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Bioliq und der Charme des Dezentralen

Bei Eckhard Dinjus im Institut für Technische Chemie des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) geben sich die Besucher ausdem In- und Ausland die Klinke in die Hand. Der 66-jährige Chemiker hat das bioliq-Verfahren entwickelt, das wegen seinesdezentral-zentralen Ansatzes das Zeug zum Exportschlager haben könnte und schon Jahre vor Inbetriebnahme der PilotlinieBegehrlichkeiten im Badischen ebenso wie im fernen China weckt.

Mit dem Karlsruher Verfahren lässt sich aus dem Reststoff Stroh in drei Schritten ein nachhaltiger Biotreibstoff der zweitenGeneration erzeugen. In einer Bioraffinerie könnten zusätzlich Chemikalien aus dem biomassebasierten Synthesegas hergestelltwerden. Noch ist das Zukunftsmusik, die umso lauter tönt, als der Biosprit der ersten Generation (Biodiesel und Bioethanol) mitden Vorwürfen fehlender Nachhaltigkeit kämpft und beständig Marktanteile verliert.

„Biomasse ist nur einmal da“

Der bioliq-Ansatz ist grundsätzlich nicht neu, wohl aber die Umsetzung. Biomasse als einziger erneuerbarer Kohlenstoffträger istzur Wärme- und Stromgewinnung zu schade. Vielmehr muss nach Dinjus’ Überzeugung Biomasse über energiereicheZwischenprodukte zu hochwertigen Energieträgern – sprich Designerkraftstoffen – und chemischen Grundstoffen wirtschaftlichverarbeitet werden. Zudem geht bioliq jeglicher Nutzungskonkurrenz aus dem Weg, indem es „So-da-Reststoffe“ aus der Land-und Forstwirtschaft, vorrangig Stroh und Holzreste, einsetzt. Für China, zitiert Dinjus den Wissenschaftsminister, wäre bioliq die „beste friedenserhaltende Maßnahme“. Denn dort werden Jahrfür Jahr rund 700 Millionen Tonnen Stroh (umgerechnet 120 Millionen Tonnen Krafstoff) auf dem Acker verbrannt und stellen einbeträchtliches Umweltproblem dar. Starkes Interesse am Karlsruher Verfahren gibt es auch in Südostasien, Südafrika undSüdamerika.

Bioliq ist ein dreistufiges Verfahren, das aus Schnellpyrolyse, Flugstromvergasung und Synthesekraftstofferzeugung besteht. DerCharme von bioliq liegt in seinem ersten Schritt begründet, der Schnellpyrolyse, die dezentral durchgeführt werden kann und daslogistische Problem der voluminösen, aber energiearmen Biomasse elegant löst. Damit lässt sich die Biomasse nicht nurenergetisch verdichten, sondern man erhält ein transportfähiges Zwischenprodukt. Diese dezentrale Lösung ergab sich schon ineinem frühen Stadium der Entwicklung, denn bei der Frage nach der großtechnischen Machbarkeit dürfen Transportkosten kaumins Gewicht fallen und da wären bei einer zentralen Lösung schnell 20 Millionen Tonnen Stroh angefallen.

Fast jede Biomasse lässt sich damit verflüssigen

Seiten-Adresse:

https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/bioliq-und-der-charme-des-dezentralen

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Es wird noch einige Jahre dauern, bis aus Stroh Biotreibstoffe der zweiten Generation großtechnisch hergestellt werden können. © KIT

Zusammen mit der Lurgi AG aus Frankfurt wurde inzwischen die vom Landwirtschaftsministerium geförderte Flash-Pyrolyse-Pilotanlage am Karlsruher Forschungszentrum aufgebaut, im Sommer 2007 in Betrieb genommen und seither optimiert. Sie istauf einen Biomasse-Durchsatz von 500 Kilogramm pro Stunde ausgelegt. Mit dieser Pyrolyse lässt sich fast jede Art von Biomasseverflüssigen, „fast alles, was es auf der Welt gibt“, haben Dinjus und Mitarbeiter im Labor bei einem Umsatz von 20 Kilogrammpro Stunde getestet: Bambus, Soja, Palmwedel, Baumwollreste.

Weitgehend unerforscht ist noch das Zwischenprodukt Pyrolyse-Öl. Aus diesem Gemisch ließen sich womöglich weitere Wertstoffegewinnen, die getrennt nutzbar wären. Denkbar wäre nach Dinjus’ Worten, das Öl für die Kraftstoffproduktion und Koksanderweitig zu nutzen. Hier sieht der bioliq-Erfinder noch ein „breites Feld der Entwicklung“.

