Flüssige Biobrennstoffe - eine Übersicht
Vier Verfahrenswege zur Herstellung
Flüssige Brennstoffe aus Biomasse können für den Wärmemarkt der Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Denn verflüssigte Biomasse bietet – wie ihre mineralischen Pendants – den Vorteil der guten Transportfähigkeit bei hoher Energiedichte. Auch wenn beim Einsatz von Biomasse zur Herstellung von Kraftstoffen immer auch die „Tank-Teller-Diskussion“ geführt und zwischen anfallender und angebauter Biomasse – auf Landflächen, die dann nicht mehr für den Anbau von Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen – unterschieden werden muss, lohnt der Blick auf die flüssigen Biokraftstoffe, an denen derzeit geforscht wird.
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Kraftstoffe, die aus Biomasse synthetisiert wurden, werden BtL-Kraftstoffe (Biomass to Liquid) genannt. Gerade Anwendungen in der schweren Logistik, im Schiffsverkehr, in der Luftfahrt oder auch im Wärmemarkt können von den Vorteilen der verflüssigten Biomasse profitieren. Weltweit wird an vielen Lösungen zu dessen Herstellung geforscht, eine davon wird schon industriell produziert. Eine Übersicht:
Hydrierte Pflanzenöle (HVO)
Das größte Potenzial versprechen Hydrierte Pflanzenöle (HVO). Dabei handelt es sich um den ersten neuen Kraftstoff aus Biomasse (neben Biodiesel und Bioethanol, die beide aus Anbaubiomasse hergestellt werden), der schon im industriellen Maßstab produziert wird. Aktuell kommt vorrangig Anbaubiomasse zum Einsatz. Allerdings eignet sich das Verfahren auch für Altfette und -öle, Pflanzenreste und sonstigen biogenen Abfall. Derzeit liegen die weltweiten Kapazitäten bei gut drei Millionen Tonnen im Jahr, Tendenz steigend. Die HVO-Brennstoffe können allen bisherigen Kraftstoffen beigemischt oder aber als Reinkraftstoff verbraucht werden. Sie verbrennen deutlich sauberer als solche aus mineralischen Quellen.
Thermo-katalytisches Reforming (TCR)
Ein weiteres Verfahren ist das thermo-katalytische Reforming (TCR), das voraussichtlich in wenigen Jahren im industriellen Maßstab anwendbar sein wird. Dabei wird in einer mehrstufigen Direktpyrolyse aus fester Biomasse ein biogenes Crude bzw. Rohöl erzeugt, das in einem zweiten Schritt zu Mitteldestillaten hydriert wird. Verwendbar sind viele Arten von Biomasse bis hin zu Tiermist. In einer Demo-Anlage in der Oberpfalz, die vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik errichtet wurde, kommt derzeit vor allem Klärschlamm zum Einsatz. Dieser wurde bisher meist verbrannt oder auf Felder ausgebracht. Als Kopplungsprodukte entstehen ein wasserstoffreiches Gas, das teils für die Energieautarkie des Prozesses eingesetzt wird, und Biokoks, der zu Teilen der Katalyse dient. Ein wichtiger Pluspunkt: Schon heute können die Treibstoffe aus diesem Verfahren für rund sechzig Eurocent je Liter produziert werden. Das sind nur zehn Cent mehr als für mineralisches Benzin oder Diesel fällig wäre.
Sunliquid – Kraftstoff aus Stroh
Beim Sunliquid-Verfahren des Schweizer Spezialchemieunternehmens Clariant wird aus Stroh mittels Fest-Flüssig-Trennung das feste Lignin vor der Fermentation von der Zuckerlösung separiert. Das Lignin bleibt mit einem Trockensubstanzgehalt von über sechzig Prozent erhalten und eignet sich ideal als Energiequelle. Das Unternehmen baut gerade in Rumänien eine Anlage, mit der jährlich 50.000 Tonnen Bioethanol aus 250.000 Tonnen Stroh produziert werden. Demo- und Testanlagen liefen bisher erfolgreich.
Kraftstoffe aus Fischer-Tropsch-Synthese
Mehrere Verfahren, so auch das Bioliq am Karlsruher Institut für Technologie KIT, nutzen die Fischer-Tropsch-Synthese. Dabei wird zuerst feste Biomasse vergast und anschließend dieses Biogas zu flüssigen Kraftstoffen katalysiert. Bisher mangelte es bei dieser Methode allerdings an Effizienz.
Zukunftsfähigkeit von Biokraftstoffen
Verfahren, die chemisch und physikalisch einfacher zu handhaben sind, werden in Zukunft einen wirtschaftlichen Vorteil haben. Ob die Biokraftstoffe dann am Ende für den Einsatz in Verbrennungskraftmaschinen tauglich sind, wird auch davon abhängen, welche Zünd- und Verbrennungseigenschaften, Dichtungs- und Lackverträglichkeit, thermische Stabilität (Alterung) und Rückwirkungen auf das tribologische System „Brennstoff-Brenngas-Schmierstoff-Oberflächenbeschaffenheit“ sie besitzen. Vor allem für den Betrieb dezentraler Blockheizkraftwerke können flüssige Biokraftstoffe in Zukunft jedoch eine sinnvolle Alternative zu mineralischen Energieträgern wie Öl oder Gas sein.
Buchempfehlungen zum Thema:
- Reimund Neugebauer, Biologische Transformation, Springer Berlin/Heidelberg 2019
- Prof. Dr. Holger Watter, Regenerative Energiesysteme, Springer Fachmedien Wiesbaden 2019
- Prof. Dr. Richard Zahoransky, Energietechnik, Springer Fachmedien Wiesbaden 2019
Fachwissen zum Thema
Buderus | Bosch Thermotechnik GmbH | Kontakt 06441 418 0 | www.buderus.de