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Biogene Krafstoffe

Benzin- und Dieselkomponenten aus biogenen Altfetten erzeugen

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Biogene Kraftstoffe gewinnen im Verkehrssektor zunehmend an Bedeutung – jedoch bleibt es fragwürdig, Pflanzen nur zum Zweck der Biomasse-Gewinnung anzubauen. Lesen Sie hier, wie ein alternatives Verfahren Biokraftstoffe stattdessen aus Abfallstoffen erzeugt.

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Abb. 1: Verfahrensschema des Greasoline-Prozesses (Bild: Fraunhofer UMSICHT)
Abb. 1: Verfahrensschema des Greasoline-Prozesses (Bild: Fraunhofer UMSICHT)

Aus dem Mobilitätsbereich sind fossile Energieträger nur schwer wegzudenken. Fahrzeuge werden heute weltweit fast ausschließlich mit erdölbasierten Kraftstoffen angetrieben. Der stetig steigende Bedarf, knapper werdender Ressourcen und nicht zuletzt Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsgründe erfordern eine Substitution der konventionellen Treibstoffe durch Energieträger aus nachwachsenden Rohstoffen. Dieser Notwendigkeit trägt die Politik Rechnung, indem der Anteil der biogenen Kraftstoffe in der EU in jedem Mitgliedsland bis 2020 auf zehn Prozent (bezogen auf den Energiegehalt) steigen soll. Die positiven Effekte der Erhöhung der erneuerbaren Energien im Verkehrssektor, wie Versorgungssicherheit und Umweltschutz, stehen aber in Konkurrenz zur Nahrungsmittelversorgung, wenn Pflanzen nur für diesen Zweck angebaut werden. Die Wissenschaft ist daher aufgefordert, neue Technologien zu entwickeln, die aus pflanzlichen Reststoffen, Altfetten (beispielsweise Frittierfette aus der Gastronomie) und anderen Abfallstoffen Biokraftstoffe erzeugen.

Biogene Fette- und Öle als Kraftstoffe nutzbar machen

Eine Möglichkeit, gebrauchte biogene Fette- und Öle als Kraftstoffe nutzbar zu machen, bietet das Greasoline-Verfahren. Bei diesem Prozess werden die Ausgangsstoffe bei Temperaturen zwischen 350°C und 500°C an Aktivkohle als Katalysator in Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Die entstehenden Kohlenwasserstoffe entsprechen den in erdölbasiertem Benzin- und Dieseltreibstoff vorkommenden Verbindungen. Hierdurch hat der Biokraftstoff des Greasoline-Verfahrens einen bedeutenden Vorteil gegenüber den als „Biodiesel“ bekannten Fettsäuremethylestern. Für den Gebrauch von Biodiesel ist eine Umrüstung der Kraftfahrzeugmotoren notwendig, da die Fettsäuremethylester aufgrund hervorragender Lösungseigenschaften die Schlauchmaterialien im Motor angreifen. Die Anpassung der Motoren entfällt bei dem biogenen Treibstoff des Greasoline-Verfahrens aufgrund der gleichen chemischen Inhaltsstoffe wie im herkömmlichen Otto- und Dieselkraftstoff.

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In Abbildung 1 ist der Greasoline-Prozess veranschaulicht. Das Fett wird bei 70°C verflüssigt, um die Pumpfähigkeit für einen definierten Volumenstrom zu erreichen. Zugeführt wird das Fett einer Verdampfereinheit, in der es bei ~ 450°C verdampft wird. Durch ein Trägergas (Inertgas), ggf. unter Zuführung von Wasserdampf, wird das verdampfte Edukt bei Temperaturen bis 500°C über einen Aktivkohlekatalysator in einem Festbettreaktor geleitet. Das Fett (Triglyceride) wird hier zu langkettigen Kohlenwasserstoffen zersetzt. Der in den Ausgangsstoffen enthaltene Sauerstoff wird in Form von Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Wasser abgetrennt. Weiterhin treten Sekundärreaktionen wie Cracken und Ringbildungen auf. Die kleiner werdenden Moleküle können in die Poren des Katalysators diffundieren und dort an den aktiven Zentren weiter reagieren. In der sich anschließenden Kühlung und Stofftrennung werden gasförmige und flüssige Produkte voneinander getrennt.

Die durch die pyrolytisch-katalytische Konversion der Altfette entstandenen flüssigen und gasförmigen Phasen werden jeweils gaschromatographisch getrennt und analysiert. Die flüssigen Produkte werden mittels eines Gaschromatographen (GC) gemessen, dessen Säulenofen mit einer cryogenen Ofenkühlung (betrieben mit Flüssigstickstoff) ausgestattet ist. Hierdurch ist es möglich, das Ofenprogramm bei 0°C zu starten, um auch die leichterflüchtigen Komponenten zu erfassen.

Analytik der flüssigen Produkte mittels GC/MS

Die Trennung erfolgt auf einer 100 m langen, unpolaren Kapillarsäule (DB-Petro). Zur Identifizierung und Quantifizierung sind dem GC ein Massenspektrometer (MS) und ein Flammenionisationsdetektor (FID) nachgeschaltet. Während des Prozesses entstehen, je nach Versuchsbedingungen und Einsatzstoff, mehr als 300 verschiedene Verbindungen im flüssigen Produkt. Aufgrund der hohen Anzahl ist eine Identifizierung und Quantifizierung aller Einzelsubstanzen nicht möglich. Es werden die 30 Hauptkomponenten, bezogen auf die Peakfläche, identifiziert. Diese Kohlenwasserstoffe werden in vier Stoffklassen eingeteilt, für die jeweils ein mittlerer Responsefaktor zur Quantifizierung bestimmt wurde.

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