Ethanol

Ethanol (fachsprachlich für Äthanol) ist eine chemische Verbindung, deren Molekül aus zwei Kohlenstoffatomen, Wasserstoff und einer Hydroxylgruppe (OH-Gruppe) besteht. Es handelt sich um einen Alkohol aus der Untergruppe der n-Alkanole, da in dem Molekül neben zwei Wasserstoffatomen nur eine Hydroxylgruppe an ein aliphatisches C-Atom gebunden ist.

Häufig wird diese Verbindung umgangssprachlich als Alkohol bezeichnet, obwohl sie nur der prominenteste Vertreter der Stoffgruppe der Alkohole ist. Gebräuchlich sind auch die Bezeichnungen Weingeist und Spiritus; früher wurde der Name Äthylalkohol verwendet.

Durch Gärung aus Biomasse gewonnenen Ethanol bezeichnet man auch als Agrar- oder Bioethanol. Man kann Ethanol aber auch durch die Synthese aus Wasser und Ethen unter Zugabe von Schwefelsäure als Katalysator herstellen.

Strukturformel

Datei:Ethanol.png

Allgemeines

Name

Ethanol

Andere Namen

Ethylalkohol, Äthanol, Äthylalkohol (veraltet), Weingeist, Spiritus

C₂H₅O H

64-17-5

1170

30 + 33

Kurzbeschreibung

farblose, charakteristisch riechende Flüssigkeit

Eigenschaften

Molmasse

46,07 g/mol

Aggregatzustand

flüssig

Dichte

\varrho

ca. 0,7894 g/cm³ (bei wasserfreiem Ethanol)

-114,4 °C

78,37 °C

58,7 hPa (20 °C)

12 °C

425 °C (DIN 51794)

untere: 2.5 Vol% / obere: 15 Vol%

Schallgeschwindigkeit

1180 m/s (20 °C), Temperaturabhängigkeit -3.6 m/(s*°C)

Energiedichte pro kg

7,44 kWh/kg = 26,78 MJ/kg

Energiedichte pro Liter

5,87 kWh/l = 21,14 MJ/l

dynamische Viskosität

1,2E-3 Pas (20°C)

kinematische Viskosität

1,52E-6 m²/s (20°C)

Oberflächenspannung

0,02255 N/m (20°C)

Löslichkeit

mischbar mit polaren und unpolaren Lösungsmitteln

Biologische Abbaubarkeit

94% (OECD 301 E)

Sicherheitshinweise

Gefahrensymbole

F
Leichtentzündlich

R- und S-Sätze

R: 11
S: 9-16-33-51

MAK

500 ml/m³ bzw. 960 mg/m³

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Beschaffenheit

Flasche mit 94%igem Spiritus

Durch die OH-Gruppe (Hydroxylgruppe) ist Ethanol im Gegensatz zu Ethan polar. Daraus resultiert eine wesentlich bessere Wasserlöslichkeit. Als Lösungsmittel ist es deshalb für viele Stoffe besonders geeignet. So werden in der Pharmazie viele Pflanzenauszüge oder andere Medikamente als alkoholische Lösung dargeboten.

Mit Wasser ist Ethanol unbegrenzt mischbar. Es bildet ein azeotropes Gemisch, so dass beim Destillieren von Ethanol kein reiner (absoluter) Alkohol, sondern ein Gemisch mit rund 6 Prozent Wasser entsteht. Um absoluten Alkohol herzustellen, muss dem destillierten Ethanol z.B. mit Hilfe von Trockenmitteln das restliche Wasser entzogen werden.

Großtechnisch erfolgt die Trennung von Ethanol/Wasser-Gemischen durch azeotrope Rektifikation. Die Anlage besteht hauptsächlich aus zwei Rektifikationssäulen. In der Haupttrennsäule erfolgt die normale Rektifikation des Ethanol/Wasser-Gemischs bis in die Nähe des azeotropen Punkts. Das Sumpfprodukt ist Wasser. Dem Kopfprodukt (etwa 97 % Ethanol / 3 % Wasser) wird der Hilfsstoff Cyclohexan beigemischt. Dieses Dreistoffgemisch gelangt in die Hilfsstoff-Trennsäule. Dort erfolgt eine Auftrennung in den im Sumpf anfallenden reinen Alkohol sowie in ein Cyclohexan/Wasser-Gemisch als Kopfprodukt. Cyclohexan und Wasser sind im flüssigen Zustand nicht mischbar und trennen sich nach der Kondensation in einem Abscheider (Dekanter). Der Hilfsstoff Cyclohexan wird am Einlauf der Hilfsstoff-Trennsäule wieder dem zuströmenden azeotropen Ethanol/ Wasser-Gemisch beigefügt. Er läuft im Kreislauf im oberen Bereich der Hilfsstoff-Trennsäule und wird deshalb auch als "kopflaufender Hilfsstoff" bezeichnet.

