Einer der zentralen Punkte des Klimawandels ist die Problematik von Benzin-, vor allem aber Dieselmotoren, denn diese stoßen viele Schadstoffe aus, darunter Kohlenstoffdioxid. Und auch wenn “nur” knapp ein Drittel des globalen CO₂-Ausstoßes vom Straßenverkehr stammt (was aber immer noch Milliarden Tonnen entspricht), ist dies jedoch der Bereich, der die meisten Menschen betrifft. Dementsprechend wichtig ist es, Alternativen zu finden. Diese Arbeit befasst sich mit Biodiesel als einer dieser möglichen Alternativen und diskutiert dessen Potenzial als zweite Chance für den Dieselmotor.
Zuerst wird die Geschichte und die Funktionsweise des klassischen Dieselmotors erläutert, bevor näher auf die Notwendigkeit von alternativen Motoren eingegangen und deren Unterschiede erklärt werden. Es folgt eine eingehende Analyse der Möglichkeiten und Eigenschaften von Biodiesel und eine Diskussion über dessen Potenzial in der Mobilität der Zukunft, sowie ein Vergleich mit dem klassischen Diesel und anderen alternativen Kraftstoffen.
Gliederung
1. Vorwort
2. Der Dieselmotor
2.1. Diesel - was ist das eigentlich?
2.2. Geschichte
2.3. Funktionsweise
2.4. Unterschiede zu Benzinmotoren
3. Warum ist Verbrennern ein "Verfallsdatum'' gesetzt?
3.1. Ressourcen
3.2. Umwelt
3.3. Politik
4. Alternativen zum Verbrenner
4.1. Elektromotoren
4.2. Wasserstoffmotoren
4.3. CNG-/LNG-Motoren (Erdgas)
4.4. LPG-Motoren (Autogas)
4.5. Bioethanol
4.6. Biodiesel
4.7. Plug-in-Hybride
5. Biodiesel - genauer betrachtet
5.1. Produktion
5.2. Verfügbarkeit
5.3. Kompatibilität mit Dieselmotoren
6. Vor- und Nachteile von Biodiesel
6.1. gegenüber Diesel
6.2. gegenüber anderen Alternativen
7. Schluss
8. Literaturverzeichnis
1. Vorwort
Der Klimawandel betrifft uns, und das merken wir immer öfter. Der Anstieg der globalen Temperaturen wird immer deutlicher, beispielsweise durch häufiger vorkommende Extremwetterlagen wie die Überflutung des Ahrtals im Sommer 2021. Durch die steigenden Temperaturen sterben auch viele Tierarten aus, die Polkappen schmelzen immer schneller und der Meeresspiegel steigt immer weiter an, wodurch schon in wenigen Jahren bis Jahrzehnten mehrere Inselstaaten wortwörtlich von der Landkarte verschwinden werden. Einer der zentralen Punkte des Klimawandels ist wohl die Problematik von Benzin-, vor allem aber Dieselmotoren. Denn diese stoßen viele Schadstoffe aus, darunter Kohlenstoffdioxid. Und auch wenn "nur" knapp ein Drittel des globalen CO2-Ausstoßes vom Straßenverkehr stammt (was aber immer noch Milliarden Tonnen entspricht), ist dies jedoch der Bereich, der die meisten Menschen betrifft. Dementsprechend wichtig ist es, Alternativen zu finden. Die wohl bekannteste Alternative ist der Elektromotor, welcher in Deutschland mittlerweile einen beachtlichen Anteil der Neuzulassungen ausmacht, jedoch gibt es noch einige weitere interessante Antriebssysteme, die nur die wenigsten kennen. Ich persönlich finde es ein sehr wichtiges Thema, da es, wie bereits erwähnt, uns alle betrifft und auch gerade die junge Generation sich damit auseinandersetzen sollte, zumal die Energiewende gerade erst beginnt und es für viele vermutlich eine große Umstellung bedeuten wird. Zudem interessiere ich mich auch persönlich speziell für alte Dieselmotoren und landwirtschaftliche Maschinen, weshalb es mich auch sehr interessiert, wie der Motor der Zukunft aussehen wird und inwieweit die bisher bestehenden Maschinensysteme sich verändern bzw. anpassen müssen, um auch in Zukunft noch funktionieren zu können oder ob es auch da einen Umbruch geben wird. Doch zurück aus der ungewissen Zukunft ins Hier und Jetzt und damit zu dem, was wir bereits wissen: Zuerst werde ich einiges zum klassischen Dieselmotor erläutern, bevor ich darauf eingehe, warum man überhaupt Alternativen zu den klassischen Motoren finden muss. Anschließend werde ich die wichtigsten vorstellen, und danach werde ich mich eingehender mit dem Biodiesel befassen und diesen sowohl mit dem klassischen Diesel als auch mit den anderen Alternativen vergleichen.
