Bioethanol und Biodiesel
Bioethanol und Biodiesel sind Kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Ihr Vorteil und ihre Grenzen lassen sich mit Daten bewerten.
Das lernst du heute
- Ich kann beschreiben, wie Bioethanol und Biodiesel hergestellt werden.
- Ich kann Vor- und Nachteile nennen.
- Ich kann einfache Energie- und Massenrechnungen ausführen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Alkoholische Gärung: Wie Ethanol entsteht, Alkane verbrennen: Gleichungen aufstellen
Bioethanol stellt man durch Gärung her. Als Rohstoffe dienen zuckerhaltige oder stärkehaltige Pflanzen wie Zuckerrohr, Zuckerrüben, Getreide oder Mais. Nach der Gärung wird das Ethanol destilliert. Es wird dem Benzin beigemischt, bis zu 10 %. Biodiesel wird aus Pflanzenölen hergestellt, etwa aus Raps. Das Öl reagiert mit Methanol. Es entstehen Biodiesel und Glycerin. Biodiesel ist ein Gemisch aus Estern, einer weiteren Stoffklasse. Beide Kraftstoffe sind erneuerbar, weil die Pflanzen nachwachsen. Beim Verbrennen wird nur so viel Kohlenstoffdioxid frei, wie die Pflanze vorher aufgenommen hat. Die Gesamtbilanz hängt vom Anbau ab: Dünger, Maschinen, Transport und Flächenbedarf zählen mit. Außerdem konkurriert der Anbau mit der Erzeugung von Nahrung. Ethanol hat einen geringeren Heizwert als Benzin: etwa 27 MJ pro kg gegenüber etwa 43 MJ pro kg. Man braucht also mehr Kraftstoff für dieselbe Energie. Dies sind gerundete Beispielwerte.
| Bioethanol | Biodiesel | |
|---|---|---|
| Rohstoff | Zuckerrohr, Zuckerrüben, Getreide, Mais | Raps und andere Pflanzenöle |
| Herstellung | Gärung und Destillation | Reaktion des Öls mit Methanol |
| Einsatz | Zusatz zu Benzin | Zusatz zu Diesel oder als Reinkraftstoff in angepassten Motoren |
| Heizwert (gerundet) | etwa 27 MJ/kg | etwa 37 MJ/kg |
Energie und CO₂ von Ethanol berechnen
- Heizwert: 27 MJ pro kg Ethanol (gerundet).
- Energie aus 2 kg: 2 · 27 MJ = 54 MJ.
- Verbrennung: C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O.
- 46 g Ethanol (1 mol) ergeben 2 mol CO₂ = 88 g CO₂.
- Das Pflanzen-Ethanol gibt so viel CO₂ ab, wie die Pflanzen vorher gebunden haben.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Bioethanol: aus Zucker, durch Gärung.
Biodiesel: aus Pflanzenöl.
Beide wachsen nach.
Ein Beispiel
Auf dem Feld wächst Raps. Aus den Körnern presst man Öl. Das Öl wird zu Biodiesel. Das Feld liefert danach wieder Raps. Aus Erdöl ginge das nicht.
Schritt für Schritt
Wir bewerten einen Kraftstoff
- Nenne den Rohstoff und das Verfahren.
- Rechne die Energie: Masse mal Heizwert.
- Prüfe die Kehrseiten: Fläche, Dünger, Nahrung.
- Fälle ein Urteil mit Begründung.
Mit einem Bild erklärt
| Kriterium | Vorteil | Nachteil |
|---|---|---|
| Rohstoff | wächst nach | braucht Anbaufläche |
| CO₂ | bindet beim Wachsen CO₂ | Anbau und Transport verursachen CO₂ |
| Energie | ersetzt Erdöl | geringerer Heizwert |
Zur Grundlage zurück
- Alkoholische Gärung: Wie Ethanol entsteht – Du kennst die Gärung.
- Alkane verbrennen: Gleichungen aufstellen – Du kannst Verbrennungsgleichungen aufstellen.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
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Lösung: durch Gärung und Destillation
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Wie viel MJ Energie liefern 2 kg Ethanol bei einem Heizwert von 27 MJ/kg?
Zeig mir den ersten Schritt
Rechne Masse mal Heizwert.
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Lösung: 54
2 · 27 = 54 MJ.
Tipp: Bewerte nie mit nur einem Kriterium. Frage immer: Wie viel Energie? Wie viel CO₂ über den ganzen Weg? Wie viel Fläche? Wie viel Nahrung fehlt dadurch?
Merksatz: Bioethanol: Gärung und Destillation. Biodiesel: Pflanzenöl und Methanol. Beide sind erneuerbar, aber nicht automatisch klimaneutral.
Typischer Fehler: Viele denken, Biokraftstoffe seien immer klimaneutral. Anbau, Dünger, Maschinen und Transport verbrauchen Energie. Die Bilanz kann besser oder schlechter ausfallen.
Mini-Quiz
5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
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Lösung: Glycerin
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Lösung: Stimmt nicht
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Lösung: Der Anbau braucht Fläche und konkurriert mit Nahrungsmitteln.
Frage 4 Wie viel Gramm CO₂ entstehen bei der vollständigen Verbrennung von 46 g Ethanol? (C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O, M(CO₂) = 44 g/mol)
Zeig mir den ersten Schritt
46 g Ethanol sind 1 mol. Es entstehen 2 mol CO₂.
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Lösung: 88
2 · 44 g = 88 g.
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Lösung: Stimmt nicht
Geschafft
Bioethanol entsteht durch Gärung und Destillation aus zuckerhaltigen Pflanzen. Biodiesel entsteht aus Pflanzenöl und Methanol. Beide sind erneuerbar. Ihre Klimabilanz hängt vom Anbau ab. Der Anbau braucht Fläche und konkurriert mit der Nahrungsproduktion.
Kannst du das schon?
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