Bei Temperaturen um die -20 °C (Gefrierschrank) verdunstet Ethanol (96%) kaum noch und zeigt eher zähflüssige Eigenschaften. Bei -70 °C (durch Trockeneis) wird es noch zähflüssiger.

Giftigkeit

Ethanol ist der wichtigste Bestandteil alkoholischer Getränke. Für den Menschen ist Ethanol giftig. Geringe Mengen können noch von der Leber entgiftet werden. Eine übermäßige Einnahme (über etwa 1 Promille Alkoholkonzentration im Blut) führt zu typischen Trunkenheitssymptomen wie Schwindel, Übelkeit, Orientierungsstörung, Redseligkeit und gesteigerte Aggressivität. Die tödliche Dosis liegt etwa bei 3,0 bis 4,0 Promille.

Die regelmäßige Einnahme von Ethanol kann zur Sucht (Alkoholkrankheit) führen. Dabei werden alle Zellen des Körpers geschädigt. Insbesondere leiden das Nervensystem und die Leber. Epilepsie, Psychosen, soziale Vereinsamung und der verfrühte Tod können die Folge sein. In Deutschland sterben über 73.000 Menschen jährlich vorzeitig aufgrund ihres Akoholmissbrauchs (Quelle: DHS/Hamm - Deutsche Hauptstelle für Suchtgefahren, 2004).

Bei einer akuten Ethanolvergiftung hilft das Herbeiführen des Erbrechens des Giftes. Dieses kann auch durch Auspumpen des Mageninhalts erfolgen. Danach sollte viel Wasser getrunken oder - falls nicht mehr möglich - intravenös physiologische Kochsalzlösung infundiert werden.

Verwendung

Ethanol ist für Bakterien giftig und wird daher häufig als Desinfektionsmittel verwendet. Dabei ist die Wirksamkeit am höchsten, wenn ein Gemisch von Ethanol und Wasser mit ungefähr 70 % Alkoholgehalt verwendet wird. Auch wird durch Einreiben mit Spiritus (z. B. Franzbranntwein) die Durchblutung gefördert. Im Haushalt wird Spiritus gern als Reinigungsmittel für Glas, Chrom, Kunststoff usw. verwendet. In der Scheibenwaschanlage von Automobilen wirkt Spiritus sowohl als Reinigungs- als auch als Frostschutzmittel.

Lichtspektrum einer blau leuchtenden Spiritusflamme

Als Brennstoff wird Ethanol in Form von Brennspiritus verwendet, beispielsweise für Rechauds sowie Camping- und Expeditionskocher.

Grundsätzlich unterliegt die Verwendung von Ethanol der Branntweinsteuer. Um zu verhindern, dass Ethanol ohne Entrichtung dieser Steuer als Genussmittel getrunken oder diesen beigefügt wird, wird es vergällt. Die Verwendung vergällten Ethanols ist dann im technischen Sektor (Druckerei, Lackherstellung, Reinigungsmittelproduktion, Kosmetik etc.) steuerfrei möglich. Vergällung bedeutet, dass Ethanol mit anderen Chemikalien, wie z. B. MEK (Methyl-Ethyl-Keton, Butanon-2 mit 2 weiteren branntweinsteuerrechtlich vorgeschriebenen Markierungskomponenten), Petrolether, Cyclohexan, Phthalsäurediethylester (Diethylphtalat) oder ähnlichem versetzt wird, um es für den menschlichen Genuss unbrauchbar zu machen.

Unter gleicher Maßgabe ist die steuerfreie Verwendung von Brennspiritus für jedermann überhaupt erst möglich. Hier wird dem Ethanol zusätzlich zum MEK noch das extrem bittere Denatoniumbenzoat (1 Gramm/100 Liter) beigemischt. Die früher übliche Verwendung von Pyridinen als Vergällungsmittel für Brennspiritus ist branntweinsteuerrechtlich zwar immer noch erlaubt, diese werden aber wegen ihrer gesundheitlichen Bedenklichkeit seit ca. 1993 von deutschen Herstellern nicht mehr eingesetzt.

