Biokraftstoffe Lima 2008 V2

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Volkmann Consult – Corporate Advisors, Dusseldorf – Alemania, www.volkmann-consult.de ‚Biokraftstoffe – Markt, Technologie und aktueller Stand der politischen Diskussion‘ Dipl.-Bw. Dirk Volkmann Lima, 11 de noviembre 2008

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RENEWABLE ENERGY IN PERÚ AND TECHNOLOGIES MADE IN GERMANY, II. SEMINAR IN LIMA, PERÚ, SWISSOTEL, 11.11.2008

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‚Biokraftstoffe – Markt, Technologie und aktueller Stand der politischen Diskussion‘

Dipl.-Bw. Dirk Volkmann

Lima, 11 de noviembre 2008

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Kraftstoffverbrauch in Deutschland 2006 2006 wurden in Deutschland 54.6 Mio. t Kraftstoff verbraucht, davon stammen fast 6% aus Erneuerbaren Ressourcen – größtenteils Biodiesel

Source: BMELV

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Quelle: Mineralölwirtschaftsverband, Prognose 2007

Kraftstoffverbrauch in Deutschland bis 2020

15,6

28,6

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Pflanzenöl Biodiesel Bio-Methan

Bio-Ethanol DME

Wasser- stoff

BTL

Rapssaat X X X X X X

Sonnen-blumen X X X X X X

Korn X X X X X

Stroh X X X X

Mais X X X X X

Kartoffel X X X X X Zucker-

rübe X X X X X

Holz X X X X

versch. Biomasse X X X X

Rohstoffe für Biokraftstoffe in Deutschland

DME = Dimetylether, BTL = Biomass-To-Liquid

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Eigenschaften Biodiesel

•  Rohstoff: Rapsöl (und andere nichttrocknende Pflanzenöle)

•  Jahresertrag je ha: 1,300 - 1,520 l/ha/a

•  Kraftstoffäquivalent: 1 Liter Biodiesel ersetzt ca. 0.91 liter of Diesel

•  Marktpreis (abhängig vom Rohstoff): 0.95 – 1.05 EUR/liter

•  CO2-Reduktion (abhängig vom Rohstoff): ca. 70 % (bezogen auf das Diesel-Äquivalent )

•  Technische Hinweise: Reiner Biodiesel nur mit Freigabe des Herstellers; Beimischung bis 5% ohne Anpassung des Motors

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Biodiesel-Spezifikation (Rapsöl im Vergleich zu Tierfett)

Eigenschaften Einheit DIN EN 14214

RME AME Einfluss

min. max. Rohstoff Prozess

Ester-Anteil % (m/m) 96,5 99,5 95,9

Dichte bei 15° C Kg/m3 860 900 883,9 876,6

Viskosität bei 40° C mm²/s 3,5 5 4,5 4,54

Fllammpunkt ° C 120 - > 127 168

Schwefelanteil mg/kg - 10 < 10 20,4

Cetanzahl 51 55,2 54,5

Gesamtverschmutzung mg/kg - 24 < 20 7

Oxidationsstabilität, 110° C h 6 - 8 11,7

Acid No. mg KOH/g 0,5 0,26 0,395

Jodzahl gr /100gr 120 < 120 64

Anteil Linolsäure % (m/m) 12 < 12 1,3

Stockpunkt ° C 0 - 13 8

RME – Rape seed methyl ether; AME – animal fat methyl ether

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Pflanzenöl Dichte

(15°C) [kg/dm3]

Heizwert MJ/kg

Kin. Viskosität

(20°C) [mm2/s]

Cetan-zahl

Stockpunkt (°C)

Flammpunkt (°C)

Jodzahl [g/100g]

Rapsöl 0.92 37.6 72.3 40 0 bis -3 317 94 bis 113

Sonnenblumenöl 0.93 37.1 68.9 36 - 16 bis -18 316 118 bis 144

Sojaöl 0.93 37.1 63.5 39 -8 bis -18 350 114 bis 138

Leinöl 0.93 37.0 51.0 52 -18 bis -27 - 169 bis 192

Olivenöl 0.92 37.8 83.8 37 -5 bis -9 - 76 bis 90

Baumwollsaatöl 0.93 36.8 89.4 41 -6 bis -14 320 90 bis 117

Jatropha 0.91 37.0 71.0 51 - 340 103

Kokosöl (-fett) 0.87 35.3 21.7 - 14 bis 25 - 7 bis 10

Palmöl (-butter) 0.92 37.0 29.4 42 27 bis 43 267 34 bis 61

Palmkernöl (-fett) - 35.5 21.5 - 20 bis 24 - 14 bis 22

Eigenschaften verschiedener Pflanzenöle

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Um den notwendigen Grad der Umesterung von 98% zu erreichen wird Methanol für die Gleichgewichtsshiftreaktion zugefügt. Für Prozessstart und –beschleu-nigung wird Kaliumhydroxid (KOH) als Katalysator zugegeben.

