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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 )
Biokraftstoffe
Herstellung und Verwendung von Biodiesel