Zu beobachten ist zudem, dass einige Spiritusabfüller, vermutlich aus Kostengründen, keinen reinen Ethanol (zumeist in einer Konzentration von ca. 94 % vol.) verwenden, sondern dem Ethanol diverse Fremdstoffe, Regenerate etc. beimischen. Hersteller, die noch reinen Ethanol verwenden, werden dies zumeist durch die Kennzeichnung "UN 1170" auf der Flasche kenntlich machen.

Die Vergällungsmittel haben meist ähnliche Siedepunkte wie Ethanol, so dass sie sich durch Destillieren nur schwierig entfernen lassen.
Die Vergällungsmittel Diethylphtalat (Verwendung auch als Weichmacher) und MEK stellen ein Problem bei der Verwendung als Reinigungsmittel dar: Farben und Lacke, die an sich resistent gegen Ethanol sind, können erweichen oder angegriffen werden.

Nicht zu verwechseln ist Brennspiritus mit Trockenspiritus, der das Tetramere (CH₃CHO)₄ des Acetaldehyds CH₃CHO ist.

Medizin

Eine interessante Verwendung ist der Einsatz von Ethanol zur Behandlung von Insektenstichen: Ein alkoholgetränktes Tuch wird dazu einige Zeit auf den frischen Stich gelegt. Die Schwellung geht zurück und der Juckreiz verschwindet, da der Alkohol viele der eingespritzen Gifte inaktiviert.

Bei einer Vergiftung mit Methanol wird als erste Massnahme Ethanol intravenös gegeben, so dass die Leber die Umwandlung des Methanols in seine toxischen Abbauprodukte hinausschiebt.

Nach einer schweren Alkoholsucht mit Delirium tremens als Entzugserscheinung gibt man Ethanol, um zugunsten eines dringenden Eingriffes am Patienten die Symptome (u.a. Tremor) zu unterdrücken.

Ethanol als Kraftstoff

siehe Artikel Ethanol-Kraftstoff

Ethanol kann normalem Otto-Kraftstoff (Benzin) zugemischt werden. Als Bioethanol bezeichnet man Ethanol, das ausschließlich aus regenerativer Biomasse hergestellt wurde. Chemisch gesehen gibt es keinen Unterschied zwischen Bioethanol und anders hergestelltem Ethanol. Die in der als Rohstoff dienenden Biomasse enthaltene Stärke wird enzymatisch in Glukose aufgespalten und dieser anschließend mit Hefepilzen zu Ethanol vergärt. Bioethanol wird im Moment noch nicht wie das fossile Mineralöl extra besteuert.

Im Zusammenhang mit dem Kyoto-Protokoll wird heute häufig über die Herstellung und den Einsatz biogener Treibstoffe (also Treibstoffe biologischen oder organischen Ursprungs) und die Reduzierung von Kohlenstoffdioxid-Emissionen pro gefahrenem Kilometer debattiert. Der Preis für Bioethanol beträgt 2004 in Brasilien 0,19 US-$/l, in den USA 0,33 $/l und in Europa 0,55 $/l. Es ist allerdings davon auszugehen, daß der technische Fortschritt noch geringere Produktionskosten zuläßt.

E85

E85 besteht zu 85% aus wasserfreiem Bioethanol und zu 15% aus herkömmlichem Benzin. Die dem E angefügte Zahl gibt generell an, wieviel Volumenprozent Ethanol dem Benzin beigemischt wurden. So sind auch Bezeichnungen wie E2, E5, E10, E15, E25, E50 und E100 gängig. Bedingt durch die höhere Klopffestigkeit kann die Motorleistung mit E85 gegenüber herkömlichen Benzin um 5% gesteigert werden. Bei höher verdichteten Motoren wie dem Saab 9-5 FFV sogar bis 20 % mehr.

