Bahnbrechende Technologien für künftige Biokraftstoffe der zweiten Generation
Biokraftstoffe sind schon länger eine Alternative zu fossilen Brennstoffen. Die erste Generation von Biokraftstoffen wird noch aus Nahrungspflanzen erzeugt, hauptsächlich aus Öl, Stärke und Zucker stärkereicher Pflanzen wie Mais, Weizen und Zuckerrohr/-rüben. Um die Ernährungssicherheit durch Übernutzung von Anbauflächen nicht weiter zu gefährden, sollen Biokraftstoffe der zweiten Generation nun aus zellulosehaltigen, nicht essbaren Pflanzenteilen und organischen Reststoffen gewonnen werden. Da dies jedoch mehrere energieintensive Umwandlungsschritte erfordert, ist die Verwertung solcher Reststoffe trotz hohen Potenzials bislang kaum rentabel. Das EU-finanzierte Projekt BioMates entwickelte daher Umwandlungsverfahren, um Biomasse zügiger als Basis für Kraftstoffe im Verkehrssektor zu etablieren.
Neue Umwandlungstechnologien für Biomasse
BioMates entwickelte innovative Technologien, um Biomasse in kostengünstige Zwischenprodukte aus Bioöl umzuwandeln, die dann in herkömmlichen Ölraffinerien verarbeitet werden können. Ziel war es, aus dem landwirtschaftlichen Reststoff Stroh und der Gräserart Miscanthus nachhaltige lignozellulosehaltige Biomasse zu erzeugen. Zur Verflüssigung des Rohmaterials werden die festen Biomassepartikel in einem Reaktor unter Luftabschluss auf 500° Celsius erhitzt und durch Pressung auf die heiße Reaktorwand abgeschmolzen. Nach dieser sogenannten ablativen Flash-Pyrolyse kondensieren die flüchtigen Gase im Reaktor durch schnelle Abkühlung zu flüssigem Bioöl. Der kohlenstoffreiche Reststoff Biokohle wird am Reaktorboden aufgefangen und stellt eine Alternative zu fossiler Kohle dar. Das nicht kondensierbare Pyrolysegas wiederum kann zum Beheizen des Pyrolysereaktors genutzt werden und so den Gesamtenergiebedarf reduzieren.
Vereinfachung der Hydrodesulfurierung
„Biogenes Pyrolyseöl enthält allerdings noch Substanzen, die es als echten Kraftstoff ungeeignet machen. Hydrodesulfurierung ist eine Möglichkeit, unerwünschte Verbindungen im Öl zu binden und Sauerstoff zu entfernen, was Brennwert und Oxidationsstabilität erhöht und den Säuregehalt reduziert“, sagt Bezergianni. „Eine starke Hydrodesulfurierung erfordert jedoch bislang mehrere Schritte, die den Gesamtprozess und damit letztlich auch den Kraftstoff verteuern.“ So wählte die Arbeitsgruppe zur Stabilisierung des Bioöls eine moderatere Form der Hydrodesulfurierung und entwickelte eine innovative Infrastruktur zur effektiven elektrochemischen Wiederaufbereitung des im Prozess verwendeten Wasserstoffs. Weitere Vorteile dieser Infrastruktur sind, dass gasförmiger Wasserstoff zu sauberem Wasserstoff aufgereinigt und dann wieder in den Prozess zurückgeführt werden kann. Da die Kompression elektrochemisch erfolgt, ist der Prozess zudem billiger als die herkömmliche mechanische Wasserstoffkompression.
Rationalisierte Raffination
Vorderstes Ziel von BioMates war die Erzeugung eines zuverlässigen Zwischenprodukts aus Biomasse, das in Raffinerien zusammen mit fossilen Rohstoffen verarbeitet werden kann. Für die neuen Materialien wurden auch die optimalen Eintrittspunkte in den Raffinationsprozess ermittelt. „Optimal bedeutet, nicht in die konventionelle Raffination einzugreifen oder die Ausbeute zu verändern“, erklärt Bezergianni. „In Raffinerien wird in der Regel nicht in einem einzelnen Prozess nur eine Art Treibstoff erzeugt. Stattdessen werden in unterschiedlichen Umwandlungsprozessen verschiedenste Arten fossiler Fraktionen verarbeitet“, ergänzt Bezergianni. Dabei ist im Vorfeld meist nicht klar, ob die entstandenen biogenen Zwischenprodukte für die Erzeugung eines bestimmten Kraftstofftyps tatsächlich geeignet sind. Abhängig von Raffinationsverfahren und Mischverhältnis lässt sich allerdings für jeden Kraftstofftyp berechnen, wie hoch der aus Biomasse erzeugte Anteil ist. „Mit den Umwandlungsverfahren von BioMates könnten 75 Millionen Tonnen Biomasse in Bioöl-Zwischenprodukte umgewandelt und damit etwa 15 Millionen Kubikmeter Rohöl jährlich eingespart werden“, sagt Bezergianni. „So müssten etwa 100 Anlagen in zentralen oder dezentralen Regionen installiert werden, um jährlich eine Million Tonnen Biomasse zu verarbeiten, was etwa 6 000 neuen Arbeitsplätzen entspräche.“
Schlüsselbegriffe
BioMates, Biomasse, Raffinerie, Pyrolyse, Hydrodesulfurierung, Biokraftstoffe der zweiten Generation, Bioöl-Zwischenprodukte, Kraftstoff für den Straßenverkehr, Stroh, Miscanthus
