Kraftstoff aus Biomasse
Verfahren des Forschungszentrums Karlsruhe zur Verwertung
organischer Reststoffe mit FUTURE ENERGY GmbH in Freiberg weiterentwickelt
Die Nutzung von Biomasse als einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle zur Herstellung
organischer Chemikalien und hochreiner Kraftstoffe ist eine der wesentlichen globalen
technischen Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte. Sie scheitert bisher daran, dass
Biomasse auf großen Flächen verteilt anfällt und wegen der langen Transportwege
wirtschaftlich nicht zu verwerten ist. Ein im Forschungszentrum Karlsruhe entwickeltes
zweistufiges Verfahrenskonzept löst dieses Problem. Nachdem letztes Jahr das Konzept
erfolgreich verifiziert wurde, konnte das Verfahren nun apparativ weiterentwickelt werden.
Schon vor der allmählichen Erschöpfung der billigen fossilen Brennstoffe im Laufe
dieses Jahrhunderts stellt die Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe als Ersatz eine
technische Herausforderung dar. Um diese Aufgabe rechtzeitig zu lösen, betreibt das
Forschungszentrum Karlsruhe Vorsorgeforschung zur Prüfung industrieller
Anwendungsmöglichkeiten. Von einer international besetzten Kommission, die die
Forschungsarbeiten der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsbereich Umwelt evaluierte,
wurde den Arbeiten eine weltweite Spitzenstellung bescheinigt.
Bei dem im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelten zweistufigen Verfahren konzentriert
man sich auf den häufigsten Biomassetyp, die Lignocellulose wie Holz oder Stroh. Aus
diesen Bioreststoffen können bis zu 10 % des Primärenergiebedarfs in Deutschland gedeckt
werden. In dezentralen Anlagen wird zuerst die trockene und zerkleinerte Lignocellulose
durch Schnellpyrolyse (Zersetzung beim schnellen Erhitzen unter Luftausschluss)
verflüssigt. Entwicklungsarbeiten dazu laufen im Forschungszentrum Karlsruhe. Dabei
entsteht ein pumpfähiger Rohteer-Koks-Slurry, ein Gemisch aus Pyrolyseöl und -koks, mit
einer zehnmal höheren Energiedichte als die ursprüngliche Biomasse, der in
Bahnkesselwagen zu einer zentralen Großanlage transportiert werden kann.
In dieser Großanlage wird dann in einem speziellen Flugstrom-Druckvergaser aus dem
Slurry ein Synthesegas erzeugt, das nach einer Aufbereitung mit industriellen Verfahren in
hochwertige Kraftstoffe und Chemikalien umgewandelt werden kann. Nach der erfolgreichen
Verifizierung des Verfahrenskonzeptes rücken Aspekte wie technische Vereinfachung,
Zuverlässigkeit und vor allem Wirtschaftlichkeit in den Vordergrund der Entwicklung. Mit
zentralen Großanlagen lassen sich Kraftstoffe wirtschaftlicher herstellen als in vielen
Kleinanlagen und nur auf diesem Weg kann die Herstellung von Synthesekraftstoff aus
Biomasse gegenüber versteuerten Kraftstoffen aus Erdöl konkurrenzfähig sein.
"Die grundlegende technologische Machbarkeit dieses zweistufigen Verfahrens haben
wir letztes Jahr demonstriert", erklärt Dr. Edmund Henrich, der dieses Projekt im
Institut für Technische Chemie, Bereich Chemisch-Physikalische Verfahren, des
Forschungszentrums Karlsruhe leitet. "Aufgrund weiterer Untersuchungen und Analysen
zeigt sich, dass das Verfahren deutliche Vorteile gegenüber vergleichbaren Entwicklungen
aufweist und sich eine Weiterentwicklung bis in den technischen Maßstab in Richtung
Marktreife lohnt." Zur Ausarbeitung einer zuverlässigen und wirtschaftlichen Technik
wird die Zusammenarbeit zwischen der Firma FUTURE ENERGY GmbH, Freiberg, und dem
Forschungszentrum Karlsruhe vertieft.
Das größte verfahrenstechnische Problem war die Verarbeitung des Slurries zu einem
teerfreien Synthesegas. In Europa gibt es nur eine Pilotanlage bei FUTURE ENERGY GmbH in
Freiberg, die den hochkonzentrierten und stark aschehaltigen Slurry in einem
Flugstrom-Druckvergaser bei hohem Druck in Synthesegas umwandelt. Dieser Vergaser ist mit
einem speziellen Kühlschirm ausgerüstet und kann auch Brennstoffe mit hohen
Aschegehalten und wechselnden Ascheschmelzpunkten verarbeiten. Dies trifft besonders auf
schnellwachsende landwirtschaftliche Restbiomasse wie Stroh zu. Mit einem bei FUTURE
ENERGY GmbH entwickelten Brenner ist es möglich, den feststoffhaltigen Slurry direkt mit
Sauerstoff zu zerstäuben und umzusetzen.
In weiteren Messkampagnen wird der Einfluss wichtiger Prozessparameter wie Temperatur,
Durchsatz und Synthesegaszusammensetzung untersucht, um Fragen zur technologischen
Umsetzung und Wirtschaftlichkeit im Detail zu beantworten. Das Verfahren soll so einfach,
flexibel, effizient und kostengünstig wie möglich gemacht werden. Über die Ermittlung
optimaler Betriebsbedingungen im Vergaser hinaus wird unter anderem das Schlackenverhalten
und die Schlackenverwertung als Düngemittel untersucht. Die Wärmerückgewinnung und die
Erhöhung des Vergaserdrucks sind weitere Schwerpunkte der künftigen Forschung und
Entwicklung. Der FUTURE ENERGY-Vergaser ist für ein möglichst breites Spektrum von
Slurry-Typen geeignet. Damit kann die Auslastung von großen Anlagen gewährleistet
werden.
Quelle: Future Energy GmbH, Freiberg, 03.09.2003
