BiokraftstoffeFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Pflanzenölkraftstoff

Pflanzenöle werden nicht nur als Speiseöl oder als Beimischung zum Tierfutter genutzt. Auch die chemische Industrie verbraucht nicht unerhebliche Mengen, zum Beispiel für die Herstellung von Schmierstoffen, Wasch- und Reinigungsmittel etc. Schließlich wird ein Teil des Pflanzenöls in Deutschland zu Biokraftstoffen verarbeitet.

Pflanzenöle sind nicht nur Ausgangsstoff für die Biodiesel-Produktion, sondern können auch direkt als Pflanzenölkraftstoff in speziell umgerüsteten Dieselmotoren eingesetzt werden. Schon Rudolf Diesel, der Erfinder des Dieselmotors, wusste es: „Der Gebrauch von Pflanzenöl als Kraftstoff mag heute unbedeutend sein. Aber derartige Produkte können im Laufe der Zeit ebenso wichtig werden wie Petroleum und diese Kohle-Teer-Produkte von heute.“

Steckbrief Rapsölkraftstoff

RohstoffeRapsöl
Jahresertrag je Hektarca. 1.580 l/ha (Dieseläquvalent: ca. 1.450 l/ha )
Kraftstoff-Äquivalent1 l Rapsöl ersetzt ca. 0,96 l Diesel
CO2-Minderung56 % gegenüber Diesel (RL 2009/28/EG)
Technische Hinweisemotorische Anpassung erforderlich

Rohstoffe

Die Voraussage Rudolf Diesels erfüllen heute überwiegend einheimische Ölpflanzen, die als Rohstofflieferant dienen. So wird in Deutschland vor allem Rapsöl als Kraftstoff eingesetzt. Auch die Nutzung von Soja-, Palm- und Sonnenblumenöl ist prinzipiell möglich, jedoch durch die Norm für Rapsölkraftstoff (DIN 51605) eingeschränkt.

Raps (Winterraps) ist hierzulande die wichtigste Ölpflanze und gleichzeitig der wichtigste Eiweißlieferant. Etwa zwei Drittel der Saat werden zu eiweißreichem Futtermittel verarbeitet. Auf knapp 1 Mio. Hektar oder etwa 8 Prozent der Ackerfläche wird Raps als bedeutendste Blattfrucht in unserer getreidebetonten Fruchtfolge angebaut.

Der einheimischen Rapsölbedarfs für Nahrungs- und Futtermittel sowie für industrielle Produkte lässt sich mit einer Fläche von etwa 0,4 bis 0,5 Mio. Hektar decken, so dass Raps für die energetische Verwendung zusätzlich verfügbar ist.

Die Nutzung von Raps und damit auch die von Rapsöl als Kraftstoff trägt nicht nur zur Sicherung der Einkommen in der Landwirtschaft bei, sie ermöglicht durch acker- und pflanzenbauliche Vorteile eine nachhaltige Bewirtschaftung unserer landwirtschaftlichen Flächen und Kulturlandschaften. 

Um den Anbau von Ölpflanzen zur Energiegewinnung auch auf Grenzertragsstandorten zu erweitern, werden Ölpflanzenarten wie z. B. Leindotter genauer betrachtet. In einem FNR-Projekt wurde untersucht, unter welchen Bedingungen  Leindotteröl als Kraftstoff oder Zumischkomponente eingesetzt werden kann.

 

Herstellung von Pflanzenöl als Kraftstoff

Grundsätzlich gibt es zwei Herstellungsverfahren für Pflanzenöle: die dezentrale Kaltpressung, die oft regional direkt in landwirtschaftlichen Betrieben oder Genossenschaften stattfindet, und die zentrale Herstellung in industriellen Großanlagen.

Herstellung in dezentralen Ölmühlen: 

Bei der Kaltpressung – in der Regel in dezentralen Ölmühlen mit einer Verarbeitungskapazität von 0,5 bis 25 t Ölsaat pro Tag - wird die gereinigte Ölsaat ausschließlich durch mechanischen Druck bei Temperaturen von max. 40 °C ausgepresst. Die Schwebstoffe im Öl entfernen Filtrations- oder Sedimentationsverfahren. Neben dem Öl bleibt der Presskuchen mit einem Restölgehalt von 10 bis 18 % als eiweißreiches Tierfutter übrig. Die Ölausbeute liegt bei der Kaltpressung im Vergleich zur zentralen Ölpressung zwar niedriger, der schonende Pressvorgang ist jedoch Voraussetzung für die Herstellung hochwertiger, nativer Speiseöle. Für die Nutzung als Kraftstoff werden in einfachen Nachbehandlungsverfahren ablagerungs- und aschebildende Elemente im Rapsöl (Phosphor, Calcium, Magnesium) auf Minimalwerte reduziert.

