10 November 2004

Katalytisches Kracken: Holz, Stroh oder Klärschlamm wird zu Öl!

Forscher entwickeln "Direktverflüssigungsverfahren" zur optimierten Bio-Kraftstofferzeugung

Neue technische Verfahren, mittels derer aus Stroh, Altkunststoffen oder getrocknetem Klärschlamm Öl wird: Das Forscherteam um den Verfahrenstechniker Professor Thomas Willner treibt an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) im Campus Bergedorf solche Zukunftstechniken voran. Sie verflüssigen Biomasse wie Holz und Stroh und erzeugen daraus Diesel, Benzin oder Gas.

“Nach einer Shell-Prognose müssen Sonne, Wind und Biomasse schon in 30, 40 Jahren jeweils so viel Nutzenergie liefern wie heute das Erdöl. Nur so wird es möglich sein, den wachsenden Energiehunger bei dann abnehmender Ölförderung stillen zu können”, ist Willner überzeugt.

Mineralölkonzerne und Autohersteller sehen bereits lukrative Perspektiven in verflüssigter Biomasse, so genannten BtL (Biomass-to-Liquid)-Kraftstoffen. Kurt Döhmel, Chef der Deutschen Shell, prognostiziert den BtL-Produkten in den nächsten Jahrzehnten eine bedeutendere Rolle als Wasserstoff. Nach EU-Richtlinie könnten schon im Jahr 2010 rund 5,75 Prozent des Kraftstoffbedarfs aus Biomasse-Produkten gedeckt werden.

Unter dem Eindruck der Ölkrise Ende der 70er/Anfang der 80er Jahre gab es bereits erste Ansätze, Treibstoff aus Biomasse herzustellen, doch wurde die Entwicklungsarbeit weit gehend eingestellt, als in den 90er Jahren der Ölpreis wieder drastisch fiel.

Thomas Willner, der 1983 seine Doktorarbeit über Holzverflüssigung an der TU Hamburg-Harburg schrieb, setzte allerdings seine Forschungen fort: “Heute sind wir, zusammen mit Kollegen von der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft BFH, hier in Bergedorf ein kleines Kompetenzzentrum”, erklärt der Wissenschaftler nicht ganz ohne einen gewissen Stolz.

Drei Verfahren werden von den HAW-Forschern intensiv bearbeitet: das so genannte “katalytische Kracken” bei 350 bis 400 Grad Celsius, die Hydrierung unter Druck und mit Zugabe von selbst erzeugtem Wasserstoff und, in Kooperation mit der BFH, die Flash-Pyrolyse von Holz. Diese “Direktverflüssigungsverfahren” haben eine signifikant höhere Effizienz im Vergleich zur (z.B.) Vergasung oder Vergärung von Biomasse sowie vor allem der Gewinnung von Biodiesel (RME) aus Rapsöl, ist Willner überzeugt. (Vgl. Meldung vom 2003-09-16.)

Bei den HAW-Verfahren wird für die Ölerzeugung eine Energiemenge eingesetzt, die nur 30 Prozent des Heizwertes vom Endprodukt erfordert. Bei der RME-Herstellung sind es dagegen rund 50 Prozent. Bei der Vergasung gilt der Energieeinsatz als eher noch höher. Die HAW-Technologien generieren somit pro Hektar Anbaufläche besonders hohe Erträge bei vergleichbarem Energiewert der Produkte mit RME. Hieraus ergibt sich, umgerechnet auf einen Liter herkömmlichen Dieselkraftstoff, ein theoretischer Herstellungspreis von 40 Cent pro Liter; der RME-Biodiesel liegt bei 60 Cents, alle anderen Verfahren bei 70 Cents und mehr.

Derzeit steht im Labor das katalytische Kracken im Vordergrund. Hier wird ein mit Aluminium verkleideter Reaktor in Größe etwa eines Ölfasses testweise mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen befüllt. In einzelnen Versuchsreihen wurden Holz, Stroh, getrockneter Klärschlamm, Futterrüben, Zucker oder Altkunststoffe zermahlen und in den auf rund 370 Grad hochgeheizten Reaktor gegeben. Ein mineralischer Katalysator, beschleunigt dort die chemische Zerlegung (Kracken) der Verbindungen.

Aus dem Reaktor herausgeleitet bzw. kondensiert, sammelt sich tröpfchenweise ein braunes, klares Öl im Reagenzglas – ein Gemisch aus Benzin, Diesel und Schweröl, dessen Zusammensetzung je nach Ausgangsstoff variiert. Bei diesem Vorgang entsteht etwa zu zwei Drittel Diesel, der Benzinanteil liegt zwischen 11 und 35 Prozent. Schwerölanteile betragen beim Holz gut neun Prozent, wohingegen sie bei Stroh überhaupt nicht anfallen. Diese werden dann isoliert, wieder in den Prozess eingespeist und erneut gekrackt.

Beim Hydrieren (DoS-Verfahren) reagiert die Biomasse bei einem Druck von bis zu 80 bar mit Wasserstoff. Es entsteht Öl, Wasser, Gas und Kohle, wobei das Gas zur direkten Energieversorgung genutzt werden kann. Wasser und Kohle werden in zwei weiteren Verfahrensschritten zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Mit dem selbst erzeugten Wasserstoff wird gleich wieder der Reaktor gefüttert.

Bisher existieren die Verfahren nur im Labormaßstab. “Wir müssen jetzt nachweisen, dass die Kraftstoffqualität stimmt und dass die Verfahren auch im Großmaßstab funktionieren”, sagt Willner. “Die Produktqualität prüft für uns das Forschungslabor von VW, auch die BFH unterstützt uns bei der Analytik. Dabei hat sich gezeigt, daß unser Benzin und der Diesel den jeweiligen Mineralölprodukten weitgehend gleichen.”

Eine größere Krack-Anlage für den kontinuierlichen Betrieb soll innerhalb der nächsten Monate in Bergedorf eingeweiht werden – eine Voraussetzung für eine künftige industrielle Umsetzung des Modells. Dann könnte man in naher Zukunft aus Stroh buchstäblich (schwarzes) “Gold” machen und die Landwirte werden tatsächlich die “Ölscheiche” des 21. Jahrhunderts.

Source: Hamburger Abendblatt vom 2004-11-09.

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