In Europa ist Schweden bei der Beimischung von Ethanol Vorreiter. Ford verkaufte in Schweden bereits 15.000 FFV (Flexible Fuel Vehicle) (Stand: Dezember 2005). In Brasilien wurde im Dezember 2005 das dreimillionste FFV verkauft. Diese Fahrzeuge sind speziell für den Betrieb mit E85 konzepiert worden, das in Schweden bereits an 220 Tankstellen und in Brasilien flächendeckend verfügbar ist. Die FFVs verbrauchen bei Betrieb mit E85 ca. 30% mehr Kraftstoff gegenüber dem Standardbenzinmodell. In Bad Homburg eröffnete am 2. Dezember 2005 die erste öffentliche Bioethanoltankstelle Deutschlands. Der Preis pro Liter beträgt 92 Cent und ist somit durch den 30%igen Mehrverbrauch für den Verbraucher etwa so teuer wie Benzin (1,20 €; Dez. 2005). FFVs können mit jeglicher Ethanol-Benzin-Mischung von 0% bis 85% Ethanol betrieben werden. Bedingt durch die vom Benzin abweichenden (Verbrennungs-)Eigenschaften des Ethanols werden diese Motoren jedoch mit veränderten Werkstoffen hergestellt. Ein FFV kostet ca. 300€ Aufpreis gegenüber dem Benzinmodell. Ein spezieller Sensor stellt im Betrieb fortlaufend das Mischungsverhältnis fest und justiert den Verbrennungsvorgang. Bei einem reinen Benzinmotor, der mit E85 betrieben würde, ist das Risiko eines Motorschadens hoch, da die Korrosionsfestigkeit nicht gegeben ist und der Kraftstoff schlechtere Schmiereigenschaften besitzt. Eine Nachrüstung von reinen Benzin-Motoren zu FFV-Motoren scheidet somit aus o.g. Materialgründen aus.

Die Euronorm EN DIN 228 Norm lässt es zu, dem herkömlichen Benzin bis zu 5 Volumenprozent Ethanol beizumischen (E5). Dies wird auch heute schon praktiziert, allerdings liegt der Ethanolanteil in Deutschland erst bei etwa 2%. Normale Benzinmotoren können ohne Modifikation mit E10 (10% Ethanol) betrieben werden. Allerdings entspräche dieser Anteil nicht mehr der DIN-Norm. In den USA wird bereits größtenteils E10 eingesetzt. Durch geringe Umbaukosten (ca. 30 €) kann auch E25 getankt werden. Brasilien mischt bereits 25 Prozent ins Normalbenzin, welches dort auch Pflicht ist und von den gewöhnlichen Autos vertragen wird. Japan will bald bis zu zehn Prozent beimischen und verhandelt derzeit mit Brasilien über Alkohollieferungen. Seit Jahren werden in Brasilien große Mengen Ethanol aus Zuckerrohr produziert. Die Hälfte aller dortigen PKW fahren bereits mit E85, 2% sogar mit 100% Ethanol im Tank (E100). Motoren mit reinen Ethanol bzw. Alkohol werden in Brasilien in der Automobilindustrie seit 1979 für den Straßenverkehr und seit 2005 in der Flugzeugindustrie für derzeit noch Kleinflugzeuge verkauft.

Ethanol wird auch indirekt als Rohstoff für die Herstellung von Ethyltertiärbutylether (ETBE) genutzt. ETBE kann zu einem Anteil von 15 Volumenprozent normalem Benzin beigemischt werden und erhöht darüber hinaus die Klopffestigkeit des Treibstoffs. Die Beimischungen bewirken neben den zahlreichen Produktionsmöglichkeiten und langfristig sinkenden Preisen eine Reduzierung der anthropogenen Treibhausgase, da die energetische Nutzung von Bioethanol oder Ethern (wie ETBE) CO₂-neutral passiert (wenn man von dem bei der Produktion anfallenden CO₂ absieht). Das emittierte Kohlenstoffdioxid wird durch Photosynthese der Pflanzen wieder verbraucht. In einigen EU-Ländern (z. B. Polen, Tschechien, Deutschland) wird sogar eine Zwangsbeimischung von Bioethanol geprüft.

Im Sommer 2002 erließ das Bundesministerium der Finanzen ein Gesetz zu Steuerbefreiung u. a. von Ethanol als Biokraftstoff zur Beimischung zu fossilen Kraftstoffen (Anlehnung an EU-Direktive 92/81/EWG Art.8.No.4.)