Herstellung in zentralen, industriellen Ölmühlen:

Zentrale, industrielle Ölmühlen können pro Tag bis zu 4.000 t Saat verarbeiten und pressen die Ölsaaten nach einer Vorbehandlung bei höheren Temperaturen aus. Aus dem verbleibenden Ölpresskuchen wird das restliche Öl mit Lösemitteln bei Temperaturen bis 80 °C extrahiert, also herausgelöst. Übrig bleibt ein Extraktionsschrot, das ebenfalls als Tierfutter zum Einsatz kommt. Durch Verdampfen erfolgt die Abtrennung des Öls vom Lösungsmittel. Nach diesen Verfahrensschritten enthält das Öl einige unerwünschte Begleitstoffe, die anschließend durch Raffination entfernt werden. Endprodukt ist ein auch als Vollraffinat bezeichnetes Pflanzenöl.

Vergleich dezentrale/ zentrale Pflanzenölerzeugung

Ölgewinnung aus 1 t Rapssaatdezentralzentral
Abpressgrad [%]8099
Ölausbeute [kg/t Saat]336416
Ausbeute Presskuchen [kg/t Saat]660 
Ausbeute Extraktionsschrot [kg/t Saat]-580
Ölertrag [l/t Saat]365452
Ölertrag [l/ha]1.2781.582

Konkrete Informationen zur Herstellung von Pflanzenölkraftstoff finden Sie in dem Handbuch "Herstellung von Rapsölkraftstoff in dezentralen Ölgewinnungsanlagen". Dieses Handbuch liefert Hinweise zur Planung und  Auswahl der technischen Komponenten, zur Lagerung und Qualitätssicherung aber auch zu wirtschaftlichen Aspekten und rechtlichen Rahmenbedingungen.

Umrüstung

Bevor unverändertes Pflanzenöl als Kraftstoff genutzt wird, muss der Motor an den Kraftstoff angepasst werden, um den Viskositäts- und Verbrennungseigenschaften der Pflanzenöle gerecht zu werden. Mehrere Anbieter in Deutschland haben dafür verschiedene Umrüstkonzepte entwickelt. Diese sorgen entweder für die Vorwärmung von Kraftstoff und Einspritzsystemen oder verfügen über ein "2-Tank-System", bei dem der Motor mit Diesel startet und erst bei Betriebstemperatur auf Pflanzenölbetrieb umschaltet.

Die verschiedenen, in der Praxis inzwischen genutzten Umrüstverfahren kosten je nach Motor zwischen gut einem und mehreren Tausend Euro. Eine Garantie auf Veränderungen am Motor wird nicht immer gewährt.

Gut erprobt sind Anpassungen von älteren Vorkammer-Diesel-Motoren, wohingegen in modernen Common-rail- oder Pumpe-Düse-Systemen nicht alle Probleme restlos gelöst sind. Zudem erfordert der Eintrag von Pflanzenöl in das Motoröl häufig deutlich verkürzte Ölwechselintervalle.

In nicht angepassten Motoren sollte Pflanzenöl weder in Reinform noch in Mischungen mit Diesel zum Einsatz kommen, da seine Verbrennungseigenschaften zu stark von denen des Dieselkraftstoffes abweichen und Schäden an den Einspritzsystemen sowie durch Ablagerungen im Motor nicht auszuschließen sind.

Derzeit wird daran gearbeitet, einen pflanzenöltauglichen Traktor zur Serienreife zu bringen. Im Rahmen eines Projektes, das die Fachagentur im Auftrag des Bundeslandwirtschaftsministeriums begleitet, wollen die John Deere Werke Mannheim, die Vereinigten Werkstätten für Pflanzenöltechnologie (VWP) und die Universität Rostock, Traktormotoren auf den Pflanzenölkraftstoff anpassen und auf langfristige Betriebssicherheit untersuchen. Diese Motoren erfüllen selbstverständlich die Grenzwerte der Abgasstufe T3.

Ein ab Werk für den Betrieb mit Pflanzenöl freigegebener Traktor bringt klare Vorteile mit sich, da die Sicherheit der Werksgarantie und die Betreuung durch den Fachhandel gegeben ist.

