Biotreibstoff

Ein Biokraftstoff ist ein Kraftstoff, der durch moderne biologische Prozesse wie Landwirtschaft und anaerobe Vergärung erzeugt wird, und nicht durch geologische Prozesse, wie sie bei der Bildung fossiler Brennstoffe wie Kohle und Erdöl aus prähistorischer biologischer Materie entstehen.

Biokraftstoffe können direkt aus Pflanzen (dh Energiepflanzen) oder indirekt aus landwirtschaftlichen, kommerziellen, häuslichen und / oder industriellen Abfällen gewonnen werden. Bei den erneuerbaren Biokraftstoffen handelt es sich im Allgemeinen um eine zeitgemäße Kohlenstofffixierung, wie sie in Pflanzen oder Mikroalgen durch den Prozess der Photosynthese vorkommen. Andere erneuerbare Biokraftstoffe werden durch die Verwendung oder Umwandlung von Biomasse hergestellt (bezogen auf vor kurzem lebende Organismen, die sich meistens auf Pflanzen oder von Pflanzen abgeleitete Materialien beziehen). Diese Biomasse kann auf drei verschiedene Arten in geeignete Energie enthaltende Substanzen umgewandelt werden: thermische Umwandlung, chemische Umwandlung und biochemische Umwandlung. Diese Umwandlung der Biomasse kann Brennstoff in fester, flüssiger oder gasförmiger Form ergeben. Diese neue Biomasse kann auch direkt für Biokraftstoffe verwendet werden.

Biokraftstoffe sind theoretisch CO2-neutral, weil das Kohlendioxid, das von den Pflanzen absorbiert wird, dem Kohlendioxid entspricht, das bei der Verbrennung des Brennstoffs freigesetzt wird. In der Praxis hängt die Frage, ob ein Biokraftstoff CO2-neutral ist oder nicht, jedoch auch stark davon ab, ob das Land, auf dem der Biokraftstoff (mit Biokraftstoffen der 1. und 2. Generation) angebaut wird, von kohlenstoffhaltiger Vegetation befreit werden muss oder nicht.

Bioethanol ist ein durch Fermentation hergestellter Alkohol, meist aus Kohlenhydraten, die in Zucker- oder Stärkekulturen wie Mais, Zuckerrohr oder Zuckerhirse produziert werden. Zellulosebiomasse, die aus Nichtnahrungsquellen wie Bäumen und Gräsern stammt, wird ebenfalls als Ausgangsmaterial für die Ethanolproduktion entwickelt. Ethanol kann als Kraftstoff für Fahrzeuge in seiner reinen Form (E100) verwendet werden, wird jedoch üblicherweise als Benzinadditiv zur Erhöhung der Oktanzahl und zur Verbesserung der Fahrzeugemissionen verwendet. Bioethanol ist in den Vereinigten Staaten und in Brasilien weit verbreitet. Das derzeitige Anlagenkonzept sieht keine Umwandlung des Ligninanteils von Pflanzenrohstoffen in Kraftstoffkomponenten durch Fermentation vor.

Biodiesel kann als Kraftstoff für Fahrzeuge in seiner reinen Form (B100) verwendet werden, wird jedoch üblicherweise als Dieseladditiv zur Verringerung der Partikel-, Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffgehalte von Dieselfahrzeugen verwendet. Biodiesel wird durch Umesterung aus Ölen oder Fetten hergestellt und ist der in Europa am häufigsten verwendete Biokraftstoff.

Im Jahr 2010 erreichte die weltweite Biokraftstoffproduktion 105 Milliarden Liter (28 Milliarden Gallonen US), ein Anstieg von 17% gegenüber 2009, und Biokraftstoffe lieferten 2,7% der weltweiten Kraftstoffe für den Straßenverkehr. Die globale Produktion von Ethanol-Kraftstoff erreichte 2010 86 Milliarden Liter (23 Milliarden Gallonen), wobei die Vereinigten Staaten und Brasilien die weltweit größten Produzenten waren und zusammen rund 90% der weltweiten Produktion ausmachten. Der größte Biodieselproduzent der Welt ist die Europäische Union, auf die im Jahr 2010 53% der Biodieselproduktion entfielen. Ab 2011 gibt es in 31 Ländern auf nationaler Ebene und in 29 Bundesstaaten oder Provinzen Mandate für die Beimischung von Biokraftstoffen. Die Internationale Energieagentur hat das Ziel, dass Biokraftstoffe bis 2050 mehr als ein Viertel der weltweiten Nachfrage nach Transportkraftstoffen decken, um die Abhängigkeit von Erdöl und Kohle zu verringern. Die Produktion von Biokraftstoffen führte auch zu einer florierenden Automobilindustrie, in der bis 2010 79% aller in Brasilien produzierten Autos mit einem Hybridkraftstoffsystem aus Bioethanol und Benzin hergestellt wurden.

Es gibt verschiedene soziale, wirtschaftliche, ökologische und technische Fragen im Zusammenhang mit der Herstellung und Verwendung von Biokraftstoffen, die in den populären Medien und wissenschaftlichen Zeitschriften diskutiert wurden.