Dann wird Glyzerin, das in RME unlöslich ist, abgezogen und aufbereitet, der Katalysator entfernt und der Metahnolüberschuss destilliert. Der Glyzerin- und Methanolanteil definieren die Qualität des Fertigproduktes.

Prinzip der RME-Produktion (diskontinuierlicher Prozess) Rapsöl (90%)

Methanol (10%)

Katalysator (KOH)

Umesterung

Abtrennung

Reinigung / Destillation

Reinigung / Destillation

Methylester Glyzerin- phase

Glyzerin, Seife etc. H2O

H2SO4

RME Methanol Glyzerin Kaliumsulfat (K2SO4

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10% !

2008

Biodieselproduktionskapazitäten in Deutschland in Tsd. t

Quelle: VDB Biokraftstoffverband

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Eigenschaften Bio-Ethanol

•  Rohstoff: Getreide, Zucker, (Holz, Stroh)

•  Jahresertrag je ha: 2,500 l/ha

•  Kraftstoffäquivalent: 1 Liter Bio-Ethanol ersetzt ca. 0.66 Liter Benzin

•  Marktpreis: 0.60 EUR/liter

•  CO2-Reduktion: 30 - 70 % (im Verhältnis zum Benzinäquivalent)

•  Technische Hinweise: Beimischung von bis zu 5% ohne Anpassung der Motorsteuerung

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Biomasse (z.B. Korn, Mais, Zuckerrübe, Zuckerrohretc.)

Verarbeitung zu Maische (Mahlen, Kochen, Fermentation, Verzuckerung)

Bio-Ethanol (Reinheit > 99%)

Fermentation

Destillation

Dehydrierung

Bio-Ethanol Prozess (Grobschema)

Schlempe

Tierfutter

Enzyme

Wasser

Hefe

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Bioethanol-Markt – weltweite Produktion 2006

Data sources: Ethanol industry outlook RFA, 2007

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Beimischverordnungen für Ethanol und Methanol in den 30er Jahren

Nr. Land Bei-

mischungs- zwang

Gesetzliche Regelung für den Beimischungszwang

Zusammensetzung des spiritus- oder

methanolhaltigen Treibstoffes

Handels- name

Verbrauch an Treibstoff-

spiritus exkl. Methanol

Gesamt- Spiritus-

erzeugung

1 Belgien nein — — — 440 hl (1932)

165 000 hl (1934)

2 Brasilien ja Gesetz vom 1.4.1931 10% Zusatz —

474 600 hl (1935)

1 000 000 hl (1936)

3 Bulgarien nein Finanzgesetz 1930/1931 75-70% Bzn., 25-30% A. 97-95% Bzn., 3-5% A. — — —

4 Chile ja Gesetz vom 28.9.1933 Alkoholzusatzmenge 6,25% — — — 5 Cuba nein — 37% Bzn., 3% Bzl., 60% A. Mofuco — — 6 Dänemark nein Spiritusmonopol 75% Bzn., 25% A. — — —

7 Deutschland ja

Spiritusmonopol Gesetze vom Juli 1930,

September 1931, August 1932, August 1935

1.1.1936, 6.5.1936, 9.7.1936, 11.7.1936

89% Bzn., 11% A. 79% Bzn., 10% Bzl., 11% A.

58% Bzn., 38,5% Bzl.(10% M. enthaltend), 3-4% A.

58% Bzn., 35% Bzl. Mit 10% M., 3-4% A. neben 3,5 bis 5%

M.

Aral, Motorin Olexin

Dynamin Esso

Monopolin

2 203 775 hl (1934/1935)

3 583 000 hl (1934)

8 England nein — 70% Bzn., 15% Bzl., 15% A.

Cleveland Discol British-Alcohol- Blend

80 000 hl (1934)

1 120 000 hl (1934)

9 Ecuador ja vom 6.12.1933 80% Bzn., 20% A. — — —

Quelle: Fabrikation von absolutem Alkohol zwecks Verwendung als Zusatzmittel zu Motortreibstoffen, Halle(Saale) 1937

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Biomassenutzung Kraftstoffe - Biogas

  Erste Anlagen werden derzeit in Deutschland konzipiert.   Die deutsche Gaswirtschaft hat sich dazu verpflichtet, dass zukünftig 10 % des im

Verkehrssektor abgesetzen Gases aus Biomasse kommt.

