ENERGIE
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Ananta A. Anggraini, Rüd iger Krause und Hans-Peter Löhrlein , Witzenha usen
Energetische Einordnung von AM E
Altfettmethylester (AME) liegt in der Energiebilanz erheblich günstiger als Rapsöl und RME und ist konkurrenzfähig gegenüber Dieselkraftstoff. Auch die Ökobilanz ist positiv, so daß letztl ich der a ktuelle Marktpreis für technisches Fett für den Einsatz entscheidend sein wird.
Im Rahmen der angestrebten Kreislauf
wirtschaft bietet sich eine Lösung an, bei der das Sammel- und Entsorgungsunter
nehmen die Reinigung, Aufbereitung und Umesterung von Altfetten vor Ort vor
n immt und der gewonnene Kraftstoff im direkten Umfeld eingesetzt wird.
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iokraftstoffe a us Nachwachsenden Rohstoffen ( N R ) werden derzeit a ls Alternative zu den herkömmlichen fossilen Energieträgern viel d iskutiert. Pflan
zenöl als flüssiger Kraftstoff wird aus ent
sprechenden Pfla nzenteilen, vorwiegend durch physikalische Verfa hren, gewon
nen. Es ist durch eine chemische Be
handlung (Umestern) a ls Pflanzenöl me
thylester ( P M E) , beispielsweise Rapsöl
methylester ( R M E) einsetzbar.
I m ökologischen Kontext stellt die Ener
giebila nz, neben den a l lgemeinen Aus
wirkungen a uf die Umwelt, ein wichtiges Kriterium dar. Vergleicht man im Rahmen ei ner solchen Bila nz d ie im Herstellu ngs
prozeß verbrauchte Energie mit dem En
ergiegehalt des End prod uktes, kommt der Zuordnung von Energiea nteilen a n die im Prozeß e benfalls entstehenden Kuppelprodu kte wesentlich Bedeutung zu. Eine Aufteil u ng des Energiea ufwa n
des während der Herstellung nach Ener
gieanteilen a n a lle im Prozeß entstande
nen Prod ukte im tech n isch/energeti
schen Sinne würde d ie Aussagekraft ei ner solchen B i lanz jedoch mindern.
Desha l b sollte die aktuelle Wertigkeit der einzelnen Prod ukte a ussch laggebenden Charakter bei der Zuord nung der Ener
gieanteile haben, so daß einem zur Zeit nicht a bsetzbaren Kuppelprod u kt nicht nur keine im Prozeß a nfa llende Energie zugeordnet werden kann, son
dern die mit dem Entsorgungsaufwand verbundene Energie dem gewünschten Endprod u kt a ngelastet werden muß.
Msc. Ananta A. Anggraini ist Doktorandin, Prof Dr. -lng. Rüdiger Krause Leiter und Dr.
Hans-Peter Löhrlein Akademischer Oberrat im FG Agrartechnik des Fachbereiches Landwirtschaft der Gesamthochschule Kassel, Nordbahnhofstr. 1a, 37213 Witzen
hausen.
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Grundlage der Berechnung der Energiebilanz
Grund lage für die energetische Ana lyse ist die eindeutige Definition der jeweiligen Systemgrenzen. Die B ilanzgrenze er
streckt sich von der Prod uktion in der Landwirtschaft bis zu Bereitstellung des Endprod u ktes, ana log zu den Rohölvor
kom men in der Erde bis zum Kraftstoff a n d e r Tan kstelle.