Generationen

Biokraftstoffe der ersten Generation
Biokraftstoffe der ersten Generation oder konventionelle Biokraftstoffe sind Biokraftstoffe aus Ackerbaukulturen. Mit dieser Biokraftstoffproduktionsgeneration werden daher Nahrungsmittelpflanzen explizit für die Treibstoffproduktion angebaut, und nichts anderes. Der aus den Pflanzen gewonnene Zucker, Stärke oder Pflanzenöl wird unter Verwendung von Umesterung oder Hefefermentation in Biodiesel oder Ethanol umgewandelt.

Biokraftstoffe der zweiten Generation
Biokraftstoffe der zweiten Generation sind Kraftstoffe, die aus verschiedenen Arten von Biomasse hergestellt werden. Biomasse ist ein weitläufiger Begriff, der jede Quelle von organischem Kohlenstoff bezeichnet, der im Rahmen des Kohlenstoffkreislaufs rasch erneuert wird. Biomasse stammt aus pflanzlichen Materialien, kann aber auch tierische Stoffe enthalten.

Während Biokraftstoffe der ersten Generation aus den in Ackerfrüchten enthaltenen Zuckern und Pflanzenölen hergestellt werden, werden Biokraftstoffe der zweiten Generation aus lignocellulosehaltiger Biomasse oder Holzkulturen, landwirtschaftlichen Rückständen oder Pflanzenabfällen (aus Nahrungspflanzen, die ihren Lebensmittelzweck bereits erfüllt haben) hergestellt. Die Rohstoffe, die zur Erzeugung von Biokraftstoffen der zweiten Generation verwendet werden, wachsen also entweder auf Ackerland, sind aber nur Nebenprodukte der eigentlichen Ernte (Hauptkultur) oder sie werden auf Flächen angebaut, die nicht zum Anbau von Nahrungspflanzen und in manchen Fällen auch nicht zu Wasser genutzt werden können oder Dünger wird auf sie angewendet. Zu den Ausgangsquellen für nichtmenschliche Nahrungsmittel der zweiten Generation gehören Gräser, Jatropha und andere Samenpflanzen, Pflanzenabfallöl, feste Siedlungsabfälle und so weiter.

Dies hat Vor- und Nachteile. Der Vorteil besteht darin, dass im Gegensatz zu normalen Nahrungspflanzen kein Ackerland allein für die Produktion von Treibstoff genutzt wird. Der Nachteil ist, dass es im Gegensatz zu normalen Nahrungspflanzen schwierig sein kann, den Brennstoff zu extrahieren. Zum Beispiel könnte eine Reihe von physikalischen und chemischen Behandlungen erforderlich sein, um lignocellulosische Biomasse in flüssige Brennstoffe umzuwandeln, die für den Transport geeignet sind.

Biokraftstoffe der dritten Generation
Von 1978 bis 1996 experimentierte das US-amerikanische NREL mit dem Einsatz von Algen als Biokraftstoffquelle im „Aquatic Species Program“. Ein selbstveröffentlichter Artikel von Michael Briggs von der UNH Biofuels Group bietet Schätzungen für den realistischen Ersatz aller Kraftstoffe durch Biokraftstoffe durch die Verwendung von Algen mit einem natürlichen Ölgehalt von mehr als 50%, die laut Briggs auf Algenteichen angebaut werden können in Kläranlagen. Diese ölreichen Algen können dann aus dem System extrahiert und zu Biotreibstoffen verarbeitet werden, wobei der getrocknete Rest zu Ethanol weiterverarbeitet wird. Die Produktion von Algen zur Gewinnung von Öl für Biokraftstoffe wurde noch nicht im kommerziellen Maßstab durchgeführt, es wurden jedoch Machbarkeitsstudien durchgeführt, um zu der obigen Ertragsschätzung zu gelangen. Zusätzlich zu den prognostizierten hohen Erträgen führt Algaculture – anders als Biokraftstoffe auf Pflanzenbasis – nicht zu einem Rückgang der Nahrungsmittelproduktion, da weder Ackerland noch Frischwasser benötigt werden. Viele Unternehmen verfolgen Algenbioreaktoren für verschiedene Zwecke, einschließlich der Ausweitung der Biokraftstoffproduktion auf kommerzielles Niveau. Prof. Rodrigo E. Teixeira von der University of Alabama in Huntsville demonstrierte die Extraktion von Biokraftstofflipiden aus feuchten Algen mit einer einfachen und wirtschaftlichen Reaktion in ionischen Flüssigkeiten.

Biokraftstoffe der vierten Generation
Ähnlich wie Biokraftstoffe der dritten Generation werden Biokraftstoffe der vierten Generation auf nicht nutzbarem Land hergestellt. Im Gegensatz zu Biokraftstoffen der dritten Generation benötigen sie jedoch keine Zerstörung von Biomasse. Diese Klasse von Biokraftstoffen umfasst Elektrotreibstoffe und photobiologische Solarbrennstoffe. Einige dieser Kraftstoffe sind CO2-neutral. Die Umwandlung von Rohöl aus den Pflanzensamen in nützliche Brennstoffe wird als Umesterung bezeichnet.

Typen
Die folgenden Brennstoffe können unter Verwendung von Biokraftstoffherstellungsverfahren der ersten, zweiten, dritten oder vierten Generation hergestellt werden. Die meisten davon können sogar mit zwei oder drei der verschiedenen Verfahren zur Erzeugung von Biokraftstoffen hergestellt werden.