Bereits im 100-Traktoren-Demonstrationsprojekt ("Praxiseinsatz von serienmäßig neuen rapsöltauglichen Traktoren") wurde die Praxistauglichkeit von Rapsöl in serienmäßig gefertigten Traktoren getestet. Dabei wurde deutlich, dass nicht jeder Motortyp für den Betrieb mit Rapsöl geeignet ist sowie ein störungsfreier Motorbetrieb nur auf Basis einer genormten Kraftstoffqualität möglich ist.

Drei Jahre nach Abschluss dieses Projektes wurden 76 Traktoren im Jahr 2008 erneut wissenschaftlich untersucht. Die Auswertung der Tier I-Motoren im Rapsölbetrieb von 2001 bis 2008 stützt sich auf 69 Traktoren mit 1-Tanksystem und 7 Traktoren mit 2-Tanksystem. Ziele des Projektes (Dauerhaltbarkeit von Rapsölmotoren im Praxiseinsatz) waren die Dokumentation und Bewertung des Zustands der Traktoren, die Erfassung des Aufwandes der Traktorenbetreiber beim Einsatz von Rapsölkraftstoff und die Erfassung aller Betriebsstörungen sowie das Leistungsverhalten der Traktoren in den letzten drei Jahren.

Kraftstoffeigenschaften und -qualität

Reines Pflanzenöl hat bestimmte Eigenschaften, die es von Dieselkraftstoff unterscheiden und seinen Einsatz im Verbrennungsmotor nur nach Anpassungsmaßnahmen ermöglichen. Die Viskosität von Pflanzenöl ist vor allem bei niedrigen Temperaturen bis zu zehnmal höher als die von fossilem Diesel, was bei herkömmlichen Motoren zu technischen Herausforderungen insbesondere beim Winterbetrieb und beim Kaltstart des Motors führt. Der Flammpunkt liegt mit rund 240 °C deutlich höher als der von normalem Diesel. Pflanzenöl ist deshalb bei Lagerung und Transport besonders sicher, einfach handhabbar und in keine Gefährdungsklasse der Verordnung über brennbare Flüssigkeiten eingestuft.

Für einen sichereren und emissionsarmen Betrieb pflanzenöltauglicher Motoren sind bestimmte Anforderungen zu erfüllen. Für Rapsölkraftstoffe sind diese seit September 2010 in der Norm DIN 51605 festgelegt. Für Pflanzenölkraftstoffe, die neben Rapsöl auf weitere Pflanzenöle als Rohstoff zurückgreifen, legt die Norm DIN 51623 die Kriterien fest.

Konkrete Informationen zur Qualitätssicherung Pflanzenölkraftstoff finden Sie in dem Handbuch "Herstellung von Rapsölkraftstoff in dezentralen Ölgewinnungsanlagen"

Verbreitung

In der Land- und Forstwirtschaft kann der Einsatz von Pflanzenölkraftstoff trotz fehlender Anreize weiter eine Option sein. Wie im Schwerlastverkehr, ist auch für die Land- und Forstwirtschaft die Umstellung der Mobilität von fossilen auf erneuerbare Quellen eine besondere Herausforderung. Batterieelektrische Antriebe sind für Großmaschinen, wie sie in der Landwirtschaft eingesetzt werden, nur bedingt eine Option. Erneuerbare Kraftstoffe mit hoher Energiedichte sind erforderlich. Fortschrittliche erneuerbare Flüssigkraftstoffe, die aus Rest- und Abfallstoffen oder erneuerbaren Strom als Quelle nutzten, sind aktuell noch nicht verfügbar.  Vor diesem Hintergrund ist die dezentrale Erzeugung und Nutzung von Kraftstoff mit Blick auf die kurzfristigen nationalen und eurpäischen Klimaziele eine Option.

Praxisbeispiele finden Sie unter: Branchenplattform Biokraftstoffe in der Land- und Forstwirtschaft (biokraftstoffe-tanken.de).

Weitere Informationen zum Einsatz von Pflanzenölkraftstoffen in der Land- und Forstwirtschaft finden  Sie beim Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ) unter: Pflanzenölkraftstoff (bayern.de).

Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe

Europäische Netzwerke

European Technology and Innovation Platform Bioenergy – Support of Renewable Fuels and Advanced Bioenergy Stakeholders 2
ADVANCEFUEL: Unterstützung der Markteinführung fortschrittlicher flüssiger Biokraftstoffe und anderer flüssiger erneuerbarer Kraftstoffe im Verkehrssektor bis 2030 und darüber
IEA - Technology Collaboration Programme Advanced Motor Fuels

NawaRo für Kinder

Bauer Hubert