2. Der Dieselmotor
2.1. Diesel - was ist das eigentlich?
Diesel wird durch die Destillation von Rohöl gewonnen. Die Destillation ist ein chemischer Prozess, bei dem man Stoffe mithilfe ihrer unterschiedlichen Siedepunkte voneinander trennt. Bei der Destillation von Rohöl wird dieses zunächst zum verdampfen gebracht, wodurch sich die kleinen Moleküle (z. B. Benzin) von den großen (z. B. Diesel) trennen, da letztere deutlich höhere Siedetemperaturen von 300°C im Gegensatz zu den leichten Molekülen haben (hier sind es lediglich 150°C). Bei der Destillation von Rohöl entstehen noch andere Produkte wie Bitumen (Teer), Schmiermittel oder auch Autogas, dies ist hier jedoch irrelevant. Diesel besteht aus Kohlenwasserstoffketten mit mehr als 20 Kohlenstoffatomen.1
2.2. Geschichte
Rudolf Diesel (1858-1913) setzte am 28. Januar 1897, also bereits vor über 125 Jahren, einen großen Meilenstein, der vor allem den Frachtverkehr und die Landwirtschaft sehr weit nach vorne gebracht hat. Man hörte erstmals ein Geräusch, das heute sehr vielen bekannt ist - das typische Knattern oder "Nageln" des Dieselmotors. Denn an diesem Tag wurde der erste Dieselmotor der Welt nach jahrelanger Arbeit und Forschung erstmals erfolgreich gestartet. Diesel wollte schon als Jugendlicher Ingenieur werden, da er von der Ineffizienz der damaligen Dampfmaschinen wusste, bei denen der Wirkungsgrad bei lediglich 8 bis 10% lag. Mit 19 Jahren fasst er also den Schluss, eine bessere und kostengünstigere Alternative zu finden, die jedermann bezahlen kann. Nachdem er mit 22 Jahren den Abschluss an der Technischen Hochschule München mit Bravour bestanden hatte, begann er damit, einen völlig neuen Motor zu konstruieren. Innerhalb der nächsten Jahre entwickelte er im Betrieb Augsburg der damaligen Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG den Dieselmotor, welcher dann nach über 15 Jahren endlich funktionierte. Das Patent für seine Idee "Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungsmaschinen" bekam er bereits 4 Jahre zuvor. Diese Konstruktion, die erst eine Weile später als "Dieselmotor" bezeichnet werden sollte, hatte beachtliche Maße von über 3 Metern Höhe, 4,5 Tonnen Gewicht und satten 20 Litern Hubraum - was etwa dem 10-fachen Hubraum eines größeren PKWs entspricht. In den folgenden Jahren bis zu seinem Tod verbesserte er den Dieselmotor unermüdlich weiter. In PKWs wurde der neuartige Motor übrigens erst 1936 verbaut, also über 20 Jahre nach Diesels Tod. "Höchste Wirtschaftlichkeit, auch im Personenwagenbetrieb. Nur 9 bis 11 Liter billiges Rohöl für 100 Kilometer. Vollendet schöne Aufbauten. Machen Sie eine Probefahrt. Im Mercedes Benz Typ 260 D, dem Personenwagen mit Dieselmotor," hieß es in der ersten Werbung von Mercedes. Zuvor wurden Dieselmotoren nur in Schiffen und Eisenbahnen verbaut, aber die höchsten Stückzahlen machten stationäre Motoren aus. Der Einsatz in Landmaschinen erfolgte (zumindest in großen Stückzahlen) jedoch erst nach dem Kalten Krieg. Einige der Kriegsfahrzeuge wurden jedoch schon mit Dieselmotoren ausgestattet. Der Wirkungsgrad von 26% war für diese Zeit dabei sensationell hoch und trug ebenfalls zur schnellen Weiterentwicklung bei. Ein weiterer Vorteil war, dass der Dieselmotor durch die Eigenschaft des Selbstzünders im Vergleich zu Benzinmotoren sehr einfach aufgebaut war - was sowohl für geringe Produktions- und damit Anschaffungskosten als auch für geringe Unterhaltungskosten und -aufwand sorgte. Der Dieselmotor war ein voller Erfolg und, wie einst von Rudolf Diesel geplant, sehr wirtschaftlich und für fast jedermann erschwinglich.2
