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03.05.2010

Bioliq und der Charme des Dezentralen

Bei Eckhard Dinjus im Institut für Technische Chemie des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) geben sich die Besucher aus dem In- und Ausland die Klinke in die Hand. Der 66-jährige Chemiker hat das bioliq-Verfahren entwickelt, das wegen seines dezentral-zentralen Ansatzes das Zeug zum Exportschlager haben könnte und schon Jahre vor Inbetriebnahme der Pilotlinie Begehrlichkeiten 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 zweiten Generation erzeugen. In einer Bioraffinerie könnten zusätzlich Chemikalien aus dem biomassebasierten Synthesegas hergestellt werden. Noch ist das Zukunftsmusik, die umso lauter tönt, als der Biosprit der ersten Generation (Biodiesel und Bioethanol) mit den Vorwürfen fehlender Nachhaltigkeit kämpft und beständig Marktanteile verliert.

„Biomasse ist nur einmal da“

Fast jede Biomasse lässt sich damit verflüssigen

Prof. Dinjus mit Slurry-Proben.
Prof. Dr. Eckhard Dinjus hat im Labor nahezu jede Biomasse getestet auf ihre Tauglichkeit für die Schnellpyrolyse. (© Pytlik)

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 ist auf einen Biomasse-Durchsatz von 500 Kilogramm pro Stunde ausgelegt. Mit dieser Pyrolyse lässt sich fast jede Art von Biomasse verflüssigen, „fast alles, was es auf der Welt gibt“, haben Dinjus und Mitarbeiter im Labor bei einem Umsatz von 20 Kilogramm pro Stunde getestet: Bambus, Soja, Palmwedel, Baumwollreste. 

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

Wichtig wäre es, die Zwischenzeit mit anderen Verwertungslösungen zu überbrücken; so ließe sich das Gemisch problemlos in Zementfabriken oder Biomasseheizkraftwerken verfeuern. Die Flash-Pyrolyse schafft laut Dinjus keine Abfallstoffe, verfügt über einen 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 Einsatz des Pyrolyseöls zu identifizieren.

2011 kommt der Flugstromvergaser

Testbehälter, Glas, mit Bioslurry
Was im energiereichen biogenen Slurry an weiterer Verwertung schlummert, müssen Forscher erst untersuchen.  (© Pytlik)

Dieses energiereiche Gemisch gelangt in einen großen Flugstromvergaser, der 2011 ebenfalls von der Firma Lurgi auf dem Gelände des Karlsruher Forschungszentrum errichtet werden soll. Der Vergaser basiert auf einer am DDR-Brennstoffinstitut für qualitativ schlechte Braunkohle entwickelten Technik und löst das Ascheproblem durch einen Kühlschirm. Bei hohem Druck und hohen Temperaturen schmilzt die Asche, schlägt sich auf den Kühlschirm nieder, die heiße Schlacke läuft ab, während die kalte Schlacke auf dem Kühlschirm vor Korrosion schützt. Das heißt: alle Produkte aus der Pyrolyse bis auf die nicht kondensierbaren Gase, 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 ein neues Verfahren zur Heißgasreinigung entwickelt. Damit befindet sich das Gas auf dem für die Synthese nötigen Druck- und Temperaturniveau.

Ursprünglich sollte die Gesamtsynthese extern von drei Industriepartnern umgesetzt werden, letztlich musste das KIT auch dies übernehmen und entschied sich für die sogenannte einstufige DME(Dimethylether)-Synthese (ohne Isolierung von Methanol) und gegen das bereits etablierte Fischer-Tropsch-Verfahren, für das es keine Fördergelder gegeben hätte. Die Synthese führt Dinjus jetzt 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 nach Dinjus’ Worten noch zwei bis drei Jahre ins Land ziehen. Die Gründe, die Eckhard Dinjus für diese Verzögerung aufführt, lesen sich wie ein Lehrstück über energiepolitisches Zuständigkeitswirrwarr und risikoscheue Industrie.

2011 soll der Flugstromvergaser mit 5 Megawatt Leistung errichtet werden. Die Synthese großtechnisch umzusetzen hält der Karlsruher Wissenschaftler für gut machbar. Läuft die Pilotlinie vernünftig, lasse sich die bioliq-Technologie von Industriepartnern und 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 Diskussionen dazu bewogen, die gesamte Pilotlinie selbst zu bauen um zu zeigen, dass das Verfahren vom Rohstoff Biomasse bis zum Kraftstoff oder der Chemikalie funktioniert", erzählt Dinjus. Mengenmäßig überwiegt natürlich der Kraftstoff-Ansatz und damit die energetische Verwertungsschiene, was aber nicht heißt, dass bestimmte Chemikalienmengen nicht in kleineren Anlagen herstellbar wären. So trägt sich ein deutsches Chemieunternehmen mit dem Gedanken, die Pyrolyseprodukte im Ausland herzustellen und sie am Heimatstandort zu Chemieprodukten weiterzuverarbeiten.

Die verarbeitende Industrie, sagt Dinjus, hoffe mit dem bioliq-Verfahren ihr Reststoffproblem in den Griff zu bekommen. In Malaysia, 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. "Der Chemieriese Dow Chemical, nennt Dinjus ein anderes Beispiel, möchte in Peru, wo er die Biomasse aus einer Schnellumtriebsplantage energetisch nutzt, künftig mit der Flash-Pyrolyse umsetzen und in Deutschland weiterverarbeiten." Auch 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 mit einem neuen Institut zu begleiten. Ursprünglich wollte Eckhard Dinjus schon den Ruhstand genießen, jetzt will er noch zwei Jahre dranhängen, 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, Technology Review: TR 10: Solar Fuel. Designing the perfect renewable fuel May/June 2010, http://www.technologyreview.com/energy/25077/) andeutet: Einem US-Unternehmen ist demnach ein fundamentaler Fortschritt in der Biotreibstoffproduktion gelungen: gentechnisch modifizierte photosynthetisch aktive Mikroorganismen wandeln in Photobioreaktoren Kohlendioxid in Ethanol oder Diesel um, ohne frisches Wasser und herkömmliches Biomasse-Substrat zu benötigen. Die Ausbeute sei hundertfach größer als die herkömmliche Fermentation von Mais und zehnfach höher als die von biogenen Reststoffen.
Ein Beitrag von:
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wp - 03.05.2010
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH

Literatur/Quellen:

International Energy Agency (ed.): Sustainable Production of
SECOND -Generation Biofuels. Potential and perspectives in major economies
and 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 Ingenieur Technik, 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.

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