Energieaufwand
Der Energieaufwand für die Produktion der Energieträger als energetisch releva n
te Vorleistung variiert mit der Zugä nglich
keit der Vorkommen und deren Ergiebig
keit sowie der G röße der Prod u ktionsa n
lage. Die Aufwendungen in jeder Prozeßstufe teilen sich in den direkten prozeßspezifischen Material- und Ener
gieei nsatz und i n den indirekten Aufwa nd [6] . H i nsichtlich der Aufwendungen sind im Bereich der Landwirtschaft folgende Energieformen zu u nterscheiden [7] :
• Sonnenenergie als kostenlose Energie
quelle für d ie Photosynthese
• lebendige oder meta bolische Energie i n Form von M uskelkraft sowie in Form von Saat- und Pflanzgut
• d i re kte techn ische Energie aus Kraft
und Brennstoffen sowie Elektrizität
• ind irekte Energie in Form von tech ni
schen Prod u ktionsmitteln wie Maschi
nen, M i neraldüngern, Pflanzenschutz
mitteln, H i lfsm ittel oder Gebä uden Neben den obengenannten Energiefor
men sind auch Wasser und Boden sowie Klimafa ktoren a ls Aufwendungen anzuse
hen, werden jedoch energetisch nicht vera nschlagt. Wasser ist dann zu berück
sichtigen, wen n es technisch , wie bei künstlicher Bewässerung, zur Verfügu ng gestellt wird [7]. Zusammenfassend sind folgende I n put-Parameter i n der Regel nicht Besta ndteil der energetischen Bi
la nzierung [6] :
• Menschliche Arbeit, etwa Maschinen
beschickung von Hand
• M eta bol ische Energie, etwa Nährwert von Lebensm itteln
• Umweltenergie, etwa Beheizung durch passive Solarenergie n utzung
• Luft, zum Beispiel Verbrennungsluft
• Boden, zum Beispiel Flächen bedarf für An lagen, Gebäude
• Wasser
Energiei nhalte der Produkte
Zur Beurteilung der Energie im Haupt
ernteprodu kt als Energieträger wird der Heizwert herangezogen . Aber entspre
chend der Verwend ung des Hau pternte
produ ktes a ls Nahrungsmittel erfolgt d ie energetische Bewertung a n hand des me
tabolischen Energieinha ltes, der a uch als physiologischer B ren nwert bezeichnet wird . Alle bei den Prozeßketten entste
henden Kuppel produ kte, d ie nicht als Ziel produkte a nzusehen sind , werden energiefrei bewertet. Der mit ihnen ver
bundene Energieaufwand für die Entsor�
gung der Abfälle wird berücksichtigt und dem Gesa mtprozeß angelastet [6] .
Finden die Energieträger eine substitu
tionspotentia le Verwend u ng oder werden sie a ls Sekundärrohstoffe in einer neuen Prozeßkette verwendet, müssen ihre En
ergieäquivalente angerechnet werden. So erfolgt d ie Besti m m ung der Energie in den Neben prod u kten, je nach Verwen
d ungzweck, a uf der Basis des Heizwer
tes, des Futterwertes oder des möglichen Ersatzes als M i neraldünger. Bei entspre
chender Verwend u ng ist sowohl d ie Ener
gie i m erzeugten Energieträger als a uch d iejenige in den verbleibenden Reststof
fen zu berücksichtigen [10].
Energiebi lanz des Altölmethylesters AME Die in der Gastronom ie, der Lebensmittel
industrie und in Hausha lten a nfa l lenden Öle und Fette m üssen entsorgt werden.
Tab. 1 : Energieinput und -output bei der AME-Herstellung pro kg Altfett Table 1 : Energy input and output of AME production per kg of used fat
Arbeitsgang
Sammlung und Transport Aufarbeitung Umesterung und Transport
Energieinput (GJ) je Schritt kumulativ Haupt
produkt 2,06 2,06 Altfett 0,14 2,20 Iech.
