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Das Erkennungszeichen des im Forschungszentrum Karlsruhe
entwickelten Verfahrens "bioliq" zur Nutzung von Biomasse für die
Herstellung hochwertiger synthetischer Kraftstoffe und chemischer
Grundprodukte.
Foto: Forschungszentrum Karlsruhe
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Ein im Forschungszentrum Karlsruhe
entwickeltes Verfahren namens "bioliq" löst dieses Problem elegant und
führt zu Kraftstoffen höchster Qualität, die für die künftige
Motorengeneration hervorragend geeignet sind. Ein zweistufiger
BTL-Prozess (Biomass To Liquid) wird sowohl dem verteilten Aufkommen
als auch dem niedrigen Energieinhalt der Biomasse gerecht. Mit
Förderung durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (Projektträger
des Bundesministeriums für Verbraucherschutz, Ernährung und
Landwirtschaft) und Unterstützung der Industrie wird nun auf dem
Gelände des Forschungszentrums mit dem Aufbau einer Pilotanlage
begonnen, um den Gesamtprozess von der Biomasse bis zur Zapfsäule
technologisch zu demonstrieren. Namhafte Automobilhersteller warten
gespannt auf den High-Tech-Kraftstoff aus dem Forschungszentrum. Die
Grundsteinlegung der Anlage fand am 4. November 2005 statt.
Biomasse ist die einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle zur Herstellung
chemischer Grundstoffe und hochwertiger synthetischer Kraftstoffe.
Ihre konsequente Nutzung verringert die Abhängigkeit von fossilen
Rohstoffen und klimaschädliche Emissionen wie CO2 und
Rußbildung. Schon vorhandene ungenutzte Nebenprodukte wie Stroh und
Holz können über 10 % des heutigen Kraftstoffbedarfs für den Verkehr
in Deutschland decken. Allerdings können zu weite Transportwege
derartiger Stoffe, die nur eine geringe Energiedichte aufweisen, die
Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen. Das im Forschungszentrum Karlsruhe
entwickelte "bioliq"-Verfahren (Biomass to Liquid) sieht deshalb vor,
in einer ersten Stufe aus der anfallenden Biomasse durch dezentrale
Schnellpyrolyse-Anlagen ein transportfähiges flüssiges Zwischenprodukt
hoher Energiedichte (vergleichbar mit Rohöl) zu erzeugen. Dieses kann
dann mit geringen Transportkosten umweltfreundlich per Bahn zur
zweiten Stufe der Verarbeitung, einer zentralen Großanlage zur
Gaserzeugung und Synthese von Kraftstoffen, angeliefert werden.
"Alle entscheidenden Einzelschritte, die das "bioliq"-Verfahren
enthält, wurden vom Forschungszentrum inzwischen entwickelt und
erprobt", erläutert Professor Dr. Eckhard Dinjus, Leiter des Instituts
für Technische Chemie des Forschungszentrums Karlsruhe. "Jetzt wollen
wir den Gesamtprozess in einer Pilotanlage zusammenführen: Auf der
einen Seite werden wir die Anlage mit Stroh füttern, auf der anderen
werden wir mit High-Tech-Kraftstoff unsere Autos betanken."
Am "bioliq"-Verfahren sind zwei Industriepartner maßgeblich beteiligt:
Mit der Firma Lurgi AG, Frankfurt am Main, wird ein für petrochemische
Reststoffe entwickeltes Verfahren der Schnellpyrolyse auf den
schwierigen Einsatzstoff Biomasse übertragen. Die Firma Future Energy
aus Freiberg (Sachsen), eine Tochter der Sustec AG (Schweiz), ist
führend auf dem Gebiet der Flugstrom-Druckvergasung. Der hier
eingesetzte Vergasertyp hat sich bisher als einziger für die
Hochdruck-Vergasung von Slurrys aus Biomasse bewährt.
Die Verarbeitungskosten der Biomasse für den High-Tech-Kraftstoff
werden unter 50 Eurocent liegen; dazu kommen Kosten für die
Ausgangsmaterialien, die derzeit in der gleichen Größenordnung liegen.
Damit bliebe der Preis für einen Liter High-Tech-Kraftstoff unter
einem Euro. Kraftstoff aus Biomasse ist noch bis mindestens 2009 von
der Steuer befreit.
