Hier folgt eine Beispielaufgabe aus dem Bereich Umweltbiotechnik. Überleg mal, ob Du vielleicht schon auf eine Lösung kommst. Darunter findest Du die Lösung, sowie eine Erklärung, weshalb es wichtig ist, dass so etwas im Studium gelehrt und geprüft wird.
Das Wissen wird nicht zu Studienbeginn vorausgesetzt, sondern wird v.a. im Rahmen des Moduls Umweltbiotechnik im 3. Semester erworben.
Charakterisieren Sie die Biokraftstoffe Biomethan und Bioethanol bezüglich der Ausgangsstoffe, aus denen sie erzeugt werden können und des Herstellungsverfahrens. Welcher der beiden Biokraftstoffe bringt mehr Reichweite in Fahrkilometern je ha Anbaufläche und warum ist das so? Und wie schätzen Sie die Rolle von Biokraftstoffen für die Mobilität der Zukunft ein?
Biomethan ist Methan, welches durch Gärung aus organischen Substraten erzeugt wird. Als Substrate kommen organische Reststoffe wie z.B. Pflanzen- und Lebensmittelabfälle, der Inhalt der Biotonne, tierische Exkremente in Form von Gülle oder Mist, Klärschlamm sowie eigens angebaute Substrate z.B. Maissilage zum Einsatz. Diese Substrate werden in eine Biogasanlage gefördert. Dort findet unter anaeroben Bedingungen durch verschiedene Gruppen von Bakterien und Archaeen der Abbau der organischen Substanz zu CH4 und CO₂ statt. Zudem sind noch weitere Gase wie Wasserdampf, Ammoniak, Schwefelwasserstoff Bestandteil des entstehenden Biogases. Das CO₂ und die weiteren Komponenten müssen vom Methan in einer Biogasaufbereitungsanlage getrennt werden, um Biomethan in Erdgasqualität (Methangehalt von ca. 99 %) zu erhalten. Dieses kann dann komprimiert und als Treibstoff in Erdgasfahrzeugen verwendet werden.
Bioethanol ist Ethanol, welches durch alkoholische Gärung aus organischen Substraten erzeugt wird. Als Substrate werden in Deutschland vor allem Rübenzucker und Melasse als Nebenprodukt der Zuckerproduktion sowie Getreidestärke, vor allem aus Weizen und Tritikale genutzt. Wenn Stärke als Ausgangsstoffe genutzt wird, muss diese zunächst enzymatisch verzuckert werden. Die dabei entstehende Glukose bzw. der Rübenzucker (das Disaccharid Saccharose) werden dann in großen Fermentern mit Hefe fermentiert. Während der stattfindenden alkoholischen Gärung entsteht aus den Zuckern CO₂ und Ethanol. Das Ethanol muss aus dem Fermentermedium durch Destillation abgetrennt und das verbleibende Restwasser z.B. durch Membranverfahren entfernt werden. Das dadurch erhaltene Bioethanol hat eine Reinheit von über 99 % und kann als Treibstoffzusatz in Ottokraftstoffen verwendet werden.
Biomethan hat in der Regel eine höhere Reichweite in Fahrkilometern je Hektar Anbaufläche, da zu dessen Herstellung ganze Pflanzen z.B. Mais verwendet werden und nicht nur die Früchte oder Samen, wie im Fall der Zuckerrüben oder Getreide.
Zur Frage der Rolle der Biokraftstoffe für die Mobilität der Zukunft: Ab 2035 sollen EU-weit keine neuen PKW mit Verbrennungsmotoren mehr zugelassen werden. Für die Übergangszeit bis dahin und auch für den dann noch vorhandenen Bestand an PKW und LKW sind Treibstoffe nicht fossilen Ursprungs notwendig, um die CO₂-Emissionen des Mobilitätssektors zu reduzieren. Hier ist der Einsatz von Biotreibstoffen, eine Übergangslösung auf dem Weg zur Klimaneutralität. Insbesondere sollten Biotreibstoffe der 2. Generation zum Einsatz kommen. Diese werden aus Substraten erzeugt, die nicht für die menschliche oder tierische Ernährung geeignet sind, z.B. Klärschlamm, Abfälle wie Gülle und Bioabfall oder holzige Biomassen.
Der Mobilitätssektor ist für einen erheblichen Teil der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Im Modul Umweltbiotechnik lernen Sie die Rohstoffbasis sowie die biochemischen und technischen Grundlagen der Erzeugung von Biotreibstoffen kennen. Mit diesem Wissen können Sie die Effizienz und Nachhaltigkeit der verschiedenen Prozesse abschätzen und vergleichen.
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