Lurgi - Pilotanlage für Synthesekraftstoffe

Das Forschungszentrum Karlsruhe und Lurgi nutzen neue Wege, um aus Biomasse synthetische Kraftstoffe zu erzeugen: Aus Stroh und anderen land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen produzieren sie über das mehrstufige Bioliq-Verfahren vollsynthetischen Diesel- oder Ottokraftstoff mit einer besseren Qualität als andere Biokraftstoffe und selbst Mineralölprodukte. Am 20. Juni 2007 wurde die Anlage für den ersten Prozessschritt feierlich eingeweiht. Gleichzeitig unterschrieben das Forschungszentrum Karlsruhe und Lurgi einen Vertrag zum Bau der zweiten Anlagenstufe.

Biomasse ist die einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle und bietet somit die einzige Möglichkeit, chemische Grundstoffe und hochwertige synthetische Kraftstoffe aus einem regenerativen Rohstoff herzustellen.Synthesekraftstoffe, sog. BtL-Kraftstoffe (Biomass to Liquids) verringern die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen, reduzieren gesundheits- und klimaschädliche Verbrennungsrückstände und haben keine Auswirkungen auf den CO2-Gehalt der Atmosphäre. Das zweistufige im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelte Bioliq-Konzept profitiert vom verteilten Aufkommen der Biomasse mit ihrem meist niedrigen Energieinhalt und ermöglicht so eine großtechnische, wirtschaftliche Erzeugung von Kraftstoffen.

Mit Förderung durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR, Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz) und in Zusammenarbeit mit Lurgi wurde auf dem Gelände des Forschungszentrums Karlsruhe Ende 2005 mit dem Bau einer Pilotanlage für den Gesamtprozess begonnen.Jetzt schlossen die Arbeiter den Bau der Anlage für den ersten, dezentralen Prozessschritt ab. Bei diesem wird die Biomasse durch eine sog. Schnellpyrolyse in ein transportfähiges flüssiges Zwischenprodukt hoher Energiedichte (Bioliqsyncrude) umgewandelt und kann so wirtschaftlich über größere Strecken zu Großanlagen für die Synthesegas- und Kraftstofferzeugung transportiert werden. Dr. Ludolf Plass, Bereichsleiter Technologievertrieb bei Lurgi: „Dieses dezentrale Konzept ermöglicht es, die Umwandlung der Biomasse in ein biologisches Rohöl innerhalb landwirtschaftlicher Strukturen vorzunehmen und damit diesen entscheidenden Schritt der Wertschöpfungskette dort zu belassen“. In der nächsten Zeit erweitern die Arbeiter die Pilotanlage um die Verfahrensschritte der Synthesegaserzeugung, Gasreinigung und Kraftstoffsynthese bis hin zur Zapfsäule.

Bei der Einweihung kamen Gäste aus der Politik, Landwirtschaft sowie Gesellschaft und aus verschiedenen Industriebranchen. Neben Vertretern der Automobilindustrie und der Mineralölwirtschaft kündigten sich auch mögliche Investoren aus dem In- und Ausland an, nachdem das Bioliq-Konzept 2006 mit der Verleihung des „Bluesky Award“ der UN-Organisation UNIDO international ausgezeichnet wurde.

Das Ziel des Projektes ist, den Gesamtprozess technologisch zu demonstrieren und weiter zu verbessern. „Die Technologie zur Synthesegas- und Kraftstofferzeugung ist prinzipiell aus der Kohleverarbeitung bekannt, muss aber noch auf die spezifischen Besonderheiten von Biomasse als Einsatzstoff abgewandelt werden. Insofern kommt der Schnellpyrolyse eine Schlüsselrolle bei der Umwandlung verschiedenster Biomassen für unseren Gesamtprozess zu, die wir in der jetzt vorhandenen Anlage demonstrieren und verbessern können“, berichtet Prof. Dr. Eckhard Dinjus, Direktor des Instituts für Technische Chemie, Bereich Chemisch- Physikalische Verfahren im Forschungszentrum Karlsruhe. „Mit Lurgi haben wir einen Partner gefunden, der in dieser Technologie und auch bei den Folgeschritten langjährige Erfahrung aufweist und damit eine erfolgreiche weitere Entwicklung und technische Umsetzung sichert“.