Die Volkswirtschaften jenseits des Atlantiks entschieden, das Beimischen von Ethanol zu fossilen Kraftstoffen nicht nur zu fördern, sondern gesetzlich zu forcieren. Was in Europa als innovativ gilt, ist dort eine lange Tradition, die sogar bis zum ersten Serienauto Anfang des 20. Jahrhunderts zurückreicht. Henry Ford entwarf nämlich das Ford Model T, die „Tin Lizzy“, auf Basis der Nutzung von Ethanol als Kraftstoff und hatte bereits Visionen von der nachhaltigen Einbeziehung der Landwirtschaft als Kraftstofflieferant. Erst auf Druck der rasch wachsenden Petroleumindustrie hatte Ford später die Motoren umgestellt.

Herstellung

Weltweit werden etwa 330 Millionen hl (33 Mrd. l) Ethanol hergestellt, wovon mit 42 Mio. hl etwa 13% auf die europäischen Länder fallen. Das EU-Ziel liegt nach unterschiedlichen Angaben bei 400 Mio. hl für 2010. Größte europäische Erzeuger sind Russland und Frankreich. Deutschland erzeugt jährlich fast 4 Mio. hl zu gleichen Teilen als Getränkealkohol und als Alkohol für chemisch-technische Zwecke, was einer Eigenbedarfsdeckung von etwa 62 % entspricht. Neben der Produktion von Neutralalkohol für Getränke, Lebensmittel und technische Zwecke fallen weltweit etwa 65% auf die Herstellung von Kraftstoffethanol.

Als Rohstoffe sind in Lateinamerika Zuckerrohr und in Nordamerika Mais von größter Bedeutung, denn sie liefern hohe Gehalte an Zucker und Stärke, die nach enzymatischer Aufspaltung als Glukose zur Ethanolproduktion durch Hefen genutzt werden. Die anfallende Bagasse aus der Melassenutzung ist schwer zu entsorgen, die Schlempe aus der Maisnutzung kommt jedoch in getrockneter Form als Maiskleberfutter (dried distillers grains and solubles, DDGS) auf den europäischen Markt. Mais als Rohstoff ist für Europa uninteressant, aber Zuckerrüben, Kartoffeln und echte Getreide werden bereits eingesetzt.

Die Bagasse, Melassevergärung wird aufgrund des geringen Nährwertes nicht direkt als Futtermittel für die Tierernährung eingesetzt. Oft jedoch wird die Restenergie der Bagasse über eine teils mehrstufige Methanvergärung in den Energiekreislauf der Destillerie zurückgeführt, wodurch die Kosten je Einheit produzierten Ethanols reduzierbar sind. Die Entwicklung der Technik schreitet auf diesem Gebiet rasant voran, so dass zukünftig mit Anlagen, die Wasser in beinahe Trinkwasserqualität abgeben, vorstellbar sind. Schwachpunkt dieses Ansatzes und auch der bisher sehr konkurrenzfähigen, lateinamerikanischen, auf Zuckerrohr basierenden Biokraftstoffproduktion, ist die alleinige Ausrichtung auf die produzierte Menge Ethanol. Trotz mangelnder Flexibilität liegt der große Vorteil der Zuckerrohrnutzung jedoch in der günstigeren Rohstoffbasis, dem deutlichen Standortvorteil und dem geringeren Kapitalaufwand durch den Verzicht auf großvolumige Trocknungsanlagen. Zurzeit sind Unternehmungen dieser Art die günstigsten Anbieter von Ethanol auf dem Weltmarkt und stellen das Modell dar, das Neueinsteiger wie Indien und Thailand wählen.

Die Produktion aus Stärke und Zuckerrohr wird den langfristig steigenden Bedarf an Bioethanol nicht decken können. Die nur begrenzt zur Verfügung stehenden landwirtschaftlichen Anbauflächen, ökologische Probleme bei der notwendigen Intensivierung der Landwirtschaft und die Konkurrenz zum Lebensmittelmarkt stehen einer großflächigen Produktion von Bioethanol auf diesem herkömmlichen Wege entgegen. Eine kostengünstige und umweltschonende Alternative wäre, die für den Menschen als Nutzpflanzen weniger interessanten Pflanzen oder Pflanzenabfälle zu nutzen. Diese hauptsächlich aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin bestehenden Materialien fallen in hohen Mengen an und sind billig. Ideal wäre dabei ein Verfahren, in dem in sogenannten Bioraffinerien die Zellulose und Hemizellulose in vergärbare Zucker umgewandelt und von den Hefen direkt in Ethanol vergoren werden. Das Lignin könnte als Brennstoff zum Antreiben des Prozesses benutzt werden. Allerdings verhindern zur Zeit noch einige technische Schwierigkeiten den Einsatz dieses Verfahrens. Zum einen ist der Abbau von Zellulose und Hemizellulose zu vergärbaren Zuckern aufgrund der komplexen Struktur dieser Verbindungen im Gegensatz zur Verzuckerung von Stärke schwierig und langsam. Zum anderen können die meisten der zur Ethanolproduktion verwendeten Mikroorganismen nicht alle aus der Hemizellulose freigesetzten Zuckerarten vergären. Für einen wirtschaftlich ausgereiften Prozess ist dies jedoch eine wichtige Voraussetzung. Einen grossen Fortschritt in dieser Richtung haben Forscher der Goethe-Universität Frankfurt gemacht, die eine neue Hefe konstruiert haben, die in der Lage ist, nahezu alle in Pflanzenabfällen vorhandenen Zuckerarten, die Hexosen und die Pentosen, zu Ethanol zu vergären.

