Bioethanol-Herstellung
Bioethanol wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und kommt im Kraftstoffsektor zum Einsatz. Chemisch gehört es zur Gruppe der Alkohole, die Bezeichnung Ethylalkohol wird synonym verwendet.
Als Alternative zu fossilem Benzin ist Bioethanol weltweit führend und entwickelt sich auch in Deutschland zu einem wichtigen Element der nachhaltigen Mobilität, beigemischt zu konventionellem Benzin oder als E85-Kraftstoff für Flex-Fuel-Fahrzeuge (FFV).
Bioethanol kann aus verschiedenen Pflanzen und pflanzlichen Teilen hergestellt werden:
- aus zuckerhaltigen Pflanzen wie Zuckerrüben und Zuckerrohr
- aus stärkehaltigen Pflanzen wie Getreide, Kartoffeln und Mais
- aus zellulosehaltigen Rohstoffen wie z. B. Holz
In Deutschland werden hauptsächlich Futtergetreide und Zuckerrüben als Rohstoffe genutzt.
Verfahren
Zur Gewinnung von Bioethanol werden die in den Pflanzen enthaltenen Kohlenhydrate mit Hilfe von Enzymen oder Hefepilzen zu Alkohol vergoren. Für die Produktion von Bioethanol aus zucker- und stärkehaltige Pflanzen gibt es seit geraumer Zeit gängige Verfahren. Aktuelle Forschungen beschäftigen sich mit Herstellungsverfahren, bei denen die Effizienz noch weiter gesteigert werden soll. Innovationen werden im Bereich zellulosehaltiger Pflanzenbestandteile erwartet, die momentan noch sehr schwer in Bioethanol umzuwandeln sind. Ziel dieser Forschungen und Pilotprojekte ist es, die gesamte Pflanze für die Produktion von Bioethanol zu nutzen. Mit einer Marktreife dieser Herstellungsverfahren ist jedoch erst in einigen Jahren zu rechnen.
1. Schritt: Gewinnung des Ausgangsstoffes
Für die Weiterverarbeitung wird die als Rohstoff dienende Biomasse vorbehandelt:
- Die Kohlenhydrate in stärke- und zellulosehaltige Pflanzen müssen erst enzymatisch aufgeschlossen werden. Dafür werden die Pflanzen zerkleinert und mit Verflüssigungs- und Verzuckerungsenzymen zu einer Glukoselösung umgewandelt.
- Auch zuckerhaltige Pflanzen werden unter der Zugabe von Wasser zum sogenannten Rohsaft verflüssigt.
Ausgangsstoffe sind dann die so genannte Maische bei stärkehaltigen Pflanzen wie Getreide, und Dick- oder Dünnsaft sowie Melasse bei Zuckerrüben oder Zuckerrohr.
2. Schritt: Zugabe von Hefe und/oder Bakterien (Fermentation)
Die alkoholische Gärung ist die Umwandlung von Kohlenhydraten zu Alkohol und Kohlendioxid durch die Enzyme von Mikroorganismen oder Hefen. Die Rohstoffe fermentieren solange automatisch zu Alkohol, bis der in der Pflanze enthaltende Zucker verbraucht ist oder die maximal mögliche Alkoholkonzentration erreicht ist.
3. Schritt: Destillation und Entwässerung von Bioethanol
Nach dem Gärprozess werden durch eine erste Destillation ein Ethanol-Wasser-Gemisch (Ethylalkohol) und ein vom Alkohol befreiter Rückstand (Schlempe) voneinander getrennt. Die Schlempe ist ein wichtiges Nebenprodukt des Destillationsvorgangs.
Um den Treibstoff Bioethanol zu erhalten, muss dem Ethylalkohol das Wasser entzogen werden (sog. Absolutierung). Damit Ethanol mit Benzin dauerhaft vermischt bleibt, werden – abhängig von der Temperatur – Reinheiten zwischen 99,5 und 99,9 % benötigt. Um dies zu erreichen, werden mehrere Destillationsschritte hintereinander geschaltet (sog. Rektifikation). Bei diesem thermischen Trennverfahren wird der leichter in Gasform übergehende Alkohol durch Verdampfung vom Wasser getrennt. Der Dampf wird anschließend kondensiert und durch ein Molekularsieb gereinigt, so dass Ethanol mit einem Reinheitsgrad von über 99 Grad entsteht.
Rückblick
Die Herstellung von neutralem Grundalkohol durch Destillation von Rohspiritus war in Deutschland um das Jahr 1850 technisch ausgereift.
1860 verwendete Nikolaus August Otto in den Prototypen seines Verbrennungsmotors Ethanol als Kraftstoff. Auch Henry Ford glaubte an Ethanol als Treibstoff der Zukunft und konzipierte rund 50 Jahre später sein legendäres T-Modell mit Bioethanolantrieb. In Deutschland wurde Bioethanol in Form von ETBE bereits seit 1925 als Mittel zur Erhöhung der Klopffestigkeit eingesetzt.