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Kraftstoffe

Biodiesel mit schmutziger Verbrennung

Lange als Allheilmittel gegen den Klimawandel angepriesen, haben Agrarkraftstoffe ihr grünes, weil angeblich kohlendioxidneutrales Image längst verloren, da ihre Anbauflächen mit der Produktion von Nahrungsmitteln konkurrieren oder dafür natürliche Ökosysteme zerstört werden. Was bei der Verbrennung von Ethanol oder so genanntem Biodiesel freigesetzt wird, untersuchten Wissenschaftler bislang dagegen kaum. Katharina Kohse-Höinghaus von der Universität Bielefeld und ihre Kollegen wollen dies ändern: Sie haben sich erstmals umfassend den Verbrennungsvorgängen der alternativen Treibstoffe und ihren Verbrennungsprodukten gewidmet.

Generell sind Agrarkraftstoffe chemisch sehr heterogen, da unter diesem Oberbegriff Alkohole, Ester, Ether und auch einige nitrifizierte Verbindungen zusammengefasst werden, die sehr unterschiedlich verbrennen. Allein bei der Verbrennung von Biodiesel, der zum Beispiel durch Umesterung von Raps- oder Sojaöl mit Methanol gewonnen wird, laufen etwa 35 000 unterschiedliche chemische Reaktionen mit zahlreichen Neben-,Zwischen- und Endprodukten ab. Viele dieser Verbindungen hat Kohse-Höinghaus' Team mit laserspektroskopischen und massenspektrometrischen Analyseverfahren gemessen, um zu sehen, wie die Struktur der Kraftstoffmoleküle die jeweilige Schadstoffbilanz beeinflusst. Im Gegensatz zu Erdölprodukten, an denen seit Jahrzehnten geforscht wird, wissen die Chemiker auf dem Gebiet der nachwachsenden Kraftstoffe noch relativ wenig über die Reaktionswege während der Verbrennung.

Verglichen mit herkömmlichen fossilen Energieträgern entsteht bei der Umsetzung vieler Agrarkraftstoffe weniger Ruß, der bei normalem Diesel durch unvollständige Umsetzung des Kraftstoffs in größeren Mengen entsteht und durch Partikelfilter aufgefangen werden muss. Dafür bilden sich deutlich mehr gesundheitlich kritische Carbonylverbindungen wie das krebserregende Formaldehyd oder leberschädigendes Acetaldehyd. Dazu kommen weitere Aldehyde sowie Azeton und andere Ketone in größeren Konzentrationen.

Kohse-Höinghaus' sieht vor allem den Einsatz von Biodiesel kritisch, der eine sehr komplexe chemische Struktur aufweist, während die einfacher gebauten Ethanol und Butanol relativ sauber verbrennen. Erschwerend kommt hinzu, dass Biodiesel vielfach normalem Diesel beigemengt wird, was die Verbindungs- und damit Reaktionsvielfalt weiter erhöht. Die Forscher mahnen deshalb, dass die Agrarkraftstoffe vor diesem Hintergrund kritischer betrachtet werden müssten und nicht allein auf ihre Wirtschaftlichkeit und technische Umsetzung geachtet werde. (dl)
20. KW. 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 20. KW. 2010

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  • Quellen
Kohse-Höinghaus, K. et al.: Biofuel Combustion Chemistry: From Ethanol to Biodiesel. In: Angewandte Chemie International Edition 49, S. 3572 – 3597, 2010.

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