Prof. Dr. Eckhard Dinjus hat im Labor nahezu jede Biomasse getestet auf ihre Tauglichkeit für die Schnellpyrolyse. © Pytlik

Die zerkleinerte Biomasse wird in einem Doppelschnecken-Reaktor mit heißem Sand (noch besser wären wegen des fehlendenAbriebs Stahlkügelchen) auf 500° C aufgeheizt. Unter Luftabschluss reagiert sie in Sekunden zu Gasen und Koks. Der größte Teildes Gases kondensiert nach seiner Abkühlung zu Flüssigkeiten, in die der gebildete Koks eingemischt wird. Damit steht einenergiereiches und technisch gut handhabbares Gemisch zur Verfügung, das auf Wasser, Schiene oder Straße gut transportierbarist und ohne großen Energieaufwand in die nächste Verfahrensstufe eingebracht werden kann.

Planspiele zur dezentralen Pyrolyse wurden schon durchgeführt. In Baden-Württemberg wären beispielsweise drei bis vierSchnellpyrolyse-Anlagen nötig. Interessiert an dieser Reststoff-Umwandlung sind zum Beipiel auch Winzergenossenschaften, dieihren Rebschnitt nicht im Weinberg lassen können. In einem 25 Kilometer großen Radius um Obrigheim, berichtet Dinjus, fielen200.000 bis 250.000 Tonnen Rebschnitt im Jahr an. 20 solcher dezentralen Anlagen wären nach Berechnungen von Dinjus nötig,um eine Kraftstoffproduktion im großtechnischen Maßstab zu ermöglichen.

Wichtig wäre es, die Zwischenzeit mit anderen Verwertungslösungen zu überbrücken; so ließe sich das Gemisch problemlos in

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Seit Sommer 2007 ist die Schnellpyrolyse-Pilotanlage in Karlsruhe in Betrieb und wird seither optimiert. © KIT

Zementfabriken oder Biomasseheizkraftwerken verfeuern. Die Flash-Pyrolyse schafft laut Dinjus keine Abfallstoffe, verfügt übereinen geschlossenen Wärmekreislauf und muss bei laufendem Prozess nur eine Temperaturdifferenz von 50 Grad überwinden.Viele Gespräche hat Dinjus auch mit der nahen Karlsruher Mineralölraffinerie geführt, um mögliche Synergieeffekte beim Einsatzdes Pyrolyseöls zu identifizieren.

2011 kommt der Flugstromvergaser

Dieses energiereiche Gemisch gelangt in einen großen Flugstromvergaser, der 2011 ebenfalls von der Firma Lurgi auf demGelände des Karlsruher Forschungszentrum errichtet werden soll. Der Vergaser basiert auf einer am DDR-Brennstoffinstitut fürqualitativ schlechte Braunkohle entwickelten Technik und löst das Ascheproblem durch einen Kühlschirm. Bei hohem Druck undhohen Temperaturen schmilzt die Asche, schlägt sich auf den Kühlschirm nieder, die heiße Schlacke läuft ab, während die kalteSchlacke auf dem Kühlschirm vor Korrosion schützt. Das heißt: alle Produkte aus der Pyrolyse bis auf die nicht kondensierbarenGase, die zum Aufheizen des Prozesses genutzt werden, können direkt im Vergaser verarbeitet werden.

Da eine herkömmliche Gasreinigung bei tiefen Temperaturen abläuft, wurde am KIT-Institut für thermische Abfallbehandlung einneues Verfahren zur Heißgasreinigung entwickelt. Damit befindet sich das Gas auf dem für die Synthese nötigen Druck- undTemperaturniveau.

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Was im energiereichen biogenen Slurry an weiterer Verwertung schlummert, müssen Forscher erst untersuchen. © Pytlik

Ursprünglich sollte die Gesamtsynthese extern von drei Industriepartnern umgesetzt werden, letztlich musste das KIT auch diesübernehmen und entschied sich für die sogenannte einstufige DME(Dimethylether)-Synthese (ohne Isolierung von Methanol) undgegen das bereits etablierte Fischer-Tropsch-Verfahren, für das es keine Fördergelder gegeben hätte. Die Synthese führt Dinjusjetzt mit einem mittelständischen Industrieunternehmen durch, das sich damit ein neues Geschäftsfeld aufzubauen erhofft.

Eigentlich sollte die gesamte Pilotlinie schon dieses Jahr stehen. Bis der Prozess aber raffineriefertig entwickelt ist, werden nachDinjus’ Worten noch zwei bis drei Jahre ins Land ziehen. Die Gründe, die Eckhard Dinjus für diese Verzögerung aufführt, lesen sichwie ein Lehrstück über energiepolitisches Zuständigkeitswirrwarr und risikoscheue Industrie.