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Biokraftstoffe der 2. Generation:

•  Choren Industries, D BTL •  FZK / Lurgi, D

•  Abengoa, Spanien •  Arkanol, Japan & USA •  SunOpta, Kanada •  American Process, USA •  Alico, USA •  BAFF, Schweden Zuckergewinnung aus lignocellulosehaltige •  Globex, USA Biomassen •  Blue Fire Ethanol, USA •  IOGEN, Kanada •  Sekab, Schweden •  Green Sugar, D •  St. Petersburg Forestry Institute, Russland

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Dritte Generation

• Ökostrom aus erneuerbaren Energiequellen, vor allem aus Solar- und Windenergie zum Betrieb von Elektroautos

• alternativ bietet sich der Energieträger Wasserstoff an, der im Fahrzeug über eine Brennstoffzelle im Strom umgewandelt wird und die Elektromotoren antreibt

• Vorteil: die Flächeneffizienz von Wind- und Solarenergie ist um ein Vielfaches höher als die aller Biokraftstoffe der Ersten und Zweiten Generation

• die Experten halten es für durchaus wahrscheinlich, dass in den nächsten zwanzig Jahren das mit erneuerbaren Strom betriebene Elektroauto die Mobilität weltweit revolutionieren wird

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Eigenschaften BTL

•  Rohstoff: Energiepflanzen und Holz

•  Jahresertrag je ha: ca. 4,050 l/ha

•  Kraftstoffäquivalent: 1 Liter BTL (Synfuel/Sunfuel) ersetzt ca. 0.93 Liter Diesel

•  Marktpreis: n.a. (vorläufige Berechnungen zeigen einen Bereich zwischen 0.70 und 1.10 EUR/l)

•  CO2-Reduktion: > 90 % (Kalkulation)

•  Technische Hinweise: kann sowohl pur oder als Beimischung ohne Anpassung der Motorsteuerung verwendet werden

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Hydrocracking Isomerisierung

Prozesse - BTL Schema

Thermische Vergasung

Synthese-gas

H2 + CO

Fischer-Tropsch

Synthese

Methanol- synthese

GuD-Kraftwerk

DME Olefine Benzin

FT Wachs

Diesel Benzin Kerosin LPG Petrochemie

Strom-erzeugung

Wasserstoff

Biomasse

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Ausblick

Quelle: Nexant, 2006

BtL Kraftstoff Kraftstoff aus Bioethanol Bioethanol (Lignozellulose) Bioethanol (Stärke und Zucker)

Bio

etha

nol u

nd B

tL K

rafts

toffp

rodu

ktio

n w

eltw

eit i

n M

io. t

o/Ja

hr

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Elektro-Pkw, Li-Ionen-Batterie, Strom aus Windkraft Benzin-Hybrid, Direkteinspritzung

Elektro-Pkw, Li-Ionen-Batterie, Strom aus EU-Mix * Diesel, Direkteinspritzung mit Partikelfilter Pkw, Erdgas-/Benzinantrieb

5% Ethanol aus Zuckerrüben/ Benzin, Direkteinspritzung Synthetischer Diesel aus Plantagenholz, Direkteinspritzung Biodiesel aus Raps, Direkteinspritzung

Energieverbrauch (‚well to wheel‘) alternativer Antriebsarten (Energieerzeugung, Transport und Verbrauch insg.)

2,2

5,8

6,0

6,4

7,0

7,2

11,7

11,7

(0) Liter Kraftstoff/100 km (CO2/km)

(141)

(87)

(156)

(135)

(160)

(14)

(83) * Mischung aus in den 15 EU-Ländern durchschnittlich verwendeten Energiequellen (Atomstrom, Kohle, Gas, Öl. Erneuerbare Energien)

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  ‚mit der Bioenergie wird das Brot teurer‘   ‚Energiepflanzen nehmen der Landwirtschaft die

Fläche weg‘   ‚unser Biodiesel zerstört den Regenwald‘   ‚für Bioenergie müssen Menschen in den

Entwicklungsländern hungern‘   ‚Biogas stinkt‘   ‚Biodiesel verursacht mehr CO2 als er einspart‘   ‚Bioenergie verursacht Monokulturen‘

Die politische Diskussion:

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Anteil Biokraftstoffe im globalen Kraftstoffmarkt 1980-2005.

Quelle: Jahrbuch EE 2007

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Entwicklung der Weizenpreise in Deutschland seit 2006

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  Wirtschaftlichkeit   Höhere Erzeugungskosten im Vergleich zu den klassischen

Kraftstoffen   Subventionen & Zusatzeinkommen von Nebenprodukten

notwendig   Umwelt

  geringere Treibhausgas-Emissionen, (abhängig vom Produktionskonzept)

  geringer Einfluss auf die lokale Luftverschnutzung   Energiesicherheit

  Ja, aber eingeschränkt durch die Verfügbarkeit von Agrarflächen   Hoher Energieverbrauch

  Technologie   kommerziell verfügbar 1. Gen., F&E Bedarf für 2. Generation   F&E für Kostenverbesserungen & neue Rohstoffe (BTL)

AUSBLICK

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