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Advanced Biomass Catalytic Conversion to Middle Distillates in Molten Salts

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Salzschmelzen optimieren Herstellung von Biokraftstoffen für den Verkehr

Im Rahmen eines EU-finanzierten Projekts wurde ein neuartiges, auf geschmolzenem Salz basierendes Verfahren zur Gewinnung nachhaltiger Biokraftstoffe aus Abfallbiomasse erarbeitet, das kostengünstiger ist und für höhere Erträge sorgt.

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Lignozellulose – ein Polymer, das Zellulose, Hemizellulose und Lignin enthält – ist eine der leistungsstärksten Waffen in unserem Kampf gegen den Klimawandel. Bei Abfallströmen, die Lignozellulose enthalten, handelt es sich um ein Nebenprodukt verschiedener Industriezweige wie der Landwirtschaft (Maisstroh, Stroh) und der Forstwirtschaft (Abfälle von Papierfabriken). Die Umwandlung dieses Rohstoffs in Energie, zum Beispiel in Form von Biokraftstoffen, trägt dazu bei, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verkleinern.

Hindernisse für die kommerzielle Nutzung von Biokraftstoffen überwinden

Die Möglichkeit, Lignozellulose als Ausgangsstoff für fortgeschrittene Biokraftstoffanwendungen zum Einsatz zu bringen, wird durch die Umwandlungstechnologie selbst eingeschränkt. Die Zuckergewinnung (einfache Monosaccharide) aus lignozellulosehaltiger Biomasse und ihre Umwandlung in Kraftstoffe stellt eine Herausforderung dar, da Lignozellulose in ihrem natürlichen Ursprung so beschaffen ist, dass sie nicht abgebaut werden kann. Für eine umfangreichere Verwertung von Biokraftstoffen werden wirtschaftliche Technologien für diese Umwandlung benötigt. Das EU-finanzierte Projekt ABC-SALT hat eine effizientere Methode zum Abbau von lignozellulosehaltiger Biomasse gefunden, indem die Biomasse mit Salzschmelzen behandelt wird – Salze, die bei Raumtemperatur fest sind, aber bei höheren Temperaturen in die flüssige Phase übergehen. „ABC-SALT hat eine innovative Möglichkeit zur Herstellung nachhaltiger Mitteldestillate aus Biomasse aufgezeigt, der zu einer höheren Ausbeute an Kohlenwasserstoffen führt“, erklärt Projektkoordinator Erik Heeres. „Aus Biomasse gewonnene Kraftstoffe wurden aus verschiedenen lignozellulosehaltigen, darunter auch aus ligninreichen, Abfallströmen gewonnen. Die Verwendung solcher Abfallströme, die im Überfluss und zu niedrigen Preisen verfügbar sind, wird dazu beitragen, etwaige Beschränkungen bei den Rohstoffen zu überwinden und gleichzeitig kurze Lieferketten zu gewährleisten.“ Bei Mitteldestillaten handelt es sich um wichtige Kraftstoffe im Verkehr, sowohl für den Straßenverkehr (Diesel) als auch für den Luftverkehr (Düsenkraftstoff).

Ein vielversprechender Weg von Biomasse zu Mitteldestillaten

Das fortschrittliche thermochemische Umwandlungsverfahren, das von ABC-SALT durchgeführt wird, umfasst die folgenden grundlegenden Schritte. Zunächst werden geeignete Salzschmelzen zum Auflösen der Biomasse gebraucht. Anschließend wird die Biomasse in eine Wasserstoffpyrolyseanlage geleitet, wo sie ohne Sauerstoff schnell erhitzt wird. Ein katalytischer Hydrodeoxygenierungsschritt hilft, den Sauerstoff aus den Biomasseströmen nach der Wasserstoffpyrolyse zu entfernen. „Salzschmelzen bergen ein großes Potenzial für den Einsatz als Verflüssiger, da sie den Flüssigkeitsanteil bei der schnellen Wasserstoffpyrolyse maximieren und als Katalysatoren fungieren. Neben ihrer Fähigkeit, Biomasse leicht aufzulösen, wiesen die ausgewählten Salzschmelzen eine hohe Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Dampfdruck auf“, erläutert Heeres. Eine weitere Herausforderung bestand darin, eine Salzschmelze auszuwählen, deren Schmelzpunkt niedrig genug ist, um keine Asche oder Holzkohle zu erzeugen, aber hoch genug, um Biomasse zu verflüssigen. Zudem spielte die hohe thermische Stabilität eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung der Salzzersetzung bei hohen Temperaturen. Proben von Ölen, die aus der Lignin-Wasserstoffpyrolyse stammen, wurden erfolgreich in Batch- und kontinuierlichen Verfahren mit Wasserstoff behandelt. Es wurden hohe Kohlenstoffausbeuten erzielt (bis zu 90 %), während die Mehrzahl der Kohlenwasserstoffprodukte in den Mitteldestillatbereich fiel.

Reifegrad der Technologie erhöhen

Das integrierte Konzept wurde im Labormaßstab in einer eigens dafür eingerichteten Demonstrationsanlage vorgestellt. Es wird als Prototyp für ein zukünftiges Kraftstoffproduktionssystem in einem industriellen Umfeld dienen, wodurch die Technologie über Reifegrad 4 hinausgeht. „Die durch ABC-SALT gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse werden den wichtigsten Interessengruppen im Bereich der Biokraftstoffe (z. B. Verantwortlichen der Politik, Regulierungsbehörden, Industrie) dazu verhelfen, strategische Entscheidungen in Bezug auf künftige Energietechnologien zu treffen und diese in die derzeitigen und künftigen Energiesysteme zu integrieren. Wir prüfen derzeit die Möglichkeit, auf der Grundlage des erworbenen Wissens neue Projekte zu starten und die Technologie auf Technologie-Reifegrad 5 bis 6 zu bringen“, so Heeres abschließend.

Schlüsselbegriffe

ABC-SALT, Biomasse, Biobrennstoff, Biokraftstoff, Salzschmelze, Lignozellulose, Mitteldestillate, Wasserstoffpyrolyse, Hydrodeoxygenierung

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