Altfett 3,41 5,61 AME
Quelle, 13]. eigene Berechnung; n,v,, nicht verwertet
Menge (dt)
1 ,0 0,88 0,83
Output Energie Neben- (GJ) produkt
32,53 Schmutz
& Ölverlust 30,79 Glyce-
nn
Energie·
Menge Verwen- Energie bilanz (dt) dung (GJ)
0,12 14,79
0,10 Brenn- 1,81 5,81 stoff
n.v. 5,49
53. Jahrgang LANDTECH N I K 1/98
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••• •
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •Verarbeitungsschritt Energieeinsatz
% des Endproduktes absolut (KJ!kg) Exploration
Transport Überseetransport Raffinerie
0.8 341,64
Tab 2: Energieeinsatz zur Gewinnung und Bereisteilung von DK [51
7,1 3032,06
2,9 1238,44
5,0 2135,25
Transport zum Endverbraucher Gesamtenergieaufwand
2.4 1024,92
18,2 7772,31
Table 2: Energy balance for producing and providing biodiesei
Aufgrund ihrer geä nderten chemischen Zusam mensetzung ist d ie Verwend ung zur Herstellung von Mischfutter fragwür
dig. So stellt sich d ie energetische N ut
zung gebra uchter Öle und Fette als die sin nvollste Verwertungsmöglichkeit dar.
Zur Rea lisierung dieses Konzeptes ist es erforderlich, d ie Altfette vor der N utzung a ufzu bereiten . Der hierzu benötigte Ener
giea ufwand soll bila nziert werden . Das gebrauchte Fritierfett wird von ei
nem (regionalen) Altfettentsorger gesa m
melt und a ngeliefert. Die Aufbereitung des Altfettes besteht im wesentlichen aus der G robreinigu ng, Entwässeru ng und Feinreinigung [5] . ln einer zweiten Anla
ge erfolgt dann die Umesterung. Zum Urnestern werden i n der Regel Methanol und ein Katalysator verwendet, deren En
ergiea ufwand ebenso zu berücksichtigen ist wie d ie Prozeßenergie.
Es wird a ngenom men, daß das bei der U mesteru ng entstehende G lycerin ther
misch verwertet wird . l n Tabelle 1 ist die gesamte energetische Bewertung bei der Herstellung von AM E dargestel lt.
Rapsöl und Rapsölmethylester (RME) R a ps wird in Deutschland ü berwiegend als Winterraps angebaut. Die Leistungs
fäh igkeit der Ölpflanzen ist seh r sta rk von dem Zustand des Bodens u nd den An
ba uverfahren a bhängig. Folglich schwa n
ken Energieaufwand u nd der damit ver
bundene Energieertrag. Auch bei der U mesterung va riieren Energieaufwand u n d Ertrag mit der G röße der Prod u k
tionsa nlage und m it dem a ngewendeten Verfahren ( Tab. 2) . Daher wird für die fol
genden Daten ein M ittelwert a ngegeben.
Zur Bila nzierung werden nicht nur die Produ ktion und Weiterverarbeitung von Raps zum Kraftstoff, sondern a uch d ie dabei entstehenden Nebenprod u kte energiemäßig bewertet. Da diese Stoffe im klassischen Sinn keine Abfallprod uk
te, sondern substitutionspotentiale Wert
stoffe darstellen, werden deren Energieä
q u ivalent angerechnet.
Energiebilanz fossiler Energieträger Die Bereitstel l u ng von fossilem Trei bstoff bedingt Energieaufwendungen für Explo
ration, Förderung, Aufbereitung und den Transport des Rohöls von der Förderstät
te zur Raffi nerie, dessen 'Umwandlung' zu Kraftstoffen und den Transport zum
Endverbra ucher ( Tabelle 3).
Energiebilanzvergleich von AME mit anderen Kraftstoffen
Anhand der Prozeßkette und der berech
neten I n put-Outputenergie läßt sich beur
tei len, i nwieweit die AM E-Prod u ktion ge
gen ü ber R M E und DK energetisch vorteil
haft bewertet werden ka n n . Für den landwirtschaftlichen Erzeugu ngsprozeß wird ein Aufwand von 19,53 GJ/ha oder 6,27 MJ/kg Rapssaat veranschlagt. Da das Altfett a ls Rohstoff für AME aus Le
bensm ittelabfällen sta mmt, muß es n icht, wie hekömmliche B iokraftstoffe, ange
ba ut, geerntet und gewonnen werden.