2011 soll der Flugstromvergaser mit 5 Megawatt Leistung errichtet werden. Die Synthese großtechnisch umzusetzen hält derKarlsruher Wissenschaftler für gut machbar. Läuft die Pilotlinie vernünftig, lasse sich die bioliq-Technologie von Industriepartnernund anderen Interessenten „relativ schnell“ nutzen.

Auch die stoffliche Verwertung spielt eine Rolle

"Die Probleme bei der Entwicklung des bioliq-Verfahrens haben das Karlsruher Forschungszentrum nach langen Diskussionendazu bewogen, die gesamte Pilotlinie selbst zu bauen um zu zeigen, dass das Verfahren vom Rohstoff Biomasse bis zum Kraftstoffoder der Chemikalie funktioniert", erzählt Dinjus. Mengenmäßig überwiegt natürlich der Kraftstoff-Ansatz und damit dieenergetische Verwertungsschiene, was aber nicht heißt, dass bestimmte Chemikalienmengen nicht in kleineren Anlagenherstellbar wären. So trägt sich ein deutsches Chemieunternehmen mit dem Gedanken, die Pyrolyseprodukte im Auslandherzustellen und sie am Heimatstandort zu Chemieprodukten weiterzuverarbeiten.

Die verarbeitende Industrie, sagt Dinjus, hoffe mit dem bioliq-Verfahren ihr Reststoffproblem in den Griff zu bekommen. InMalaysia, berichtet der Forscher, würden riesige Biomassemengen auf Palmölplantagen auf eine Verwertung warten.Palmölblätter bleiben dort ohne jeden Nutzen bis zu zehn Jahre liegen, ähnlich verhält es sich mit leeren Palmölkapseln. "DerChemieriese Dow Chemical, nennt Dinjus ein anderes Beispiel, möchte in Peru, wo er die Biomasse aus einerSchnellumtriebsplantage energetisch nutzt, künftig mit der Flash-Pyrolyse umsetzen und in Deutschland weiterverarbeiten." Auch

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die Zuckerindustrie hat für den Reststoff Bagasse nach Dinjus’ Worten noch keine vernünftige Verwertung gefunden.

Auch am KIT selbst gibt es inzwischen ernsthafte Überlegungen, den sich abzeichnenden Forschungs- und Entwicklungsbedarf miteinem neuen Institut zu begleiten. Ursprünglich wollte Eckhard Dinjus schon den Ruhstand genießen, jetzt will er noch zwei Jahredranhängen, um die komplette Pilotanlage abzuschließen. 2015 soll das Verfahren bis zur Markteinführung weiterentwickelt sein,heißt es zumindest auf der Homepage des KIT.

Biotreibstoffe der dritten Generation?

Auch die biogene Rohstoffbasis ist wahrscheinlich einem Wandel unterworfen, wie eine aktuelle Meldung (K. Bullis, TechnologyReview: TR 10: Solar Fuel. Designing the perfect renewable fuel May/June 2010, https://www.biooekonomie-bw.dewww.technologyreview.com/energy/25077/) andeutet: Einem US-Unternehmen ist demnach ein fundamentaler Fortschrittin der Biotreibstoffproduktion gelungen: gentechnisch modifizierte photosynthetisch aktive Mikroorganismen wandeln inPhotobioreaktoren Kohlendioxid in Ethanol oder Diesel um, ohne frisches Wasser und herkömmliches Biomasse-Substrat zubenötigen. Die Ausbeute sei hundertfach größer als die herkömmliche Fermentation von Mais und zehnfach höher als die vonbiogenen Reststoffen.

Literatur/Quellen:

International Energy Agency (ed.): Sustainable Production ofSECOND -Generation Biofuels. Potential and perspectives in major economiesand developing countries, Paris 2010.

A. Wille: Biokraftstoffe – eine langfristige Energiequelle, in: Chemie Ingenieur Technik 2007, 79, N0. 5., S. 613-616

S. Fürnsinn/H. Hofbauer: Snythetische Kraftstoffe aus Biomasse: Technik, Entwicklungen, Perspektiven, in: Chemie IngenieurTechnik, 2007, 79, Nr. 5, S. 579-590

H. Schöne/M. Rüsch gen. Klaas: Biogene Kraftstoffe – Potentiale und Grenzen, in: Chemie Ingenieur Technik, 2009, 81, Nor. 7, S.901-908.

Fachbeitrag

03.05.2010wpBioRegionUlm© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH

Der Fachbeitrag ist Teil folgender Dossiers

Bioraffinerie: Die Idee nähert sich der Umsetzung

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