2.3. Funktionsweise
Der Dieselmotor ist ein Viertaktmotor, das heißt, es geschehen pro Umdrehung 4 Takte oder auch Schritte. Im ersten Schritt wird Luft angesaugt und gelangt über ein Einlassventil in den Zylinder. Die Bewegung des Kolbens sorgt dafür, dass die Luft verdichtet und mit Diesel angereichert wird, wodurch die Temperatur bis auf 900°C ansteigt. Dadurch und durch die weitere Zugabe von Diesel kommt es dazu, dass sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet und verbrennt. Mit der Entzündung geht ein massiver Druckanstieg einher, der dafür sorgt, dass der Kolben nach unten gedrückt wird. So werden die Kohlenstoff ketten sowohl in kinetische (mechanische) Energie als auch in chemische Nebenprodukte (die Abgase, die durch den Auspuff entweichen) umgewandelt.3
2.4. Unterschiede zu Benzinmotoren
Wie bereits in 2.1 erwähnt, hat Benzin kleinere Moleküle und dadurch eine geringere Siedetemperatur. Die Kohlenwasserstoffketten haben im Vergleich zu Diesel durchschnittlich 9% weniger Kohlenstoffatome, dementsprechend enthält ein Liter Benzin 9% weniger Energie, bei der Verbrennung im Motor entstehen dadurch dann aber auch 9% weniger Abgase. Als weiterer Unterschied sei genannt, dass Benzin sich nicht selbst entzünden kann und dadurch der Wirkungsgrad des Benzinmotors mit 37% um 5% geringer ist als der eines Dieselmotors mit 42%.4
3. Warum ist Verbrennern ein "Verfallsdatum'' gesetzt?
3.1. Ressourcen
Lange Zeit befürchteten Experten, dass die Erdölvorräte bereits vor der Jahrtausendwende erschöpft wären - glücklicherweise bestätigte sich diese Befürchtung nicht. Tatsächlich geht man davon aus, dass noch etwa 244 Milliarden Tonnen unter unseren Füßen lagern. Das ist mehr, als jemals angenommen - was jedoch trotzdem nichts weiter als einen Aufschub bedeutet. Denn wir verbrauchen viel mehr Öl, als natürlich gebildet wird. Die Entstehung von Erdöl ist ein langwieriger Prozess, der sich über Jahrmillionen abspielt. Denn Erdöl besteht aus abgestorbenem organischem Material, welches sich meist am Meeresboden absetzt und von dem Druck der darüber entstehenden Schichten zu Erdöl gepresst wird. Der technische Fortschritt erleichtert und ermöglicht die Förderung an schwer zugänglichen Orten wie dem Meeresboden. Auch werden neue Methoden zur Förderung erschlossen, wie das Fracking, bei dem ein Gemisch aus Wasser, Quarzsand und Chemikalien mit hohem Druck in Tonschiefergestein gepresst wird. Dadurch können kleinere Ansammlungen von Erdöl durch Steigrohre an die Oberfläche gelangen. Durch diese Methode kann der Anteil des nicht geförderten Öls von ehemals 40% drastisch gesenkt werden. Der Nachteil daran ist, dass das Grundwasser oft durch die Chemikalien verseucht wird. Dies ist auch das Hauptargument der Umweltschützer gegen diese Art der Erdölförderung. Zudem kann an den Bohrlöchern Methan entweichen, welches laut der Max- Planck-Gesellschaft rund 21-mal schädlicher für das Klima ist als Kohlenstoffdioxid. Durch das Auffinden und Erschließen