Biogas
Biogas ist Methan, das im Prozess der anaeroben Vergärung von organischem Material durch Anaerobier entsteht. Es kann entweder aus biologisch abbaubaren Abfallmaterialien oder durch die Verwendung von Energiepflanzen, die in anaerobe Faulbehälter gegeben werden, hergestellt werden, um die Gasausbeuten zu ergänzen. Das feste Nebenprodukt Gärrückstände kann als Biokraftstoff oder Dünger verwendet werden.

Biogas kann aus Abfallbehandlungssystemen für mechanische biologische Behandlung gewonnen werden. Deponiegas, eine weniger saubere Form von Biogas, wird in Deponien durch natürlich vorkommende anaerobe Vergärung produziert. Wenn es in die Atmosphäre entweicht, ist es ein potenzielles Treibhausgas.

Landwirte können Biogas aus Gülle von ihren Rindern mit anaeroben Faulbehältern produzieren.

Syngas
Syngas, eine Mischung aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und anderen Kohlenwasserstoffen, wird durch teilweise Verbrennung von Biomasse, dh Verbrennung mit einer Menge an Sauerstoff, die nicht ausreicht, um die Biomasse vollständig in Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln, erzeugt. Vor der teilweisen Verbrennung wird die Biomasse getrocknet und manchmal pyrolysiert. Das resultierende Gasgemisch, Synthesegas, ist effizienter als die direkte Verbrennung des ursprünglichen Biokraftstoffs; Es wird mehr Energie aus dem Kraftstoff gewonnen.

Syngas kann direkt in Verbrennungsmotoren, Turbinen oder Hochtemperaturbrennstoffzellen verbrannt werden. Der Holzgasgenerator, ein holzbefeuerter Vergasungsreaktor, kann an einen Verbrennungsmotor angeschlossen sein.

Syngas kann verwendet werden, um Methanol, DME und Wasserstoff herzustellen, oder kann über den Fischer-Tropsch-Prozess umgewandelt werden, um einen Dieselersatzstoff oder eine Mischung von Alkoholen, die in Benzin eingemischt werden können, herzustellen. Die Vergasung beruht normalerweise auf Temperaturen von mehr als 700 ° C.

Bei der Co-Produktion von Biokohle ist eine Vergasung bei niedriger Temperatur wünschenswert, führt jedoch zu mit Teer verunreinigtem Synthesegas.

Ethanol
Biologisch hergestellte Alkohole, am häufigsten Ethanol, und weniger häufig Propanol und Butanol, werden durch die Wirkung von Mikroorganismen und Enzymen durch Fermentation von Zuckern oder Stärken (am leichtesten) oder Cellulose (die schwieriger ist) hergestellt. Biobutanol (auch Biogasolin genannt) wird oft als direkter Ersatz für Benzin bezeichnet, da es direkt in einem Benzinmotor verwendet werden kann.

Ethanol-Kraftstoff ist der weltweit häufigste Biokraftstoff, insbesondere in Brasilien. Alkoholtreibstoffe werden durch Fermentation von Zuckern, die aus Weizen, Mais, Zuckerrüben, Zuckerrohr, Melasse und jeglichem Zucker oder Stärke gewonnen werden, aus denen alkoholische Getränke wie Whisky hergestellt werden können (wie Kartoffel- und Obstabfälle usw.) hergestellt. Die verwendeten Ethanolherstellungsverfahren sind Enzymverdauung (um Zucker aus den gelagerten Stärken freizusetzen), Fermentation der Zucker, Destillation und Trocknung. Der Destillationsprozess erfordert einen beträchtlichen Energieaufwand für Wärme (manchmal nicht nachhaltiges fossiles Erdgas, aber cellulosische Biomasse wie Bagasse, der Abfall, der übrig bleibt, nachdem Zuckerrohr zur Saftgewinnung gepresst wurde, ist der gebräuchlichste Brennstoff in Brasilien, während Pellets, Holzspäne) und Abwärme sind in Europa häufiger anzutreffen.) Dampfabfälle Ethanol-Fabrik – wo Abwärme aus den Fabriken auch im Fernwärmenetz eingesetzt wird.

Ethanol kann in Benzinmotoren als Ersatz für Benzin verwendet werden; Es kann mit Benzin zu einem beliebigen Prozentsatz gemischt werden. Die meisten bestehenden Benzinmotoren können mit Mischungen aus bis zu 15% Bioethanol und Benzin betrieben werden. Ethanol hat eine geringere Energiedichte als Benzin; Das bedeutet, dass mehr Kraftstoff (Volumen und Masse) benötigt wird, um die gleiche Menge an Arbeit zu produzieren. Ein Vorteil von Ethanol (CH
3CH
2OH) ist, dass es eine höhere Oktanzahl aufweist als Ethanol-freies Benzin, das an Tankstellen am Straßenrand verfügbar ist, was eine Erhöhung des Kompressionsverhältnisses eines Motors für eine erhöhte thermische Effizienz ermöglicht. An Standorten in großer Höhe (dünne Luft) verlangen einige Staaten eine Mischung aus Benzin und Ethanol als Winteroxidationsmittel, um die Emissionen der Luftverschmutzung zu reduzieren.

