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Fortgeschrittene Erzeugung von Biokraftstoff verbessert die Verwertung von Rohstoffen

Eine der größten Herausforderungen weltweit ist es, den Sektor der fossilen Brennstoffe von einem Treibhausgas-Emittenten in einen Erzeuger umweltfreundlicher Energien zu verwandeln. Eine Lösung besteht darin, zwei Arten von Energieträgern miteinander zu verbinden: das Stromversorgungsnetz und flüssige Brennstoffe aus Biomasse.

Klimawandel und Umwelt
Energie

Das EU-finanzierte Projekt Ambition untersuchte, wie derzeitig unabhängige Energiesysteme kombiniert werden können, um die Herstellung von Biokraftstoffen zu verbessern. Es regte auch eine langfristige gemeinsame europäische Forschungs- und Innovationsagenda (European Common Research and Innovation Agenda, ECRIA) an, mit dem Ziel, die Biokraftstoffproduktion zu integrieren sowie überschüssigen Netzstrom besser zu verwerten. Die gemeinsame europäische Forschungs- und Innovationsagenda präsentiert Leitprinzipien und Forschungsprioritäten für eine zukünftige nachhaltige und kostengünstige Produktion fortgeschrittener Biokraftstoffe, besonders im Rahmen des neuen europäischen Grünen Deals. Sie zielt auch auf die drei wichtigsten Engpässe ab, welche sich auf die Entwicklung der Bioraffinerie auswirken. „Dazu gehören die Vorbehandlung/Fraktionierung von Biomasse in marktfähige Produkte; der Einsatz von Umwandlungstechnologien wie Vergasungs- und Vergärungsverfahren; sowie technische und wirtschaftliche Evaluierung“, sagt Projektkoordinator Bernd Wittgens.

Entwicklung neuer Verfahren

Forschende entwickelten auch wegweisende, kostengünstige und energieeffiziente Fraktionierungsverfahren für Biomasse, welche auf ungefährlichen Katalysatoren und/oder umweltverträglichen Lösungsmitteln beruhen. Diese basieren auf ionischen Flüssigkeiten und Organosolv-Verfahren. Beide Verfahren konnten die Erzeugung relevanter marktfähiger Biomasseanteile nachweisen. Insbesondere Organosolv-Verfahren weisen ein echtes Potenzial für die industrielle Umsetzung in der nahen Zukunft vor. „Sie tragen zu einer wesentlichen Wertsteigerung von Biomasse einschließlich der Erzeugung von Mehrwertprodukten durch Lignin bei. Dies ist außerordentlich wichtig für die Entwicklung von wirtschaftlich und ökologisch tragfähigen Bioenergieträgern sowie für die Entstehung von Bioprodukten, im Rahmen des Konzeptes für eine nachhaltige Bioraffinerie und Bioökonomie“, erklärt Wittgens. Lignin ist ein komplexes, in Holz und Rinde vorkommendes Biopolymer, das aus Biomasseabfällen gewonnen werden kann. Für die Umwandlungstechnologien nutzten Ambition-Forschende Lignin aus der Ethanolproduktion der zweiten Generation als Ausgangspunkt für die Produktion von Synthesegas. Dieses wurde biochemisch in Butanol und Butylsäure weiter umgewandelt. Dabei handelt es sich um Plattformchemikalien und Biokraftstoff-Zwischenprodukte. Biobasierte Verfahren sind gegenwärtig nicht dafür ausgelegt, eine vollständige Wertschöpfungskette zu bilden, welche die Gesamtheit der Ausgangsstoffe verwertet. „Lignin wird in mehreren Ethanol produzierenden Anlagen verfügbar, aber derzeit wird es hauptsächlich zum Heizen verwendet. Dies führt dazu, dass wenig bis gar keine Anstrengungen unternommen werden, Lignin aufzubereiten und es für einen anderen Prozess als die Verbrennung zu nutzen“, bemerkt WIttgens.

Kostengünstiger und effizienter

Ein Schlüsselergebnis zeigte, dass aus einem Vergaser gewonnenes Gas die Synthesegasvergärung ermöglicht. „Dies ist ein wichtiger Fortschritt“, stellt Wittgens fest, „denn der biologische Prozess kann genutzt werden, um in einem einzigen Schritt viel komplexere Moleküle herzustellen. Zudem ist er weniger empfindlich gegenüber der Qualität des Synthesegases. Dieses Wissen kann uns dabei helfen, gänzlich neue Prozessketten zu entwickeln.“ Es wurde auch gezeigt, dass die Reinigung des Produktgases vor seiner Verwendung als Einspeisegas im Gasvergärungsprozess eine nahezu hundertprozentige Verwertung der Einsatzstoffe ermöglichen kann. Die Produktausbeute, die bei der Vergärung von Synthesegas zu Butanol oder Butylsäure gewonnen wird, kann durch die Verwendung des aus dem Vergaser erzeugten CO2 ebenfalls erheblich gesteigert werden. Durch die Verwendung von erneuerbarem Wasserstoff kann sie über einen CO2-emissionsfreien Prozess in zusätzliches Synthesegas und damit in eine größere Produktmenge verwandelt werden. Das Projekt Ambition verbessert die gesamte Rohstoff- und Energieeffizienz von Umwandlungsprozessen bei gleichzeitiger Senkung der Kapital- und Betriebskosten. Damit ermöglicht es die Umsetzung in ein innovatives und integriertes europäisches Energiesystem. Wittgens kommt zu dem Schluss: „Diese Fortschritte können an die bestehenden Methoden zur Erzeugung von Biokraftstoff angepasst oder integriert werden, um neue, verbesserte, umweltfreundliche und wirtschaftlich wettbewerbsfähige Verfahren zu ermöglichen.“

Schlüsselbegriffe

Ambition, Biomasse, Biokraftstoff, Lignin, Synthesegas, gemeinsame europäische Forschungs- und Innovationsagenda (ECRIA), Grüner Deal, Organosolv, ionische Flüssigkeiten

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