Dies begünstigt deutlich d ie Energiebi
lanz, die 5,49 beträgt. Die Energiebila nz für d iese Prod ukte ist eindeutig positiv, es entsteht a lso ein Nettoenergiegewinn.
Bei der Verwendung von Rapsöl als Kraftstoff ist eine vollständige Raffi nation nicht unbed i ngt erforderlich. Wird das Rapsöl n u r entschleimt und entsä uert oder teilraffiniert, steht dem Energiein put von insgesa mt 24,43 MJ/kg Rapsöl (für Die Gewin n u ng des Öls ka n n großtech
n isch in der Ölmühle oder in kleintechni
schen dezentralen Ölgewinnungsan lagen erfolgen. Beide Verfahren u nterscheiden sich neben der Verarbeitungsmenge d u rch den Extra ktionsprozeß, der in groß
tech n ischen Verfah ren d u rchgängig An
wendung fi ndet. U m den Kraftstoff Ra psöl in herkömmlichen Dieselmotoren problem los einsetzen zu können, ist eine An passung d u rch U mesterung erforder
lich . Dieser Energiea ufwand wird ana log zu AM E berücksichtigt.
5,49 5,81 5,65
Bild 1: Energiebilanzvergleich von AME zu anderen Kraftstoffen Fig. 1: Energetica/ companson of A ME to other fue/s
53. Jahrgang LANDTEC H N I K 1/98
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Erzeugung, Pressen und Tei lraffi nieren) ein Output mit Heizwert von 36,97 MJ/kg gegenü ber. Das entspricht einem Out
put/l nputverhältnis von 1 ,78. Weiterer Energiea ufwand ist zum Urnestern erfor
derlich. Dam it ergibt sich aus einem Ge
samtenergieaufwa nd von 33,25 MJ/kg R M E ein Output von 37 , 1 0 MJ/kg. Die Bi
lanz von 1 ,23 ist damit positiv, fällt a ber n icht so günstig wie die Energiebilanz des Rapsöls und des A M E aus.
I m Vergleich R M E, A M E und Diesel
kraftstoff erweist sich d i e Energiebi Ia nz für R M E am ungü nstigsten , für Diesel
kraftstoff deutlich besser, a ber am gün
stigsten für AM E u nter B erücksichtigu ng von G lycerin ( Bild 1 ) .
Literatur
[1] Batet, W, M. Graef, G. Mejer, F Schroedder und G. Vellguth: Pflanzenöle für die Kraftstoff
und Energieversorgung. G rundl. Landtechnik 31 ( 1980), H . 4, S. 40-51
[2] G ET-U FOP: Biodiesel: U mweltauswirkungen, Wirtschaftlichkeit, Energiebilanz, 1995 [3] Kanzler und Co.: Bratfett-Verarbeitung.
Großalmerode, 1997
[4] Kersting, R. und van der Pütten, N. : Entsor
gung von Altfetten in Hessen: Situation, Handlungsbedarf. Hessische Landesanstalt für U mwelt. Heft 222, 1996
[5] Scharmer, K. und G. Go/bs: Biodiesel : Ener
gie- und U mweltbilanz Rapsölmethylester.
U FOP, 1997
[6] VDI-Richlinie 4600 : Kumilierter Energiea uf
wand- Begriffe, Defi nitionen, Berechnungs
methoden. Entwurf, Berlin, 1995
[7] Zweier, K. : Energetische Beurteil ung von Ver
fahren und Systemen in der Landwirtschaft der Tropen und Subtropen - Grund lagen und Anwend ungsbeispiele. Dissertation. Univer
sität Göttingen, 1985
Schlüsselwörter
Altfettl Altöl, B iokraftstoff, Altfettmethyl
ester, Rapsöl , Rapsölmethylester, Ener
giebilanz, Energieerzeugung
Keywords
Used vegeta ble oil, biofuel, biodiesel , energy balance, energy prod uciton
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