Energiebilanz

Die Nettoenergiebilanz der Alkoholerzeugung war nicht immer eindeutig positiv, aber die Industrie konnte innerhalb der letzten 10 Jahre einige entscheidende Durchbrüche erzielen. Am „Institute For Brewing and Distilling“ in Lexington (Kentucky), Kentucky, gelang beispielsweise die natürliche Selektion einer extrem thermostabilen Hefe, die eine Gärung bei weit höheren Temperaturen als bisher üblich erlaubt, und unter Laborbedingungen Alkoholgehalte bis zu 23 % in der Vergärung von Mais erreicht; ein deutlicher Schritt gegenüber den sonst üblichen 13 bis 14 %. Die hohe Gärungstemperatur bedeutet eine erhebliche Energieersparnis bei der Kühlung und hinsichtlich der Dauer des Gärvorgangs. Sie ermöglicht eine vollständigere Vergärung der Maische. Auch die Enzyme, die den Rohstoffen zugesetzt werden, um Stärke aufzuschließen und Glukose freizusetzen (-Amylasen, Glucoamylasen) haben eine Revolution erlebt. Die Wiederentdeckung des jahrtausend alten Verfahrens der Trockenfermentation (Koji) bringt leistungsfähigere und temperaturtolerante Enzymkomplexe hervor, die nicht nur Stärke und Zucker, sondern auch Zellulosen und Hemizellulosen aufschließen. Aber nicht nur die biologische Seite der Fermentation, sondern auch die Anlagentechnik hat bedeutende Fortschritte erfahren. Der Wasserverbrauch wurde deutlich reduziert, durch neues Hygienemanagement sind Infektionen des Systems vermeidbar und durch Wasserentziehung mittels Molekularsieben (Zeolithe) ist nahezu reines Ethanol nach der Destillation zu erzielen. Die Sorge um eine negative Energiebilanz ist begründet, kann aber durch neue Technologien überholt werden und die ökonomischen Herausforderungen sind durch die Betrachtungen des Gesamtkonzeptes einer „Fermentation von Getreide“ bezwingbar. Mit Blick auf die Bilanzen zu Energie, Treibhausgas und Wirtschaftlichkeit schneidet Getreide bei kalkulatorischer Berücksichtigung des Futterwertes der Nachprodukte am Besten ab.

Landwirtschaft und Ökonomie

Echte Getreide liefern nach Durchlaufen der Fermentation je nach Verfahren weit höherwertige Futtermittel als Mais, Kartoffeln und Zuckerrüben es bisher ermöglichten. Mit Proteingehalten von 40 % und höher bei auch für Monogastrier interessanter Aminosäurenzusammensetzung erreichen diese fermentierten Getreidefutter vielleicht potentiell größere Märkte als nur der Einsatz im Kraftfutter für Milchvieh wie bisher. Im Ethanolpreis müssen die Brenner jedoch mit dem Weltmarkt konkurrieren, denn Kraftstoffalkohol fällt als frei handelbares Gut nicht unter die regulatorischen Maßnahmen des Branntweinmonopols - ein harter Kampf.