von neuen Ölfeldern gibt es seit den 1970ern die sogenannte Erdölkonstante. Diese meint, dass trotz steigendem Verbrauch immer so viele neue Ölfelder erschlossen werden, dass geschätzt wird, dass die Vorkommen für die nächsten 40 oder mehr Jahre reichen. Der Höhepunkt der Erdölförderung, ab dem es nur noch bergab gehen kann, bleibt dementsprechend aktuell noch in konstanter Ferne, allerdings können logischerweise nicht immer mehr Erdölfelder gefunden werden, wodurch der “Peak Oil”, also der Höhepunkt der Fördermenge, schon bald immer näher rücken wird.5
3.2. Umwelt
Seit der Industrialisierung hat sich das Klima stärker verändert als in den letzten 2000 Jahren zuvor, und das nicht zum Guten. Der Klimawandel macht sich bereits deutlich bemerkbar, wie beispielsweise an den immer häufiger vorkommenden Extremwetterlagen, Veränderungen im globalen Wasserkreislauf, der Abnahme von Schnee und Eis und dem Anstieg des Meeresspiegels. Zudem ist die durchschnittliche globale Temperatur seit 1880 durchschnittlich um 1,2°C gestiegen, was zwar nicht nach viel klingt, jedoch bereits verheerende Auswirkungen auf die Umwelt haben kann. Man vermutet, dass sich bis Ende des 21. Jahrhunderts im Vergleich zur vorindustriellen Zeit die bodennahen Luftschichten um 1,0°C bis 5,7°C erwärmen, und nur mit ambitionierter Klimapolitik und drastischer Reduktion der Emissionen ist es überhaupt noch möglich, den mittleren Temperaturanstieg bis 2100 auf 1,4 bis 2,4°C zu begrenzen. Doch bereits jetzt sind massive Folgen für Ökosysteme sichtbar, und da die Emissionen immer weiter steigen, werden selbst bei radikaler Änderung des Klimakurses die Folgen noch lange spürbar sein. Dies würde jedoch bedeuten, dass in extrem kurzer Zeit fast sämtliche Systeme in allen Sektoren (dies umfasst Land- und Forstwirtschaft, Energiesysteme, Städte, Gebäude, Verkehr und Industrie) vollständig umgestellt werden müssten, was beinahe unmöglich ist. Zudem wirken die Bekämpfung der Armut und die Einrichtung einer gesicherten Energieversorgung den Klimazielen entgegen, da dies ohne erhöhte Emissionen beinahe unmöglich ist. Um dem entgegenzuwirken, muss man vor allem auf regenerative Energien setzen.6
3.3. Politik
Damit die in 3.2 beschriebenen Klimaziele erreicht werden, greift die Politik ein. So beschloss das EU- Parlament am 22.06.2022 das Aus für Verbrennungsmotoren, Ende Juni stimmte dann auch der EU- Ministerrat zu, und als sich die EU-Staaten sowie das Parlament einigten, wurde das Gesetz rechtskräftig. Das Gesetz besagt, dass ab 2035 keinen Verbrennermotoren mehr verkauft werden dürfen, welche nicht mit E-Fuels, also synthetischen Kraftstoffen, betrieben werden können. Der Betrieb von bereits vorhandenen Verbrennermotoren muss aber weiterhin mindestens durch E-Fuels sichergestellt sein. Betroffen sind von dem Verbot neben PKWs auch kleinere Transporter.7
4. Alternativen zum Verbrenner
4.1. Elektromotoren