Lurgi entwickelte die jetzt auf Biomasse angewendete Schnellpyrolyse in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts für den Einsatz von Kohle und später von petrochemischen Produkten. Heute zählt auch der Anlagenbau für die Biokraftstoffproduktion zu dem technischen Portfolio des Unternehmens. So baute Lurgi in den letzten Jahren zahlreiche Anlagen zur Biodieselund Bioethanolherstellung. Durch die Unterstützung des Karlsruher Verfahrens sichert sich das Untenehmen nun den Einstieg in die Synthesekraftstoffe aus Biomasse.

„Ohne die Förderung durch die FNR in diesem vorkommerziellen Stadium der Entwicklung hätten wir keine Chance gehabt, unser Verfahrenskonzept mit einer Pilotanlage so nah an eine technische Umsetzung zu bringen“, berichtet das Vorstandsmitglied des Forschungszentrums Karlsruhe Dr. Peter Fritz. Die Pilotanlage zur Schnellpyrolyse verarbeitet 500 kg Biomasse pro Stunde. Von dort braucht es nur einen Vergrößerungsschritt bis zum kommerziellen Maßstab, bei dem stündlich bis zu 50 t Biomasse umgewandelt werden. Die Pilotanlage besitzt die dafür notwendigen Grundlagen in Form von Auslegungsdaten und technisch belastbaren Aussagen zur Ausführung kommerziell betreibbarer größerer Anlagen.

Technischer Hintergrund

Die Haupteinsatzstoffe für das Verfahren sind trockene Biomasse wie Getreidestroh, Heu, Restholz, Baumschnitt, Rinde oder auch Papier und Pappe. Durch diese breite Palette von land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen sowie die Möglichkeit der Ganzpflanzennutzung, kann ein Mengenpotential erreicht werden, das weit über dem der Biokraftstoffe der ersten Generation, Biodiesel und Bioethanol, liegt. Nach Angaben der FNR könnte bis 2015 bereits 15 % des Kraftstoffbedarfs für den Verkehr in Deutschland gedeckt werden. Dabei besteht keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion.

Durch eine entsprechende Synthese lassen sich BtL-Kraftstoffe leicht an Emissionsstandards und Motorentechniken anpassen. Allerdings haben die organischen Einsatzstoffe sehr geringe Energiedichten und können deshalb wirtschaftlich nur über kurze Distanzen transportiert werden. In einem dezentralen Verfahrensschritt, der Schnellpyrolyse entsteht deshalb zunächst ein Zwischenprodukt höherer Energiedichte: Ein Doppelschnecken- Mischreaktor verarbeitet die Biomasse bei 500 °C zu Pyrolyseöl und Pyrolysekoks. Gemischt entsteht aus ihnen die flüssige Suspension Bioliqsyncrude, deren Energiedichte um den Faktor 13 bis 15 über der von Stroh liegt und damit mit Rohöl vergleichbar ist. Das Produkt kann anschließend über größere Strecken transportiert werden.

Nach dem Transport zu einer zentralen Anlage für die Synthesegas- und Kraftstofferzeugung wird das Bioliqsyncrude in einem speziellen Flugstromvergaser bei Temperaturen über 1.200 °C und Drücken bis 80 bar zu einem teerfreien Synthesegas, einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, umgesetzt. Dieser Verfahrensschritt wurde an einem fünf Megawatt-Flugstromvergaser der Firma Future Energy in Freiberg inzwischen mehrfach erfolgreich getestet und verbessert. 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. So entstehen z. B. Synthesekraftstoffe durch das sog. Fischer-Tropsch-Verfahren oder durch den vom Forschungszentrum vorgesehenen Prozess über das Zwischenprodukt Methanol. Auf diese Weise ist es möglich, alle Arten von Diesel- und Ottokraftstoffen herzustellen. 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 abstimmen.

Die Verarbeitungskosten der Biomasse für den High- Tech-Kraftstoff werden unter 0,50€ pro Liter liegen, dazu kommen ähnliche Kosten für die Biomasse. Damit bliebe der Preis für einen Liter High- Tech-Kraftstoff unter 1 €.