Prognosen für die europäische Produktion zeigen einem jährlichen Ausstoß von 7 Millionen Tonnen getrocknetem, fermentierten Futter, davon alleine eine Million Tonnen in Deutschland, wozu deutsche Destillerien bis zu 3 Millionen Tonnen Getreide aus der Landwirtschaft einkaufen müssten. Aber neben wenigen Pilotprojekten in kleinem Rahmen existieren diese Anlagen in Deutschland bisher nur auf dem Papier und nun gilt es, die Fehler der amerikanischen Ethanolbranche nicht zu wiederholen. Dort sind von über 250 Unternehmen, die vor 20 Jahren in dieses Geschäft einstiegen, nur zwei große übrig geblieben. Der Untergang dieser Projekte ist größtenteils auf einen wesentlichen Fehler zurückzuführen: Mangelndes Verständnis für das Potential des erzeugten Nebenproduktes als Futtermittel. Die anfallende Schlempe wurde meist gratis oder gerade kostendeckend in die Landwirtschaft verschleudert. Dies wird heute von den deutschen Schnapsbrennern ähnlich praktiziert, jedoch verdienen diese Unternehmen am eigenen Markenprodukt oder am höherwertigem Neutralalkohol in Getränkequalität. Für Ethanol als Biokraftstoff jedoch steht der Preis fest. Ökonomische Beweglichkeit gibt es daher im Rohwareneinkauf und in der Vermarktung der Nebenerzeugnisse.

Ein hoher Wert für die erzeugten Futter im Markt ist realistisch, denn ein nach QS-Kriterien bewertetes europäisches Erzeugnis, hergestellt durch ein natürliches Fermentationsverfahren unter Einbeziehung aller futtermittelrechtlichen Regularien, ist genau, was der Markt heute offen begrüßt.

Jenseits des Atlantiks sieht man diese Gedankengänge mit Sorge, denn etwa ein Fünftel der dort anfallenden Maiskleberfutter exportiert die nordamerikanische Ethanolbranche nach Europa. Große Anstrengungen werden nun unternommen weitere Anwendungen für „DDGS“ zu suchen. Die Entwicklung wird deutlich in der 2002 eröffneten Bioraffinerie in Springfield, Kentucky, der weltweit einzigen Anlage dieser Art. Dort entwickelt Alltech Inc. für die Ethanol- und Futtermittelbranche nachgelagerte Gärprozesse zur Erzeugung höherwertiger Futtermittel und neuer Lebensmittelzusätze, sowie neue Zellulasekomplexe als Futterzusatzstoffe.

Ausblick

Der modernere Blickwinkel sieht das Herstellen eines hochwertigen Futtermittels mit Ethanol als Nebenprodukt. Gleich auf welches Produktionsziel die Betreiber ihr Augenmerk richten, so begünstigt der biologische und technische Fortschritt die Wirtschaftlichkeit aller anfallenden Produkte, denn eine effizientere Maischepräparation führt zu einer effizienteren Gärung aber auch zu reduzierten Wasserverbrauch, geringeren Trocknungskosten und zu weniger Faserbestandteilen im Endprodukt. Eine effizientere Gärung ermöglicht auch höhere Gehalte wertvolleren Proteins. Fortschritte bei Destillation und Alkoholtrennung bedeuten mehr Alkoholertrag und Fortschritte bei der Gestaltung von Trocknungsanlagen bedeuten kostengünstigere Produktion des Futters. Eine effizient laufende Anlage erzeugt zudem Futter in konstanter Qualität, wie sie die Mischfutterbranche sucht. Als 8 – 9 % Ethanol aus der Gärung Standard waren, war die Diskussion um 14 % Utopie. Gute Anlagen in Nordamerika fahren heute bereits 17 – 18 %, sogar 19 % Ethanol und Prof. Ingledew von der University of Saskatchewan in Kanada diskutiert Ethanolerträge über 20 % als zukünftigen Standard in der Gärung. Eine Steigerung der Effizienz des gesamten Systems ist auch bedeutsam für die Beurteilung von Ethanol als ökologisch ausbalancierte Energiequelle durch die Öffentlichkeit. Bisherige ökologische Gutachten auf Basis veralteter Daten fielen eher zugunsten der Nutzung von Biogas oder Holz aus.

Die Fermentation von Getreide bedeutet im Wesentlichen einen Abbau antinutritiver Effekte, die Erhöhung der Verdaulichkeit der Mineralstoffe (Phosphor), eine teilweise Aufspaltung der Faserfraktionen und eine deutliche Erhöhung des Proteinanteils bei verbesserter Pansenstabilität. Da der Fermentationsprozess im Wesentlichen zu einer Konzentration der Inhaltsstoffe führt, birgt dieser Prozess auch Risiken, die nur durch Sorgfalt im Einkauf und der Anlagenführung zu bewältigen sind. Denn auch die Konzentrationen einiger unerwünschter Stoffe wie Schwermetalle und Mykotoxine erhöhen sich im Endprodukt.