Der Elektromotor ist wohl der bekannteste alternative Antrieb - und auch einer der am weitesten verbreiteten. Denn der Anteil der klassischen BEV (Battery Electric Vehicle) betrug 13,2%, alle anderen alternativen Antriebe erreichten zusammen 29,7%, wobei auch Hybride einen deutlichen Anteil haben. Diese stoßen im Betrieb keinerlei Emissionen aus, allerdings wird bei der Produktion deutlich mehr Kohlenstoffdioxid freigesetzt als bei Diesel- oder Benzinmotoren. Zudem werden bei der Produktion der Batterie viele seltene Erden benötigt, welche oft unter unmenschlichen Bedingungen abgebaut werden, und der Großteil der globalen Schürfrechte liegen bei China - wodurch eine vollständige wirtschaftliche Abhängigkeit nicht mehr zu umgehen ist, und man ist aktuell versucht, wirtschaftliche Abhängigkeiten von so vielen Ländern wie möglich zu umgehen. Demnach wäre dies ein Schritt in die falsche Richtung, und außerdem muss man beachten, dass es sich auch in diesem Fall um endliche Ressourcen handelt - im Falle von Kobalt ist diese Endlichkeit ohne Reduzierung des Verbrauchs bereits mit 11 Jahren betitelt, so das Handelsblatt8, und Systeme, um die Batterien zu recyceln, stecken noch in den Kinderschuhen. Diese müssen in den nächsten Jahren also dringend her, oder sogar Optimierungen in Hinblick auf den Rohstoffbedarf. Ein weiterer Punkt sind die hohen Kaufpreise, die sich allerdings mittlerweile schon an die von Fahrzeugen mit klassischen Antrieben annähern. Die geringen Wartungskosten durch weniger Verschleißteile wirken dem ebenfalls entgegen. Die normalen Unterhaltungskosten sind auch trotz stark gestiegener Stromkosten noch etwa auf dem gleichen Niveau wie die für Verbrenner. Apropos Strom: Ein großer Anteil des Klimavorteils besteht ja darin, dass während der Fahrt keine Emissionen entstehen, jedoch wird dieser Vorteil zumindest teilweise dadurch verringert, dass bei der Produktion des Stroms ebenfalls eine nicht geringe Menge an Schadstoffen entsteht. Denn dabei entsteht pro Kilowattstunde Strom etwa doppelt so viel CO2 wie bei Diesel mit dem gleichen Brennwert. Lukrativer für den Fahrer werden Elektroautos auch durch geringe Steuer- und Versicherungskosten sowie Zuschüsse wie den Umweltbonus, der derzeit 4500€ beträgt. Außerdem sind E-Autos, die bis zum 31.12.25 zugelassen werden, vollständig von der Steuer befreit. Logischerweise sind sie von Fahrverboten in Großstädten befreit, und mit einem E-Kennzeichen gibt es einige Privilegien, von denen andere nur träumen können, wie beispielsweise die Erlaubnis zum Nutzen von Bus- und Taxispuren oder (wenn auch längst nicht überall) kostenfreie Parkplätze mit teilweise ebenfalls kostenfreiem Strom. Ein oft als Vorteil angesehener Aspekt von Elektromotoren ist die fast nicht vorhandenen Motorengeräusche - prinzipiell sicher ein Vorteil, da der Straßenverkehr die dominierende Lärmquelle ist, jedoch gibt es gerade durch die fehlenden Geräusche auch einige Unfälle, da diese Lärmbelästigung auf der anderen Seite eben auch eine Warnung vor sich nähernden Fahrzeugen ist. Um dieses Problem zu umgehen, müssen Elektroautos nun mit einem AVAS (acoustic vehicle alerting system) ausgestattet werden, welches bei Geschwindigkeiten bis 20 km/h einen künstlichen Ton ausstößt. Oberhalb dieser Geschwindigkeit überwiegen aber die Fahrgeräusche, womit die geringere Lärmbelastung durch den Motor außer an Ampeln eigentlich irrelevant ist. Ein weiterer Kritikpunkt ist die geringe Reichweite von meist 300-400 km pro Akkuladung, welche zudem noch sehr von Witterung, Fahrstil und den anderen mit Strom betriebenen Geräten abhängt, wie beispielsweise Radio, Klimaanlage oder auch den Scheinwerfern. Der Akku stellt