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Reaktionsablauf |
Da die erwähnte Umesterung von Biodiesel nur langsam ablaufen würde, benötigt man Katalysatoren, um die Reaktion zu beschleunigen. Dazu verwendet man Natriumhydroxid (NaOH) oder Kaliumhydroxid (KOH). Das entscheidende dabei ist das Hydroxid- Ion. Es ist eine sehr starke Base, das in Anwesenheit von Methanol Methanolatanionen bildet. Nun sind übergebliebene OH- und Methanolationen in der Lage die Esterbindung zwischen den Fettsäuren und dem Glycerin anzugreifen. Der Angriff geht auf das stark positiv geladene Kohlenstoffatom, dass eine Doppelbinndung zum Sauerstoffatom besitzt. Methanolat- und Hydroxidionen sind in der Lage die Bindung zwischen dem C- und dem O- Atom aufzubrechen und die negative Ladung auf das nun entstehende Glycerolat- Ion zu übertragen. Dabei verbindet sich Methanol mittels einer Esterbindung mit der Fettsäure zu Fettsäuremethylester. Das dreifach negativ geladene Glycerinanion reagiert nun mit drei Methanolmolekülen zu Glycerin und Methanolat, indem Glycerolat drei Methanolmolekülen je ein Proton entzieht. Das neu entstandene Methanolatanion ist nun wieder in der Lage Esterbindungen zwischen Glycerin und Fettsäure anzugreifen. Insgesamt reagieren drei Mol Methanol mit einem Mol Triglycerid zu drei Mol Fettsäuremethylester und einem Mol Glycerin. Die Geschwindigkeit dieser Reaktion hängt stark von der eingesetzten Menge Katalysator ab. Allerdings ist wegen der entstehenden Kosten und wegen des späteren Anteils im Biodiesel wichtig nicht zu viel Katalysator zu verwenden, da Natrium-, oder Kaliumhydroxid nicht brennbar ist und den Verbrennungsvorgang im Dieselmotor negativ beeinflussen würden. Diese Reaktion ist exotherm, deswegen würden Temperatur und Druck das chemische Gleichgewicht in Richtung der Produkte verschieben. Aus Kosten- und Sicherheitsgründen verzichtet man aber in der Industrie auf den Einsatz von Druckkammern, um Biodiesel herzustellen. Die Reaktion läuft im Reaktor bei ca. 70° C eine halbe Stunde lang. .Außerdem bewirkt eine hohe Konzentration an Methanol und eine niedrige Konzentration an Glycerin, dass das Gleichgewicht in Richtung des Biodiesels verschoben wird.
Nach der Reaktion wird den Produkten Schwefelsäure hinzugegeben, um Reste vom Katalysator zu neutralisieren und freie nicht veresterte Fettsäuren zu protonieren. In der wässrigen Lösung der Säure trennen sich die wasserlöslichen Bestandteile, wie überschüssiges Methanol und entstandenes Glycerin vom wasserunlöslichen Produkt Biodiesel. Dadurch können sie leicht voneinander getrennt werden. Aus der wässrigen Lösung wird Methanol ausdestilliert und der Rest eingedampft, sodass Glycerin überbleibt. Dieses findet in reiner Form Verwendung in der Pharma- und Kosmetikindustrie.
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