Historisch lag gerade darin stets der große Vorteil in der Reinheit der alkoholischen Erzeugnisse aus Destillationsverfahren, denn unerwünschte Bestandteile blieben in der Schlempe zurück. Fusarientoxine werden durch die Maischepräparationen und das Gärverfahren nicht abgebaut und liegen relativ zur Rohware im Endprodukt in bis zu doppelter Konzentration vor. Dieses Phänomen bedeutet auch, dass bisher eher im Hintergrund auftretende Toxine wie Fusarinsäure in ein kritisches Niveau gelangen können. Für den Ablauf des Gärungsverfahrens selbst ist die Toxinkonzentration eher von untergeordneter Rolle, da die Empfindlichkeit der eingesetzten Hefekulturen weit höhere Konzentrationen betrifft als sie die Tierernährung diskutiert.

Der Rohwareneinkauf künftiger Brennereien, die Futter erzeugen möchten, muss also sehr hohe Qualitätsanforderungen, ähnlich denen der Brauindustrie verbindlich in der Landwirtschaft durchsetzen und diese beim Futterverkauf argumentativ nutzen. Neben der Reinheit bestimmen nicht Proteingehalt und Fallzahl sondern Stärke und Feuchte den Preis, da geringe Schwankungen im Stärke- und Feuchtegehalt der Rohwaren unmittelbar mit der Alkoholausbeute korrelieren. Die Hoffnung, Biokraftstoffanlagen böten ein ideales Medium zur Vermarktung drittklassiger Ware oder könnten gar der Beseitigung nicht verkehrsfähiger Getreide dienen, ist schnell zerschlagen. Neue oder schlicht andere Qualitätskriterien bestimmen den Markt und gerade darin liegt wiederum die große Chance für die heimische Ware gegenüber dem Import.

Europa blickt heute auf Kraftstoffalkohol unter dem Aspekt der Erfüllung des Kyoto-Protokolls und potentieller neuer Märkte für die Landwirtschaft. Nach der Einführung von Biodiesel unter der Förderung des Anbaus nachwachsender Rohstoffe ist dieser Ansatz für die Landwirtschaft nicht neu, jedoch wurde bald deutlich, dass Diesel nicht für alle Energiemärkte interessant ist und die Öffentlichkeit ein Auge auf die Energiebilanz des Gesamtkonzeptes wirft. Die Frage, ob nach Einbeziehung des Aufwands für den Anbau, der Raffinierung, Weiterverarbeitung und Entsorgung netto mehr Energie erzeugt wird als aufgewendet wurde und ob das Verfahren netto zu Reduktion der CO2-Ausscheidungen beiträgt, steht ständig zur Diskussion. Hinzu kommt die noch ungelöste Frage, ob die Öffentlichkeit gentechnisch veränderte Pflanzen zur Erzielung höherer Erträge in diesem Zusammenhang akzeptieren möchte.

Biochemie

Biosynthese

Ein wichtiger Ethanollieferant des Menschen ist die Backhefe (Saccharomyces cerevisiae). Dieser Schlauchpilz baut Glukose zu Pyruvat ab, wie dies alle Organismen im Stoffwechselweg der Glykolyse tun, und setzt Pyruvat zu Acetaldehyd - katalysiert durch die Pyruvatdekarboxylase - und dieses zu Ethanol durch die Ethanoldehydrogenase um. Dieser Prozess wird als alkoholische Gärung bezeichnet.

Wiki/Weblinks

Autodrom - Ethanol für Europa (Tankstellenverzeichnis E 50/ E 85 Tankstellen)
Ethanol aus Biomasse/pflanzlichen Abfällen
- E. Boles/Universität Frankfurt
Infoportal mit Forum zu Bioethanol, Autogas, Erdgas
Absolutierung von Ethanol
Ethanol als Energiequelle
Ethanol als Kraftstoff
Ford Focus FFV und Focus C-MAX FFV
Bioethanol Hersteller
Bioethanolbeimengungen zu Kraftstoffen
Infos zu Bioethanol in Brasilien
Erste öffentliche Bioethanol Tankstelle Deutschlands

Sicherheitsdatenblätter

nur für reines Ethanol