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Produktion von nachhaltigen Biotreibstoffen Stroh für den Tank: Umwandlung von Biomasse ohne zusätzliche Energie

Von Paul Dieringer/Falko Marx* |

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Aus Pflanzenresten wird Biokraftstoff – mit der richtigen Vergasungstechnologie ist das äußerst effizient möglich. Dies belegt ein Projekt von Forschern der TU Darmstadt. Sie haben in einer Pilotanlage ein neues Verfahren zur Umwandlung von Stroh und anderer Biomasse in Treibstoff demonstriert, das ohne zusätzliche externe Energie auskommt.

Die CO2-Versuchshalle ist Teil der Ein-Megawatt-modularen Pilotanlage des Instituts für Energiesysteme und Energietechnik. Hier können verschiedene thermische Wirbelschichtverfahren untersucht werden um einen wichtigen Beitrag zur CO2-Neutralität zu leisten.
Die CO2-Versuchshalle ist Teil der Ein-Megawatt-modularen Pilotanlage des Instituts für Energiesysteme und Energietechnik. Hier können verschiedene thermische Wirbelschichtverfahren untersucht werden um einen wichtigen Beitrag zur CO2-Neutralität zu leisten.
(Bild: C. Heinze)

Energie kann aus vielen Quellen kommen: Kohle oder Uran, Sonnenlicht oder Bioabfall. Im Sinne einer nachhaltigen und sicheren Energieerzeugung sind die letzteren zwei Rohstoffe vorzuziehen, weshalb es große Bestrebungen gibt, den Nutzen dieser Energiequellen weiter zu verbessern. Im Bereich Biomasse forschen Wissenschaftler des Instituts für Energiesysteme und Energietechnik (EST) an Wegen, biogene Reststoffe wie Weizenstroh möglichst effizient zu stofflich nutzbarem Synthesegas umzuwandeln.

Das Team unter Leitung von Professor Dr.-Ing. Bernd Epple hat dafür nun eine modulare Pilotanlage mit einer Leistung von einem Megawatt aufgebaut, um die gesamte Prozesskette von der rohen Biomasse bis zum flüssigen Kraftstoff zu demonstrieren. Die Forschungen fanden als Teil des Horizon-2020-Forschungsprojekts Clara (Chemical Looping Gasification for Sustainable Production of Biofuels) statt, das vom EST koordiniert wird.

Kein extra Sauerstoff, keine extra Kosten

Bei der Vergasung werden in einem Reaktor (Vergaser) Stoffe erhitzt und in gasförmige Produkte überführt. Ein Beispiel für dieses Verfahren ist die Kohlevergasung, bei der aus Kohle Syntheseprodukte wie Methanol als Grundstoff für die chemische Industrie gewonnen werden – ein Prozess, der außerhalb Europas noch verbreitet ist. Die Vergasung von Abfallstoffen zu Synthesegasen ist ein Weg, um den enthaltenen Kohlenstoff als Grundlage für neue Chemikalien nutzbar zu machen

Der Hauptvorteil der neuartigen Vergaser-Technologie besteht darin, dass der für eine effiziente Umwandlung der Einsatzstoffe erforderliche Sauerstoff durch die zyklische Reduktion und Oxidation eines reichlich vorhandenen, ungiftigen Metalloxids bereitgestellt wird. Daher ist das Vergaserkonzept nicht auf kostspieligen reinen Sauerstoff angewiesen, der üblicherweise für Vergasungsprozesse erforderlich ist. Darüber hinaus ermöglicht die Technologie eine effiziente Abtrennung des während des Vergasungsschritts gebildeten Kohlendioxids aus dem Produktgas in der nachgeschalteten Synthesegasreinigungsanlage, sodass die gesamte Prozesskette von der Biomasse zum Kraftstoff einen negativen CO2-Fußabdruck aufweist. Insgesamt gelingt den Forschern nach eigenen Angaben die Umwandlung der Biomasse in Flüssigkraftstoff ohne zusätzliche externe Energie.

Großtechnische Umsetzung geplant

Als nächste Schritte planen die Beteiligten des Projekts Clara, zwei weitere Versuchskampagnen mit der Pilotanlage im Ein-MWth-Maßstab. Dabei wollen sie zum einen den Vergasungsbetrieb optimieren. Zum anderen sollen die folgenden Prozessschritte demonstriert werden: die Nachbehandlung und Reinigung des gewonnenen Synthesegases sowie die abschließende Synthese flüssiger Kraftstoffe. Sofern die Entwicklung weiter erfolgreich verläuft, könnte das Verfahren schließlich großtechnisch umgesetzt werden.

Ziel des Clara-Horizon-2020-Projekts ist es, ein Konzept zur Herstellung von Biokraftstoffen durch „Chemical Looping Gasification“ von biogenen Reststoffen zu entwickeln. Dazu untersucht das Clara-Konsortium, das sich aus 13 internationalen Mitgliedern zusammensetzt, die gesamte Kette von der Biomasse bis zum Kraftstoff. So wollen die Forscher den Grundstein für das neuartige Vergasungsverfahren Chemical Looping Gasification zur Marktreife setzen. Das Projekt wird von der Europäischen Union mit einem Volumen von knapp fünf Millionen Euro gefördert.

* P. Dieringer, F. Marx, Technische Universität Darmstadt, 64289 Darmstadt

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