außerdem ein nicht zu verachtendes Sicherheitsproblem dar: Denn wenn ein solcher Akku erstmal brennt, dann lässt er sich nicht so einfach löschen und muss mindestens eine Woche in einem feuerfesten Wasserbehälter verbringen, bis die Gefahr einer Wiederentzündung ausgeschlossen ist. Und spätestens bei Nutzfahrzeugen ist dies ein sehr großes Problem - im wahrsten Sinne des Wortes. Aus diesem Grund dürfen E-Autos auch seit einiger Zeit in manchen Tiefgaragen und ähnlichen schwer zugänglichen Gebäuden nicht mehr parken. Zudem werden bei einem Brand auch enorm viele Schadstoffe freigesetzt.9 Dazu kommt, dass es laut dem Bundesverband Energie und Wasserwirtschaft (Stand 3/21) in Deutschland bisher nur 40.000 Tankstellen für Strom gibt - geschätzt wird ein Bedarf von über 250.000 Ladepunkten. Allerdings werden immer mehr Ladesäulen errichtet, und auch die Batterien werden immer besser. Zudem steigen auch die Garantieversprechen der Hersteller - die meisten geben bereits mindestens 160.000 km beziehungsweise 8 Jahre oder mehr an, und dieser Wert hat sich seit der standardmäßigen Verwendung von intelligenten Batteriemanagementsystemen , welche Temperatur und Spannung der Batterie kontrollieren und auch anpassen können, deutlich verbessert und wird es in Zukunft wohl auch weiter tun10. Prinzipiell sollen große Batterien länger halten als kleinere, da letztere im Durchschnitt öfter geladen werden müssen als größere, und die größten Schäden, wenn auch über Zeit, trägt die Batterie nun mal durch die Ladezyklen davon11.
[...]
1 Vgl. Paal, Gabor. SWR Wissen. https://www.swr.de/wissen/1000-antworten/was-ist-der-unterschied-zwischen-diesel-und- benzin-kraftstoff-100.html
2 Vgl. Hillebrandt, Thomas. SWR Wissen. 27.01.2022. https://www.swr.de/wissenZ1000-antworten/was-ist-der-unterschied- zwischen-diesel-und-benzin-kraftstoff-100.html
3 Vgl. Bussgeldrechner.org. https://www.bussgeldrechner.org/benzin-dieselmotor.html
4 Vgl. Paal, Gabor. SWR Wissen. https://www.swr.de/wissen/1000-antworten/was-ist-der-unterschied-zwischen-diesel-und- benzin-kraftstoff-100.html
5 Vgl. ADAC. https://www.adac.de/verkehr/tanken-kraftstoff-antrieb/benzin-und-diesel/wie-lanqe-reicht-das-oel/
6 Vgl. Umwelt Bundesamt. 21.06.2022. https://www.umweltbundesamt.de/daten/klima/beobachtete-kuenftig-zu-erwartende- qlobale#aktueller-stand-der-klimaforschunq-
7 Vgl. tagesschau. 14.02.2023. https://www.tagesschau.de/wirtschaft/technologie/verbrenner-aus-eu-101.html
8 Vgl. Handelsblatt. 15.12.2021. https://www.handelsblatt.com/finanzen/maerkte/devisen-rohstoffe/rohstoffe-kobaltreserven- reichen-laut-studie-noch-elf- jahre/27896440.html#:~:text=F%C3%BCr%2036%20Millionen%20neue%20E,Bedarf%20nur%20noch%20elf%20Jahre.
9 Vgl. Auto Zeitung. 27.02.2020. https://www.autozeitung.de/elektroautos-vorteile-nachteile-199320.html
10 Vgl. ADAC. 25.10.2022. https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/info/elektroauto-batterie/
11 Vgl. TÜVNORD. https://www.tuev-nord.de/de/privatkunden/verkehr/auto-motorrad-caravan/elektromobilitaet/elektroauto- batterie/#:~:text=Wie%20hoch%20ist%20Lebensdauer%20der,halten%20mindestens%201.000%20komplette%20Ladezyklen.
- Quote paper
- Anonymous,, 2023, Biodiesel. Eine zweite Chance für den Dieselmotor?, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/1330827
