Biokraftstoffe Herstellung und Verwendung von Biodiesel

Biokraftstoffe

Herstellung und Verwendung von Biodiesel

Inhalt

Herstellung von Biodiesel anhand eines Experiments

Was ist Biodiesel chemisch und was passiert während der Herstellung?

Welche Verwendung und Bedeutung hat Biodiesel heute?

Herstellung von Biodiesel anhand eines Experiments

GerätschaftenChemikalien DurchführungAbweichungResultatBeobachtung

Gerätschaften

Chemikalien

Methanol- CH3OH- Dichte: 0,79 g·cm−3

- Schmelzpunkt: -98°C- Siedepunkt: 65°C- Giftig, leichtentzündlich

Chemikalien

Natriumhydroxid- NaOH- Dichte: 2,13 g·cm−3

- Schmelzpunkt: 322°C- Siedepunkt: 1388°C- Ätzend

ChemikalienRapsöl

- Dichte: 0,92 g·cm−3 bei 15°C- Rauchpunkt:130 – 190°C- Flammpunkt: 317°C

ChemikalienDest. Wasser

- H2O- Dichte: 0,99 g·cm−3

- Schmelzpunkt: 0°C- Siedepunkt: 100°C

Durchführung NaOH abwiegen -> 5g Methanol abmessen ->110mL NaOH unter rühren im Methanol lösen Rapsöl abmessen -> 500mL Rapsöl auf 55°C erwärmen -> Heizplatte abschalten Methanol/NaOH – Lösung dem Rapsöl zugeben Verrühren bis Farbumschlag sichtbar ( ca. 5min ) In den Scheidetrichter überführen Glycerin setzt sich ab Glycerin ablassen Dest. H2O zugeben und vermischen H2O/Seifengemisch setzt sich ab H2O/Seifengemisch ablassen Vorgang mehrfach wiederholen

AbweichungNach 3 Tagen im Scheidetrichter

- Es bildet sich im oberen ¼ eine “klare” Phase. Es handelt sich dabei um den durch Umesterung entstandenen Biodiesel.

- Die darunterliegende Phase besteht aus einem Glycerin-Seifen-Gemisch.

Abweichung

Durch dekantieren konnte die obere Phase

(Biodiesel) fast vollständig vom Glycerin-Seifen-

Gemisch separiert werden.

Abweichung

Nachdem das Glycerin-Seifen-Gemisch in ein Becherglas überführt wurde, wurde erneut erhitzt und verrührt

(auf ca.65°C)

Abweichung

Anschließend wurde das Gemisch von der

Heizplatte genommen. Nach kurzer Zeit setzt

sich am Boden des Becherglases das

Glycerin ab.

Abweichung

Mit Hilfe einer Pipette wurde das am Boden befindliche Glycerin in

ein Becherglas überführt.

Das Resultat

BeobachtungNaOH lässt sich im Methanol lösenMethanol erwärmt sich beim lösen des NaOHMethanol-NaOH-Lösung ist trübe im gegensatz zum

MethanolLösevorgang wird durch das Rühren beschleunigtRapsöl wird nach der Zugabe der Lösung trübeNach ein paar Minuten wird das trübe Gemisch noch

dunklerDie Biodieselphase setzt sich im oberen Teil des Trichters

abDie Seifenphase befindet sich in der MitteGlycerin sammelt sich am Boden

Was ist Biodiesel und was passiert während der

Herstellung?ReaktionsgleichungWas ist Rapsöl und woraus besteht es?Was sind Fette bzw. fette Öle?Was sind Carbonsäuren?Was ist Glycerin?Was sind Ester?Was ist Methanol?Was geschieht bei einer Umesterung?Was ist Biodiesel?Warum wird NaOH benötigt?Welchen negativen effekt hat der Einsatz von

NaOH?

Reaktionsgleichung

Was ist Rapsöl?

• Pflanzliches Öl, das aus dem Samen der Rapspflanze gewonnen wird.

• Es besteht aus: - Ölsäure- Linolsäure- Linolensäure- Glycerin

• Gehört aus chemischer Sicht zu den Fetten bzw. fetten Ölen

Was sind Fette?

Definition

Fette sind ein Gemisch aus langkettigen Carbonsäuren, die mit Glycerin einen Triester bilden –

Sie werden Triglyceride genannt.Fette Öle haben im gegensatz zu Fetten einen hohen

Anteil an ungesättigten Carbonsäuren

Was sind Carbonsäuren?Carbonsäuren bestehen aus einem Alkyrest und einer funktionellen Gruppe, der Carboxylgruppe.

Alkyrest ( Ethly- ) Carboxylgruppe

Wird auch als “Kette” bezeichnet

Man unterscheidet zwischen kurz- und langekttigen Carbonsäuren

Was sind Carbonsäuren?

Langkettige Carbonsäuren werden

als Fettsäuren bezeichnet.