Die Automobilindustrie (VW und Daimler-Chrysler) hat Interesse an dem
High-Tech-Kraftstoff aus dem Forschungszentrum für die Entwicklung
noch emissionsärmerer Hochleistungsmotoren mit geringerem
Kraftstoffverbrauch bekundet. Großes Interesse an einer Übernahme des
Prozesses besteht auch in China, das in Zukunft seinen rasant
steigenden Kraftstoffbedarf durch Einsatz von unterschiedlichen
Stroharten zu großen Teilen mit Biomasse decken möchte.
Die Investitionskosten für die Pilotanlage betragen 23 Mio. Euro; ein
Teil der Mittel wird vom Forschungszentrum und von den beteiligten
Industrieunternehmen aufgebracht. Die Fachagentur Nachwachsende
Rohstoffe (FNR, ein Projektträger des Bundesministeriums für
Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft) hat entschieden, die
Anlage zu fördern. Die Bewilligung für die erste Tranche wurde, wie
beantragt, soeben erteilt. Die Pilotanlage wird als Erweiterung des
Umwelttechnikums im Forschungszentrum Karlsruhe aufgebaut und
betrieben.
Technischer Hintergrund
Haupteinsatzstoffe für das Verfahren sind Stroh und andere
Lignozellulose, die mehr als 90 % der Landbiomasse ausmachen. Dazu
zählen Getreidestroh, Restholz, Rinde und Papier. Rindenfreies,
hochwertiges Holz ist zwar leichter einzusetzen, für das "bioliq"-Verfahren
aber nicht erforderlich.
Die genannten organischen Einsatzstoffe haben sehr geringe
Energiedichten (beispielsweise Strohballen: rund 2,7 Gigajoule/Kubikmeter)
und können deshalb wirtschaftlich nur über kurze Distanzen
transportiert werden. In einem dezentralen Verfahrensschritt
(Kleinanlagen, zu denen die Erzeuger höchstens 25 Kilometer fahren
müssen) wird deshalb zunächst ein Zwischenprodukt höherer
Energiedichte erzeugt, das anschließend zu zentralen Großanlagen
transportiert werden kann. Durch Schnellpyrolyse bei 500 °C in einem
Doppelschnecken-Mischreaktor entstehen aus der Biomasse Pyrolyseöl und
Pyrolysekoks. Diese werden zu einer Suspension gemischt, die gepumpt,
wirtschaftlich transportiert und zerstäubt werden kann. Die
Energiedichte der Suspension (des so genannten "Slurrys") liegt einen
Faktor 10 über der von Stroh und ist damit mit Rohöl vergleichbar.
Damit wird der Transport zur zentralen Anlage wirtschaftlich. Dort
wird der Slurry in einem speziellen Flugstromvergaser bei Temperaturen
um 1200 °C und Drücken bis 80 bar zu einem teerfreien Synthesegas,
einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, umgesetzt. Dieser
Verfahrensschritt wurde an einem 5 Megawatt-Flugstromvergaser der
Firma Future Energy in Freiberg/Sachsen inzwischen mehrfach
erfolgreich getestet und optimiert.
Das mit hohem Druck entstandene Synthesegas wird direkt der
nachgeschalteten Synthesestufe zugeleitet. Eine kostenaufwändige und
mit hohen technischen Risiken behaftete Zwischenkompression des Gases
ist nicht erforderlich.
Aus dem Synthesegas lassen sich praktisch alle wichtigen chemischen
Grundbausteine erzeugen. Synthesekraftstoffe lassen sich
beispielsweise durch das so genannte Fischer-Tropsch-Verfahren oder
durch den vom Forschungszentrum vorgesehenen Prozess über das
Zwischenprodukt Methanol erzeugen. Auf diese Weise können alle Arten
von Diesel- und Ottokraftstoffen hergestellt werden. Die entstehenden
Kraftstoffe sind reiner, umweltverträglicher und leistungsstärker als
erdölstämmige Kraftstoffe und lassen sich für verschiedene
Anforderungen der Automobil-Hersteller im Hinblick auf die strenger
werdenden Abgas-Normen maßschneidern.
Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der
Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem
Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte
Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24000
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen
in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und
Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.
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