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 Gerätschaften Chemikalien Durchführung Abweichung Resultat Beobachtung

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

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

Chemikalien Dest. 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

Nach 3 Tagen im Scheidetrichter Abweichung Nach 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

Beobachtung NaOH lässt sich im Methanol lösen Methanol erwärmt sich beim lösen des NaOH Methanol-NaOH-Lösung ist trübe im gegensatz zum Methanol Lösevorgang wird durch das Rühren beschleunigt Rapsöl wird nach der Zugabe der Lösung trübe Nach ein paar Minuten wird das trübe Gemisch noch dunkler Die Biodieselphase setzt sich im oberen Teil des Trichters ab Die Seifenphase befindet sich in der Mitte Glycerin sammelt sich am Boden

Was ist Biodiesel und was passiert während der Herstellung? Reaktionsgleichung Was 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

Man unterscheidet zwischen kurz- und langekttigen 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

Langkettige Carbonsäuren werden als Fettsäuren bezeichnet. 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 Alkohole Aufgrund 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? Definition Wenn ein Alkohol mit einer Säure unter abspaltung von Wasser reagiert entsteht ein Ester.

Bildung von Fetten Fette 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 Alkohol Methanol 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? Eigenschaften Verwendung Produktion Bedeutung

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.

Produktion In 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 Liter Biodiesel: 109,9 cent pro Liter

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