Alkohole als Brennstoffe und Umweltbelastung einfach erklärt

Hast du an der Tankstelle schon mal den Aufkleber „Super E10“ gesehen? Das „E“ steht für Ethanol – also Trinkalkohol! Wir tanken tatsächlich Alkohol in unsere Autos. Aber warum machen wir das?

Ist es wirklich besser für die Umwelt, Pflanzen in den Tank zu füllen, anstatt Erdöl oder Erdgas zu nutzen? In diesem Artikel zum Thema Alkohole als Brennstoffe und Umweltbelastung finden wir heraus, wie Alkohol verbrennt, wie man die Reaktionsgleichung dazu aufstellt und ob Bioethanol wirklich unser Klima rettet.

Vorwissen

• Verbrennung von Kohlenwasserstoffen: Wenn ein Stoff vollständig verbrennt, reagiert er mit Sauerstoff ($\text{O}_2$). Dabei entstehen immer Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) und Wasser ($\text{H}_2\text{O}$).

  Beispiel: Die Verbrennung von Methan lautet $\text{CH}_4 + 2 \text{O}_2 \to \text{CO}_2 + 2 \text{H}_2\text{O}$.

• Treibhauseffekt: Gase wie Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) in der Atmosphäre halten die Wärme der Sonne auf der Erde fest.

  Beispiel: Ein starker Anstieg von $\text{CO}_2$ durch Autoabgase verstärkt diesen Effekt und führt zur globalen Erwärmung.

Aufgabentyp 1: Ethanol als Kraftstoff und Reaktionsgleichungen

Ethanol ($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$) ist ein hervorragender Brennstoff. Wenn wir ihn anzünden, reagiert er mit Sauerstoff und setzt viel Energie frei, die Autos antreiben kann. Doch wie wirkt sich das auf unsere Umwelt aus?

Der Unterschied zwischen fossilen und nachwachsenden Rohstoffen

Alltagsbezug: Erdgas und Erdöl sind fossile Brennstoffe. Sie lagen Millionen von Jahren tief unter der Erde. Wenn wir sie verbrennen, holen wir zusätzliches, altes $\text{CO}_2$ aus dem Boden und pumpen es in die Atmosphäre. Die $\text{CO}_2$-Menge in der Luft steigt unaufhaltsam an.

Ethanol wird hingegen aus Pflanzen wie Zuckerrohr, Mais oder Zuckerrüben gewonnen. Diese Pflanzen wachsen in wenigen Monaten heran. Man nennt sie nachwachsende Rohstoffe. Während das Zuckerrohr wächst, saugt es $\text{CO}_2$ aus der Luft auf. Wenn wir das daraus gewonnene Ethanol später im Auto verbrennen, wird genau dieses $\text{CO}_2$ wieder in die Luft gepustet.

Theoretisch ist Bioethanol also klimaneutral, weil es einen geschlossenen Kreislauf bildet. Es kommt kein neues $\text{CO}_2$ hinzu.

Vor- und Nachteile von Bioethanol

Warum fahren wir dann nicht alle nur noch mit Zuckerrohr-Schnaps?

• Vorteile: Es schont die begrenzten Erdölreserven und verbrennt theoretisch $\text{CO}_2$-neutral.

• Nachteile: Um riesige Felder für Zuckerrohr anzulegen, wird oft Natur zerstört. Außerdem konkurriert der Anbau mit der Lebensmittelproduktion. Zudem verbrauchen die Traktoren auf dem Feld und die Fabriken, die den Alkohol herstellen, oft wieder fossile Brennstoffe. In der Realität ist Bioethanol also nicht zu 100 % klimaneutral.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Grundgleichung aufstellen: Schreibe den Alkohol und Sauerstoff ($\text{O}_2$) auf die linke Seite. Schreibe Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) und Wasser ($\text{H}_2\text{O}$) auf die rechte Seite.
2. Kohlenstoff (C) ausgleichen: Zähle die C-Atome im Alkohol. Schreibe diese Zahl als Faktor vor das $\text{CO}_2$.
3. Wasserstoff (H) ausgleichen: Zähle alle H-Atome im Alkohol. Teile die Zahl durch 2 und schreibe das Ergebnis als Faktor vor das $\text{H}_2\text{O}$.
4. Sauerstoff (O) ausgleichen: Zähle alle O-Atome auf der rechten Seite zusammen. Ziehe davon die O-Atome ab, die schon im Alkohol stecken! Teile den Rest durch 2 und schreibe diese Zahl vor das $\text{O}_2$ auf der linken Seite.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Die Verbrennung von Ethanol liefert immer Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) und Wasser ($\text{H}_2\text{O}$).
• Bioethanol ist ein nachwachsender Rohstoff, da die Pflanzen beim Wachsen genau das $\text{CO}_2$ aufnehmen, das später bei der Verbrennung wieder frei wird.
• Im Gegensatz zu fossilem Erdgas kommt theoretisch kein neues $\text{CO}_2$ in die Atmosphäre.
• Nachteile sind der hohe Flächenverbrauch (Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion) und der Energieaufwand bei der Herstellung.