Hierbei unterscheidet man zwischen

ungesättigten und gesättigten Fettsäuren

Was ist Carbonsäuren?Da Rapsöl vorwiegend aus ungesättigten

Fettsäuren besteht, gehört es zu den fetten Ölen

Was ist Glycerin?Glycerin gehört zu der Gruppe der

mehrwertigen AlkoholeAufgrund seiner 3 Hydroxygruppen

( OH-Gruppen ) handelt es sich um einen dreiwertigen Alkohol

Bei “Glycerin” handelt es sich um einen Trivialnamen

Systematisch wird Glycerin als Propan-1,2,3-triol bezeichnet

Propantriol ist der einfachste dreiwertige Alkohol

Was sind Ester?

DefinitionWenn ein Alkohol mit einer Säure unter abspaltung

von Wasser reagiert entsteht ein Ester.

Bildung von FettenFette sind ein Gemisch aus langkettigen

Carbonsäuren, die mit Glycerin einen Triester bilden

Was ist Methanol?

Methanol gehört wie Glycerin zu der Gruppe der Alkohole

Er ist der einfachste AlkoholMethanol lässt sich in jedem

Verhältnis in Wasser lösen

Ablauf einer Umesterung

Rapsöl + Methanol ----> Glycerin + Rapsmethyl

ester

NaOH

Warum wird NaOH benötigt?

NaOH wird als Katalysator eingesetzt.

Katalysatoren haben die Aufgabe die Aktivierungsenergie einer Reaktion herabzustezten und sie somit einzuleiten bzw. schneller ablaufen zu

lassen.

Katalysatoren liegen nach der Reaktion unverändert vor!

Welchen Effekt hat NaOH?NaOH ist in der Lage Fette zu spalten.

Diesen Vorgang bezeichnet man als Verseifung

Auswertung Es lässt sich lösen, da beide Stoffe einen polaren-Charakter besitzen Es handelt sich um einen exothermen Lösevorgang Die NaOH- und Methanol-Moleküle bilden aufgrund

elektromagnetischer Wechselwirkung Ketten, wordurch die Lösung trübe wird

Durch das Aufwirblen wird eine größere Kontakoberfläche geschaffen 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 geringste Dichte. ( 0,88 g * cm -3 bei 20°C) Die Seife hat eine höchre Dichte als Biodiesel, aber eine geringere als

Glycerin. ( 1,26 g * cm -3 ) Glycerin hat die höchste Dichte ( 1,26 g * cm -3 bei 20°C)

Welche Verwendung und Bedeutung hat Biodiesel

heute?EigenschaftenVerwendungProduktionBedeutung

Biodiesel

Kraftstoff für selbstzündende Kolbenmotoren (Dieselkraftstoffe), Lösungsmittel

Rapsmethylester -> kurz RME Dichte: 0,88 g*cm-3 bei 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 Gillt nicht als Gefahrstoff

Diesel

Kraftstoff für selbstzündende Kolbenmotoren

Dichte: 0,83 g*cm-3 bei 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

Verwendung

Biodiesel wird als Ersatzstoff für herkömlichen Diesel verwendet

Seit dem 01.01.2007 ist eine Beimischung von 5% gesetzlich

gefordert

Bei so geringen Mengen ist keine Freigabe vom Hersteller notwendig

Verwendung

Verwendung

Da Biodiesel auch eigenschaften eines Lösemittels besitzt, ist bei Verwendung

von B100 ( 100% Biodiesel ) eine Freigabe des Fahrzeugerstellers notwendig, da Dichtungen und Schläuche angegriffen werden.

Aus diesem Grund wird Biodiesel auch nicht als Heizöl verwendet, da die Umrüstung sehr aufwendig wäre.

Verwendung

In der Schifffahrt und im Schienenverkehr kommt Biodiesel nur in wenigen kleinen Projekten zum Einsatz

Der Einsatz im Flugverkehr befindet sich noch in der Entwicklung. Es wurden

bisher nur Testflüge durchgeführt.

ProduktionIn Deutschland produzieren rund 40

Hersteller Biodiesel

2007 betrug die Kapazität der Produktion 4,8 Millionen Tonnen

Wobei im gleichen Jahr nur etwa 3,3 Millionen Tonnen abgesetzt wurden

Der Großteil der Hersteller produzieren in den neuen Bundesländern

Zukunftsbedeutung

Nach mehreren Jahren mit steigenden Absätzen ist der Verkauf von Biodiesel-Reinkraftstoff in Deutschland seit 2008

rückläufig

Zukunftsbedeutung

Preise 08.03.2011

Diesel: 141,9 cent pro LiterBiodiesel: 109,9 cent pro Liter

Zukunftsbedeutung

Der kraftstoffbedingte Mehrverbrauch ( ca. 5% ), technische Restrisiken und

gegebenenfalls Umrüstungskosten stehen einem heute nur noch geringen

Preisvorteile gegenüber

Und: Ab 2012 gillt der volle Steuersatz von 45 cent ( derzeit 33cent )

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