Ethanol wird auch zum Anzünden von Bioethanol-Kaminen verwendet. Da sie keinen Schornstein benötigen und „ohne Abzug“ sind, sind Bioethanol-Feuer äußerst nützlich für neu gebaute Häuser und Wohnungen ohne Rauchabzug. Die Nachteile dieser Kamine sind, dass ihre Heizleistung etwas geringer ist als bei elektrischen Heiz- oder Gasbränden, und es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um eine Kohlenmonoxidvergiftung zu vermeiden.

Mais-Ethanol und andere Lebensmittelvorräte haben zur Entwicklung von Zellulose-Ethanol geführt. Laut einer gemeinsamen Forschungsagenda, die durch das US-Energieministerium durchgeführt wurde, betrugen die fossilen Energiequotienten (FER) für Celluloseethanol, Maisethanol und Benzin jeweils 10,3, 1,36 und 0,81.

Ethanol hat im Vergleich zu Benzin einen um etwa ein Drittel geringeren Energiegehalt pro Volumeneinheit. Dies wird teilweise durch die bessere Effizienz bei der Verwendung von Ethanol (in einem Langzeittest von mehr als 2,1 Millionen km, das BEST-Projekt fand FFV Fahrzeuge 1-26% energieeffizienter als Benzinautos, aber der volumetrische Verbrauch erhöht sich um etwa 30%, so dass mehr Tankstopps erforderlich sind).

Mit den derzeitigen Subventionen ist Ethanolkraftstoff pro zurückgelegter Strecke in den Vereinigten Staaten etwas billiger.

Andere Bioalkohole
Methanol wird derzeit aus Erdgas hergestellt, einem nicht erneuerbaren fossilen Brennstoff. In Zukunft soll es aus Biomasse als Biomethanol hergestellt werden. Dies ist technisch machbar, aber die Produktion wird derzeit wegen Bedenken von Jacob S. Gibbs und Brinsley Coleberd verschoben, dass die Wirtschaftlichkeit noch aussteht. Die Methanolwirtschaft ist eine Alternative zur Wasserstoffwirtschaft, verglichen mit der heutigen Wasserstoffproduktion aus Erdgas.

Butanol (C
4H
9OH) wird durch ABE-Fermentation (Aceton, Butanol, Ethanol) gebildet und experimentelle Modifikationen des Verfahrens zeigen potentiell hohe Nettoenergiegewinne mit Butanol als dem einzigen flüssigen Produkt. Butanol wird mehr Energie produzieren und angeblich „gerade“ in bestehenden Benzinmotoren verbrannt werden können (ohne Änderung an Motor oder Auto), ist weniger korrosiv und weniger wasserlöslich als Ethanol und könnte über bestehende Infrastrukturen verteilt werden. DuPont und BP arbeiten zusammen, um bei der Entwicklung von Butanol zu helfen. Escherichia coli-Stämme wurden auch erfolgreich zur Herstellung von Butanol durch Modifikation ihres Aminosäurestoffwechsels hergestellt. Ein Nachteil der Butanolproduktion in E. coli bleibt die hohen Kosten für nährstoffreiche Medien, jedoch haben jüngste Arbeiten gezeigt, dass E. coli Butanol mit minimaler Nahrungsergänzung produzieren kann.

Biodiesel
Biodiesel ist der häufigste Biokraftstoff in Europa. Es wird aus Ölen oder Fetten unter Verwendung der Umesterung hergestellt und ist eine Flüssigkeit, die in ihrer Zusammensetzung fossilem / mineralischem Diesel ähnelt. Chemisch besteht es hauptsächlich aus Fettsäuremethyl (oder ethyl) estern (FAMEs). Zu den Ausgangsstoffen für Biodiesel gehören tierische Fette, pflanzliche Öle, Soja, Raps, Jatropha, Mahua, Senf, Flachs, Sonnenblumen, Palmöl, Hanf, Feld-Pennycress, Pongamia pinnata und Algen. Reiner Biodiesel (B100, auch „reiner“ Biodiesel genannt) reduziert derzeit die Emissionen um bis zu 60% im Vergleich zu Dieselkraftstoff der zweiten Generation B100.

Biodiesel kann in jedem Dieselmotor verwendet werden, wenn er mit mineralischem Diesel gemischt wird. Es kann auch bei Dieselmotoren in seiner reinen Form (B100) verwendet werden, jedoch können dann während der Verwendung im Winter einige Wartungs- und Leistungsprobleme auftreten, da der Brennstoff bei niedrigeren Temperaturen je nach verwendetem Einsatzmaterial etwas viskoser wird. In einigen Ländern decken die Hersteller ihre Dieselmotoren im Rahmen der B100-Garantie ab, obwohl Volkswagen beispielsweise von den Fahrern verlangt, dass sie sich vor der Umstellung auf B100 telefonisch mit der VW-Umweltabteilung abstimmen. In den meisten Fällen ist Biodiesel ab 1994 mit Dieselmotoren kompatibel, die in ihren mechanischen Kraftstoffeinspritzsystemen synthetischen Kautschuk „Viton“ (von DuPont) verwenden. Beachten Sie jedoch, dass vor 2014 keine Fahrzeuge für den Einsatz von reinem Biodiesel zertifiziert wurden, da vor diesem Zeitpunkt kein Emissionskontrollprotokoll für Biodiesel verfügbar war.

