Analyse und Bewertung ausgewählter zukünftiger ...

ANHANG
Als Eingangsgröße für die Berechnung des jeweiligen Gütegrades gemäß Gleichung (A-10)
wird der theoretisch maximale Konversionsgrad ermittelt. Er stellt für die untersuchten Biokraftstoffoptionen
die aus physikalisch-technischen Gründen maximal erreichbare Obergrenze
dar. Für seine Ermittlung basierend auf Einzelwirkungsgraden im Verlauf der Gesamtbereitstellungskette
werden für die einzelnen Bilanzräume (Kapitel 3.1) folgende, teils stark
vereinfachte Annahmen unterstellt.
Für Bilanzraum A wird von einer verlustfreien Bereitstellung des Referenzrohstoffs an die
Biokraftstoffproduktionsanlage ausgegangen (d. h. ηmax,KS,A beträgt 100 %).
Für Bilanzraum B erfolgt die Ermittlung ηmax,KS,B stark vereinfacht und bezogen auf die
Hauptedukte und -produkte auf Basis der Standardbildungsenthalpien als thermodynamische
Zustandsgrößen über prozessstufenspezifische stöchiometrische Reaktionsgleichungen bei
Unterstellung idealer thermodynamischer Gleichgewichte unter Berücksichtigung des Satzes
von Hess (d. h. die Reaktionsenthalpie ist unabhängig vom Reaktionsweg und nur vom Anfangs-
und vom Endzustand des Systems abhängig) [125].
Für Bilanzraum C wird ebenso eine verlustfreie Distribution der Biokraftstoffe zum Endverbraucher
unterstellt (d. h. ηmax,KS,C beträgt 100 %).
Für Bilanzraum D lassen sich die ηmax,KS,D von Verbrennungsmotoren über den sog. Gleichraumprozess
für Ottomotoren als thermodynamisch günstigster Kreisprozess respektive den
Gleichdruckprozess für Dieselmotoren als Grenzfall des Seiliger-Kreisprozesses darstellen.
Bei Unterstellung idealer Kreisprozesse betragen sie für ηmax,KS,D/Otto 69 % und für
ηmax,KS,D/Diesel 66 % [80].
Bioethanol
Unter Berücksichtigung von ηmax,EtOH,A und ηmax,EtOH,C mit jeweils 100 % sowie ηmax,EtOH,D/Otto
von 69 % wird für ηmax,EtOH,B zunächst wird davon ausgegangen, dass die im Referenzrohstoff
über Cellulose und Hemicellulose zugänglichen Saccharide Glucose und Xylose vollständig
für die Fermentation zu Bioethanol und Kohlenstoffdioxid (Gleichung (A-11) f.) verfügbar
gemacht werden können. Der Ligninanteil des Referenzrohstoffs wird auf der Eduktseite
angerechnet.
C H O ADP � Pi
� 2 C H OH � 2 CO � ATP
166
6
12
6 � 2 5
2
3 5 10 5
2 5
2
C H O � 3 ADP � 3 Pi
� 5 C H OH � 5 CO � 3 ATP
(A-11)
(A-12)
Unter Beachtung der Standardbildungsenthalpien sowie der massebezogenen Hauptbestandteile
des Referenzrohstoffs (Tabelle A-1) von ca. 2 mol Bioethanol (ca. 533 kJ) im Verhältnis
zu rund 1 mol des Referenzrohstoffes (ca. 840 kJ) ergibt sich für ηmax,EtOH,B 66 %. Für Bioethanol
beträgt ηmax,EtOH,ges somit 46 %.
Fischer-Tropsch-Kraftstoffe
Bei gleichzeitiger Annahme, dass ηmax,FT,A und ηmax,FT,C mit jeweils 100 % sowie ηmax,FT,D/Diesel
von 66 % zugrunde gelegt werden, wird ηmax,FT,B auf Basis der chemischen Gleichungen für
die ideale Vergasung des Referenzrohstoffs (hier bezogen auf die Einzelbestandteile) mit
Sauerstoff (Gleichung (A-13) ff.), der Wasser-Gas-Shift-Reaktion (Gleichung (A-16)) und die