • Eshandeltsich um einenexothermenLösevorgang • Die NaOH- und Methanol-MolekülebildenaufgrundelektromagnetischerWechselwirkungKetten, wordurch die Lösungtrübewird • Durch das AufwirblenwirdeinegrößereKontakoberflächegeschaffen • Die Umesterung beginnt: Biodiesel, Glycerin und Seife werden gebildet und beinflussen das Aussehen. • Je mehr Zeit verstreicht, desto mehr schreitet die Umesterung voran, bis nicht’s mehr umgesetzt werden kann. • Biodiesel hat die geringsteDichte. ( 0,88 g * cm -3bei 20°C) • Die Seife hat eine höchre Dichte als Biodiesel, aber eine geringere als Glycerin. ( 1,26 g * cm -3 ) • Glycerin hat die höchsteDichte ( 1,26 g * cm -3bei 20°C)

32. WelcheVerwendung und Bedeutung hat Biodiesel heute? • Eigenschaften • Verwendung • Produktion • Bedeutung

33. Biodiesel • KraftstofffürselbstzündendeKolbenmotoren (Dieselkraftstoffe), Lösungsmittel • Rapsmethylester -> kurz RME • Dichte: 0,88 g*cm-3bei 20°C • Heizwert: 32,7 MJ/L = 37,2 MJ/kg • Brennwert: 35,2 MJ/L = 40 MJ/kg • Schmelzbereich: -10°C • Flammpunkt: 180°C • Züntemperatur: circa 250 °C • GilltnichtalsGefahrstoff

34. Diesel • KraftstofffürselbstzündendeKolbenmotoren • Dichte: 0,83 g*cm-3bei 15°C • Heizwert: 35 MJ/L =42,5 MJ/kg • Brennwert: 37,4 MJ/L =45,4 MJ/kg • Flammpunkt: >55°C • Züntemperatur: circa 220 °C

35. Verwendung Biodiesel wirdalsErsatzstofffürherkömlichen Diesel verwendet Seitdem 01.01.2007 isteineBeimischung von 5% gesetzlichgefordert Bei so geringenMengenistkeineFreigabevomHerstellernotwendig

36. Verwendung

37. Verwendung Da Biodiesel aucheigenschafteneinesLösemittelsbesitzt, istbeiVerwendung von B100 ( 100% Biodiesel ) eineFreigabe des Fahrzeugerstellersnotwendig, da Dichtungen und Schläucheangegriffenwerden. AusdiesemGrundwird Biodiesel auchnichtalsHeizölverwendet, da die Umrüstungsehraufwendigwäre.

38. Verwendung In der Schifffahrt und imSchienenverkehrkommt Biodiesel nur in wenigenkleinenProjektenzumEinsatz Der EinsatzimFlugverkehrbefindetsichnoch in der Entwicklung. EswurdenbishernurTestflügedurchgeführt.

39. Produktion In Deutschland produzierenrund 40 HerstellerBiodiesel 2007 betrug die Kapazität der Produktion 4,8 MillionenTonnen WobeiimgleichenJahrnuretwa 3,3 MillionenTonnenabgesetztwurden Der Großteil der Herstellerproduzieren in den neuenBundesländern

40. Zukunftsbedeutung NachmehrerenJahrenmitsteigendenAbsätzenist der Verkauf von Biodiesel-Reinkraftstoff in Deutschland seit 2008 rückläufig

41. Zukunftsbedeutung Preise 08.03.2011 • Diesel: 141,9 centpro Liter • Biodiesel: 109,9 cent pro Liter

42. Zukunftsbedeutung Der kraftstoffbedingteMehrverbrauch ( ca. 5% ), technischeRestrisiken und gegebenenfallsUmrüstungskostensteheneinemheutenurnochgeringenPreisvorteilegegenüber Und: Ab 2012 gillt der volleSteuersatz von 45 cent ( derzeit 33cent )

43. Biokraftstoffe Herstellung und Verwendung von Biodiesel