Elektronisch gesteuerte Common-Rail- und Unit-Injector-Systeme ab Ende der 1990er Jahre dürfen nur Biodiesel verwenden, der mit herkömmlichem Dieselkraftstoff vermischt ist. Diese Motoren haben fein dosierte und atomisierte mehrstufige Einspritzsysteme, die sehr empfindlich auf die Viskosität des Kraftstoffs reagieren. Viele Dieselmotoren der aktuellen Generation sind so gebaut, dass sie auf B100 laufen können, ohne den Motor selbst zu verändern, obwohl dies von der Konstruktion der Kraftstoffverteilerleitung abhängt. Da Biodiesel ein wirksames Lösungsmittel ist und Rückstände von mineralischem Diesel reinigt, müssen Motorfilter möglicherweise häufiger ausgewechselt werden, da der Biokraftstoff alte Ablagerungen im Kraftstofftank und in den Leitungen löst. Es reinigt auch effektiv die Motorbrennkammer von Kohlenstoffablagerungen und hilft, die Effizienz aufrechtzuerhalten. In vielen europäischen Ländern ist eine Biodieselmischung von 5% weit verbreitet und an Tausenden von Tankstellen erhältlich. Biodiesel ist auch ein oxygenierter Brennstoff, dh er enthält weniger Kohlenstoff und einen höheren Wasserstoff- und Sauerstoffgehalt als fossiler Diesel. Dies verbessert die Verbrennung von Biodiesel und reduziert die Partikelemissionen von unverbranntem Kohlenstoff. Die Verwendung von reinem Biodiesel kann jedoch die NOx-Emissionen erhöhen

Biodiesel ist auch sicher zu handhaben und zu transportieren, da es ungiftig und biologisch abbaubar ist und einen hohen Flammpunkt von etwa 148 ° C (148 ° C) im Vergleich zu Erdöl-Dieselkraftstoff hat, der einen Flammpunkt von 125 ° F (52 ° F) hat ° C).

In den USA werden mehr als 80% der Nutzfahrzeuge und Stadtbusse mit Diesel betrieben. Der aufstrebende Biodieselmarkt in den USA ist Schätzungen zufolge von 2004 bis 2005 um 200% gewachsen. „Bis Ende 2006 wurde die Biodieselproduktion schätzungsweise um das Vierfache [von 2004] auf mehr als“ 1 Milliarde US-Gallonen (3.800.000 m3) erhöht.

In Frankreich wird Biodiesel zu 8% in den Kraftstoff aller französischen Dieselfahrzeuge eingebaut. Avril Group produziert unter der Marke Diester ein Fünftel von 11 Millionen Tonnen Biodiesel, die jährlich von der Europäischen Union verbraucht werden. Es ist der führende europäische Hersteller von Biodiesel.

Grüner Diesel
Grüner Diesel wird durch Hydrocracking von biologischen Ölrohstoffen wie Pflanzenölen und tierischen Fetten hergestellt. Hydrocracking ist eine Raffinerie-Methode, die erhöhte Temperaturen und Druck in Gegenwart eines Katalysators verwendet, um größere Moleküle, wie sie in pflanzlichen Ölen vorkommen, in kürzere Kohlenwasserstoffketten zu zerlegen, die in Dieselmotoren verwendet werden. Es kann auch als erneuerbarer Diesel, wasserstoffbehandeltes Pflanzenöl oder aus Wasserstoff gewonnener erneuerbarer Diesel bezeichnet werden. Im Gegensatz zu Biodiesel hat grüner Diesel genau die gleichen chemischen Eigenschaften wie erdölbasierter Diesel. Es erfordert keine neuen Motoren, Pipelines oder Infrastruktur zu verteilen und zu verwenden, wurde aber nicht zu Kosten hergestellt, die mit Erdöl wettbewerbsfähig sind. Benzinversionen werden ebenfalls entwickelt. Grüner Diesel wird in Louisiana und Singapur von ConocoPhillips, Neste Oil, Valero, Dynamic Fuels und Honeywell UOP sowie von Preem in Göteborg, Schweden, entwickelt, um den so genannten Evolution Diesel zu entwickeln.

Gerades Pflanzenöl
Gerades nicht modifiziertes essbares Pflanzenöl wird im Allgemeinen nicht als Brennstoff verwendet, aber Öl von geringerer Qualität wurde für diesen Zweck verwendet. Gebrauchtes Pflanzenöl wird zunehmend zu Biodiesel verarbeitet oder (seltener) von Wasser und Partikeln gereinigt und anschließend als Kraftstoff verwendet.

Wie bei 100% Biodiesel (B100), um sicherzustellen, dass die Einspritzdüsen das Pflanzenöl in dem richtigen Muster für eine effiziente Verbrennung zerstäuben, muss Pflanzenölbrennstoff erwärmt werden, um seine Viskosität auf die von Diesel entweder durch elektrische Spulen oder Wärmetauscher zu reduzieren. Dies ist in warmen oder gemäßigten Klimazonen einfacher. MAN B & W Diesel, Wärtsilä und Deutz AG sowie eine Reihe von kleineren Unternehmen wie Elsbett bieten Motoren, die mit reinem Pflanzenöl kompatibel sind, ohne dass Änderungen am Markt erforderlich sind.

