Bioethanol

Beim Destillieren entstehen wenige Milliliter Alkohol-Wassergemisch von etwa 50 % Ethanolanteil.
Hier lässt sich später bilanzieren, wie viel Energie in den Prozess hineingesteckt worden ist und wie
groß der „Output“ ausfällt. Industrielle Verfahren erzielen natürlich bessere Bilanzen.
Dennoch bleibt die Frage: Lohnt sich die Herstellung ökologisch und wirtschaftlich eigentlich?
Wenn Sie gleich zu Beginn des Projekts die Energiebilanz thematisieren, werden Ihre Schülerinnen
und Schüler möglicherweise eine ganze Reihe von Sparvorschlägen haben: Kochen mit Deckel,
Warmhalten in der Thermoskanne u.v.a.m. .
Abfallstoffe und Umweltbelastung (BSB-Wert)
Bei der industriellen Ethanolherstellung fallen pro Liter Ethanol zwischen 10 und 15 Liter Reststoffe
an. Diese werden als Schlempe bezeichnet. Dazu kommen etwa 100 l Waschwasser, die z.B. bei
der Säuberung der Rohstoffe (Zuckerrohr, Zuckerrüben, Kartoffeln, Maiskolben usw.) entstehen.
Nach RENNEBERG (Biotechnologie für Einsteiger, Spektrum-Verlag 2007) fällt bei einer Bioethanol-
Anlage mit einer Tagesleistung von 150000 Litern eine Abwassermenge an, die einer Stadt mit
600000 Einwohnern entspricht. Alle diese Rückstände belasten ungeklärt das Abwasser.
Schlempe entsteht auf mehreren Stufen des Produktionsprozesses: Bei der Stärkegewinnung aus
Kartoffeln und Mais bzw. der Zuckerextraktion aus Zuckerrohr und Zuckerrüben fallen nicht genutzte
Reststoffe an: Proteine, Fette (Lipide), Nukleinsäuren, Polysaccharide.
Nach dem Verzuckerungsprozess der stärkehaltigen Rohstoffe wird nur das zuckerhaltige Filtrat zur
Vergärung weiterverwendet, der restliche Feststoffanteil muss entsorgt werden.
Die Schlempe bildet ein ideales Substrat für darauf spezialisierte Bakterien, die dann zu einer starken
Sauerstoffzehrung in den belasteten Gewässern führen. Schlempen gehören zu den
umweltbelastendsten Stoffen aus industriellen Abläufen.
In Brasilien hat dies in der Nähe von Bioethanol-Anlagen zum vorübergehenden Zusammenbruch der
Trinkwasserversorgung geführt.
Schlempen enthalten noch viel Energie: Um die Gesamt-Energiebilanz der Bioethanolherstellung zu
optimieren, müssen Technologien entwickelt werden, die dieses Energiepotential nutzen. Gleichzeitig
müssen Verfahren vorhanden sein, um die nicht nutzbaren Reststoffe umweltneutral entsorgen zu
können.
In der Schule bieten sich folgende Untersuchungsmethoden und Verfahren an:
Bestimmung des BSB-Wertes von mit Roh- bzw. Dünnschlempen belasteten „Abwässern“.
Mit „BSB“ ist der biochemische Sauerstoffbedarf gemeint, also der Sauerstoffverbrauch innerhalb
eines bestimmten Zeitraums, z.B. in der Abwassertechnologie übliche 7 Tage (BSB7). Das Verfahren
besteht aus folgenden, hier nur kurz skizzierten Schritten: Die Abwasserprobe wird verdünnt, mit Luft
bis zur O2-Sättigung versetzt (Aquarienpumpe* und Sprudelstein*) und ihr O2-Gehalt mit einer
geeigneten Sauerstoffelektrode* gemessen. Dann wird das Gefäß verschlossen und bei gleicher
Temperatur (!) 7 Tage lang verdunkelt gehalten. Nach Ablauf der Frist wird der O2-Gehalt erneut
gemessen.
Die Differenz ist der BSB7-Wert, z.B. bei 25 mg/Liter O2 am ersten Tag und 10 mg/lO2 am 7. Tag
gleich BSB7 15 mg O2.
Der biologische Sauerstoffbedarf lässt sich zeitverkürzend und einfach mit Kaliumpermanganat
innnerhalb einer Stunde feststellen:
BSB5-Test mit Kaliumpermanganat
Der BSB5-Test mit Kaliumpermanganat KMnO4 zeigt innerhalb kurzer Zeit an, wie viel Sauerstoff im
Laufe von 5 Tagen durch biologische Aktivität verbraucht wurde.
Für den Test brauchen Sie fünf Tropfen verdünnte Schwefelsäure H2SO4 (Konzentration nicht
wichtig!) und drei Tropfen 0,01molarige Kaliumpermanganatlösung KMnO4.
Schulbiologiezentrum Hannover: „Bioethanol in der Schule – Vom Acker in den Tank?“
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