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Pilotanlage soll Bioabfälle in Rohstoffe für Benzin und Diesel verwandeln
Bioabfälle wie Gärreste oder andere biogene Reststoffe lassen sich thermisch in Biokohle, Bioöl und Synthesegas zerlegen. In Tallinn testet ein deutsch-estnisches Team nun eine modulare Pilotanlage, die mehrere bislang getrennte Verfahrensschritte koppelt. Der Prototyp hat Technologiereifegrad 6 erreicht, seine technische und wirtschaftliche Tragfähigkeit wird jedoch erst im laufenden Validierungsprogramm untersucht.
Stuttgart (Deutschland). Biogene Reststoffe sind als Rohstoff interessant, weil ihre Nutzung nicht zwangsläufig mit Nahrungsmitteln konkurriert. Die technische Herausforderung liegt weniger darin, Biomasse überhaupt zu zerlegen, sondern verschiedene Verfahrensschritte so zu koppeln, dass sie mit wechselnden Einsatzstoffen kontinuierlich und wirtschaftlich arbeiten.
New Standard Oil, das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) und das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) haben dafür die Validierung des ersten UNIFORMER-Prototyps auf Technologiereifegrad 6 (TRL 6) begonnen. Das System wird derzeit in Tallinn erprobt. Das IGB steuert Verfahren mit überhitztem Wasserdampf bei, UMSICHT das Thermo-Catalytic Reforming (TCR) und weitere thermochemische Prozesse, während New Standard Oil die Systemintegration entwickelt.
Beim TCR wird Restbiomasse zunächst unter Sauerstoffabschluss bei weniger als 500 Grad Celsius in einem kontinuierlichen Reaktor pyrolysiert. In einem nachgeschalteten Reformer werden Kohle und Dämpfe bei bis zu 700 Grad Celsius weiter umgesetzt. Es entstehen Synthesegas, Biokohle und ein Bio-Rohöl, das sich anschließend chemisch weiterverarbeiten lässt.
Die thermochemische Grundlage dieses Verfahrens ist wissenschaftlich untersucht. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) um Dr. Roberto Conti haben TCR bereits an mehreren Reststoffen im Labormaßstab getestet. Dabei entstanden Bioöl und Synthesegas, aus einem der Bioöle ließ sich durch Destillation eine benzinähnliche Leichtfraktion gewinnen. Eine weitere Studie zeigte zudem, dass sich TCR-Bioöl aus Gärresten durch Hydrierung stark von Sauerstoff und Wasser befreien und damit für die weitere Kraftstoffaufbereitung verbessern lässt.
Der neue Prototyp soll nun vor allem zeigen, ob sich solche thermochemischen Schritte als zusammenhängender und an unterschiedliche Ausgangsstoffe anpassbarer Prozess betreiben lassen. Die Projektpartner prüfen damit eine Systemarchitektur, nicht nur die Funktion eines einzelnen TCR-Reaktors.
„Bei erfolgreicher Validierung kann unsere Plattform dazu beitragen, Millionen Tonnen bislang ungenutzter Bioabfälle in ganz Europa in wertvolle erneuerbare Produkte umzuwandeln. Schon heute können wir untersuchen, wie thermische Umwandlungstechnologien mit unterschiedlichen Atmosphären- und Temperaturbedingungen zu einem einzigen kontinuierlichen Prozess kombiniert werden können. Unser Ziel ist es, eine flexible Plattform zu demonstrieren, die an unterschiedliche Biomasserohstoffe und zukünftige industrielle Anwendungen angepasst werden kann“, erklärt Tommy Biene von New Standard Oil.
Vor der eigentlichen thermochemischen Umwandlung kann überhitzter Wasserdampf die Reststoffe trocknen und mild thermisch vorbehandeln. Das IGB nutzt dafür eine sauerstoffarme Heißdampfatmosphäre, in der Wasser aus dem Material entfernt und der Dampf im Kreislauf geführt werden kann. Für das Projekt ist dieser Schritt wichtig, weil sehr unterschiedliche biogene Reststoffe möglichst gleichmäßig für die nachfolgende Pyrolyse vorbereitet werden sollen.
„Die Trocknung und Torrefizierung mit überhitztem Wasserdampf bieten eine effiziente Möglichkeit, biogene Reststoffe wie Heu oder Gärreste für die weitere thermochemische Verarbeitung vorzubereiten. Die Homogenisierung des Materials und eine gezielte milde thermische Vorbehandlung schaffen die Voraussetzungen für eine stabile und effiziente Pyrolyse oder ein Thermo-Catalytic Reforming (TCR). I