Pflanzenöl kann auch in vielen älteren Dieselmotoren verwendet werden, die keine Dieseleinspritzsysteme mit Common-Rail- oder Einspritzer-Einspritzung verwenden. Aufgrund der Konstruktion der Brennkammern in Motoren mit indirekter Einspritzung sind dies die besten Motoren für den Einsatz mit Pflanzenöl. Dieses System ermöglicht den relativ größeren Ölmolekülen mehr Zeit zum Verbrennen. Einige ältere Motoren, vor allem Mercedes, werden experimentell von Enthusiasten ohne Umrüstung gefahren, eine Handvoll Fahrer haben mit früheren VW-TDI-Motoren und anderen ähnlichen Motoren mit Direkteinspritzung nur wenig Erfolg gehabt. Einige Unternehmen, wie Elsbett oder Wolf, haben professionelle Umbausätze entwickelt und in den letzten Jahrzehnten Hunderte von ihnen erfolgreich installiert.

Öle und Fette können zu einem Dieselersatzstoff hydriert werden. Das resultierende Produkt ist ein geradkettiger Kohlenwasserstoff mit einer hohen Cetanzahl, arm an Aromaten und Schwefel und enthält keinen Sauerstoff. Hydrierte Öle können in jedem Verhältnis mit Diesel gemischt werden. Sie haben mehrere Vorteile gegenüber Biodiesel, einschließlich einer guten Leistung bei niedrigen Temperaturen, keine Lagerstabilitätsprobleme und keine Anfälligkeit für mikrobiellen Angriff.

Bioether
Bioether (auch als Brennstoffether oder oxygenierte Brennstoffe bezeichnet) sind kostengünstige Verbindungen, die als Verstärker für die Oktanzahl dienen. „Bioether werden durch die Reaktion von reaktiven Isoolefinen wie Isobutylen mit Bioethanol hergestellt.“ Bioether entstehen durch Weizen oder Zuckerrüben. Sie verbessern auch die Motorleistung, während Motorverschleiß und toxische Abgasemissionen deutlich reduziert werden. Obwohl Bioether wahrscheinlich im Vereinigten Königreich Petroether ersetzen werden, ist es sehr unwahrscheinlich, dass sie aufgrund der niedrigen Energiedichte selbst zum Treibstoff werden. Sie reduzieren die Menge der bodennahen Ozonemissionen erheblich und tragen zur Luftqualität bei.

Für den Transportkraftstoff gibt es sechs Etheradditive: Dimethylether (DME), Diethylether (DEE), Methyltertiärbutylether (MTBE), Ethylterbutylether (ETBE), Teramylmethylether (TAME) und tert-Amylethylether (TAEE).

Die European Fuel Oxygenates Association (EFOA) schreibt Methyltertiär-Butylether (MTBE) und Ethyl-Ter-Butylether (ETBE) als die am häufigsten verwendeten Ether in Kraftstoff als Ersatz für Blei. Ether wurden in Europa in den 1970er Jahren eingeführt, um die hochtoxische Verbindung zu ersetzen. Obwohl Europäer immer noch Bio-Ether-Additive verwenden, haben die USA keinen Oxygenat-Bedarf mehr, daher werden Bio-Ether nicht mehr als Haupt-Treibstoff-Additiv verwendet.

Feste Biomasse-Brennstoffe
Beispiele sind Holz, Sägemehl, Grasabfälle, Hausmüll, Holzkohle, landwirtschaftliche Abfälle, Energiepflanzen ohne Nahrung und getrockneter Mist.

Wenn feste Biomasse bereits in einer geeigneten Form vorliegt (wie zum Beispiel Brennholz), kann sie direkt in einem Ofen oder Ofen verbrennen, um Wärme bereitzustellen oder Dampf zu erzeugen. Wenn feste Biomasse in einer unbequemen Form vorliegt (wie Sägemehl, Holzspäne, Gras, städtisches Abfallholz, landwirtschaftliche Rückstände), besteht das typische Verfahren darin, die Biomasse zu verdichten. Dieses Verfahren umfasst das Mahlen der Rohbiomasse zu einer geeigneten Partikelgröße (bekannt als „hogfuel“), die je nach Verdichtungstyp 1 bis 3 cm (0,4 bis 1,2 in) betragen kann, die dann zu einem Brennstoffprodukt konzentriert wird. Die gegenwärtigen Prozesse produzieren Holzpellets, Würfel oder Pucks. Der Pelletprozess ist in Europa am üblichsten und ist typischerweise ein reines Holzprodukt. Die anderen Arten der Verdichtung sind größer im Vergleich zu einem Pellet und sind kompatibel mit einer breiten Palette von Eingangsmaterialien. Der resultierende verdichtete Brennstoff ist leichter zu transportieren und kann in Wärmeerzeugungssysteme, wie Kessel, eingeführt werden.

Sägespäne, Rinde und Späne werden bereits seit Jahrzehnten als Brennstoff in industriellen Prozessen eingesetzt; Beispiele sind die Zellstoff- und Papierindustrie und die Zuckerrohrindustrie. Kessel im Bereich von 500.000 lb / h Dampf und größer sind im Routinebetrieb, unter Verwendung von Rost, Ausbreiterheizung, Suspensionsverbrennung und Wirbelbettverbrennung. Versorgungsunternehmen erzeugen Strom, typischerweise im Bereich von 5 bis 50 MW, unter Verwendung von lokal verfügbarem Brennstoff. Andere Industriezweige haben in Gebieten mit billigem Brennstoff auch mit Holz befeuerte Kessel und Trockner installiert.

Einer der Vorteile von festem Biomassebrennstoff ist, dass es oft ein Nebenprodukt, Rückstand oder Abfallprodukt anderer Prozesse ist, wie z. B. Landwirtschaft, Tierhaltung und Forstwirtschaft. Theoretisch bedeutet dies, dass die Brennstoff- und Nahrungsmittelproduktion nicht um Ressourcen konkurriert, obwohl dies nicht immer der Fall ist.

Ein Problem bei der Verbrennung von festen Biomassebrennstoffen besteht darin, dass sie beträchtliche Mengen an Schadstoffen ausstoßen, wie z. B. Partikel und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Selbst moderne Pelletkessel erzeugen viel mehr Schadstoffe als Öl- oder Erdgaskessel. Pellets aus landwirtschaftlichen Reststoffen sind in der Regel schlechter als Holzpellets und verursachen viel größere Emissionen von Dioxinen und Chlorphenolen.

Ein abgeleiteter Brennstoff ist Biokohle, die durch Biomassepyrolyse erzeugt wird. Biokohle aus landwirtschaftlichen Abfällen kann Holzkohle ersetzen. Da Holzbestände knapp werden, gewinnt diese Alternative an Boden. Im Osten der Demokratischen Republik Kongo zum Beispiel werden Biomassebriketts als Alternative zu Holzkohle vermarktet, um den Virunga-Nationalpark vor Entwaldung durch Holzkohleproduktion zu schützen.

Aktuelle Forschung
Es wird derzeit daran geforscht, geeignetere Biokraftstoffpflanzen zu finden und die Ölausbeuten dieser Pflanzen zu verbessern. Unter Verwendung der derzeitigen Erträge wären große Mengen an Land und Frischwasser erforderlich, um genug Öl zu produzieren, um den Verbrauch fossiler Brennstoffe vollständig zu ersetzen. Es würde erfordern, dass die doppelte Fläche der USA für die Sojaproduktion verwendet wird, oder zwei Drittel für die Produktion von Rapssaat, um den aktuellen Heiz- und Transportbedarf der USA zu decken.

Speziell gezüchtete Senfsorten können relativ hohe Ölmengen produzieren und sind sehr nützlich bei der Fruchtfolge mit Getreide und haben den zusätzlichen Vorteil, dass die Mahlzeit, die nach dem Auspressen des Öls übrig bleibt, als wirksames und biologisch abbaubares Pestizid wirken kann.

Das NFESC mit der in Santa Barbara ansässigen Biodiesel Industries arbeitet an der Entwicklung von Biokraftstofftechnologien für die US-Marine und das Militär, einem der größten Dieselkraftstoffverbraucher der Welt. Eine Gruppe spanischer Entwickler, die für eine Firma namens Ecofasa arbeiten, kündigte einen neuen Biokraftstoff aus Müll an. Der Kraftstoff wird aus allgemeinem städtischen Abfall erzeugt, der mit Bakterien behandelt wird, um Fettsäuren zu produzieren, die zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet werden können. Vor seiner Abschaltung versuchte Joule Unlimited, billiges Ethanol und Biodiesel aus einem genetisch veränderten photosynthetischen Bakterium herzustellen.

Ethanol-Biokraftstoffe (Bioethanol)
Als Hauptquelle für Biokraftstoffe in Nordamerika forschen viele Organisationen auf dem Gebiet der Ethanolproduktion. Das National Corn-to-Ethanol Research Center (NCERC) ist eine Forschungsabteilung der Southern Illinois University in Edwardsville, die sich ausschließlich auf Biokraftstoff-Forschungsprojekte auf Ethanolbasis konzentriert. Auf Bundesebene führt das USDA umfangreiche Untersuchungen zur Ethanolproduktion in den Vereinigten Staaten durch. Ein Großteil dieser Forschung zielt auf die Auswirkungen der Ethanolproduktion auf die heimischen Nahrungsmittelmärkte ab. Eine Abteilung des US-Energieministeriums, das National Renewable Energy Laboratory (NREL), hat auch verschiedene Ethanol-Forschungsprojekte durchgeführt, hauptsächlich im Bereich Zellulose-Ethanol.

Zellulose-Ethanol-Kommerzialisierung ist der Prozess des Aufbaus einer Industrie aus Verfahren zum Umwandeln von cellulosehaltigem organischem Material in Brennstoff. Unternehmen wie Iogen, POET und Abengoa bauen Raffinerien, die Biomasse verarbeiten und in Bioethanol umwandeln können. Unternehmen wie Diversa, Novozymes und Dyadic produzieren Enzyme, die eine Cellulose-Ethanol-Zukunft ermöglichen könnten. Die Verlagerung von Rohstoffen für die Nahrungsmittelernte zu Abfallrückständen und einheimischen Gräsern bietet große Chancen für eine Reihe von Akteuren, von Landwirten bis zu Biotechnologieunternehmen und von Projektentwicklern bis zu Investoren.

Ab 2013 sind die ersten großtechnischen Anlagen zur Herstellung von cellulosischen Biokraftstoffen in Betrieb gegangen. Es werden mehrere Reaktionswege für die Umwandlung verschiedener Biokraftstoff-Rohstoffe verwendet. In den nächsten Jahren werden die Kostendaten dieser im kommerziellen Maßstab arbeitenden Technologien und ihre relative Leistung verfügbar sein. Lessons Learned wird die Kosten der beteiligten industriellen Prozesse senken.

In Teilen Asiens und Afrikas, wo Trockengebiete vorherrschen, wird Zuckerhirse als potentielle Quelle für Nahrung, Futter und Treibstoff untersucht. Die Pflanze eignet sich besonders für den Anbau unter trockenen Bedingungen, da nur ein Siebtel des Wassers aus Zuckerrohr gewonnen wird. In Indien und anderen Orten werden süße Sorghumstiele verwendet, um Biokraftstoff zu produzieren, indem der Saft gepresst und dann zu Ethanol fermentiert wird.

Eine Studie von Forschern des International Crops Research Institute für die semiariden Tropen (ICRISAT) ergab, dass die Anpflanzung von Sorghum anstelle von Sorghum das Einkommen der Landwirte um 40 US-Dollar pro Hektar erhöhen könnte, da es neben Nahrung und Tier auch Treibstoff liefern kann Futter. Mit Getreide-Sorghum, das derzeit auf über 11 Millionen Hektar (ha) in Asien und auf 23,4 Millionen ha in Afrika angebaut wird, könnte eine Umstellung auf Sorghum erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen haben.

Jatropha
Mehrere Gruppen in verschiedenen Sektoren forschen an Jatropha curcas, einem giftigen, strauchartigen Baum, der Samen produziert, die von vielen als eine lebensfähige Quelle für Biotreibstoff-Ausgangsmaterial angesehen werden. Ein großer Teil dieser Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Gesamterträge von Jatropha pro Hektar durch Fortschritte in der Genetik, Bodenkunde und gartenbaulichen Praktiken.

SG Biofuels, ein Jatropha-Entwickler mit Sitz in San Diego, hat molekulare Züchtung und Biotechnologie genutzt, um elitäre Hybridsamen zu produzieren, die deutliche Ertragssteigerungen gegenüber Sorten der ersten Generation zeigen. SG Biofuels behauptet auch, dass zusätzliche Vorteile durch solche Stämme entstanden sind, einschließlich verbesserter Blühsynchronität, höherer Resistenz gegenüber Schädlingen und Krankheiten und erhöhter Toleranz gegenüber Kälte.

Plant Research International, eine Abteilung der Universität und des Forschungszentrums von Wageningen in den Niederlanden, unterhält ein laufendes Jatropha-Evaluierungsprojekt, das die Durchführbarkeit der großflächigen Jatropha-Kultivierung durch Feld- und Laborexperimente untersucht. Das Centre for Sustainable Energy Farming (CfSEF) ist eine in Los Angeles ansässige Non-Profit-Forschungsorganisation, die sich der Jatropha-Forschung in den Bereichen Pflanzenwissenschaft, Agronomie und Gartenbau widmet. Die erfolgreiche Exploration dieser Disziplinen wird die Erträge der Jatropha-Farmproduktion in den nächsten 10 Jahren um 200-300% steigern.

Pilze
Eine Gruppe der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau hat in einem Bericht aus dem Jahr 2008 angegeben, dass sie große Mengen an Lipiden aus einzelligen Pilzen isoliert und wirtschaftlich effizient zu Biokraftstoffen verarbeitet hat. Weitere Forschungen über diese Pilzart, Cunninghamella japonica und andere, werden wahrscheinlich in naher Zukunft erscheinen. Die kürzliche Entdeckung einer Variante des Pilzes Gliocladium roseum (später in Ascocoryne sarcoides umbenannt) deutet auf die Produktion von sogenanntem Myco-Diesel aus Cellulose hin. Dieser Organismus wurde kürzlich in den Regenwäldern Nordpatagoniens entdeckt und hat die einzigartige Fähigkeit, Cellulose in Kohlenwasserstoffe mittlerer Länge umzuwandeln, die typischerweise in Dieseltreibstoff vorkommen. Von vielen anderen Pilzen, die Zellulose und andere Polymere abbauen können, wurde beobachtet, dass sie Moleküle produzieren, die derzeit mit Organismen anderer Reiche gentechnisch verändert werden, was darauf hindeutet, dass Pilze in Zukunft eine große Rolle bei der Bioproduktion von Kraftstoffen spielen können.

Tierdarmbakterien
Mikrobielle Magen-Darm-Flora bei einer Vielzahl von Tieren hat Potenzial für die Produktion von Biokraftstoffen gezeigt. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass TU-103, ein Stamm von Clostridium-Bakterien, der in Zebrafäkalien gefunden wird, nahezu jede Form von Cellulose in Butanol-Treibstoff umwandeln kann. Mikroben in Pandabären werden auf ihre Verwendung bei der Herstellung von Biokraftstoffen aus Bambus und anderen Pflanzenmaterialien untersucht. Es wurde auch eine substantielle Forschung über die Technologie der Verwendung der Darmmikrobiome von holzfressenden Insekten für die Umwandlung von lignocellulotischem Material in Biokraftstoff durchgeführt.