Von Rückständen und Abfällen aus Biomasse zu gebrauchsfertigen Kraftstoffen für die Luftfahrt
Der Verkehrssektor ist einer der größten Verursacher von Treibhausgasen. Er ist für etwa ein Viertel der weltweiten direkten CO2-Emissionen aus der Kraftstoffverbrennung verantwortlich. Moderne flüssige Biokraftstoffe könnten eine wichtige Rolle bei der Umsetzung der Ziele des europäischen Green Deal spielen, insbesondere 90 % weniger Emissionen im Verkehr und Klimaneutralität bis 2050. Das EU-finanzierte Projekt HyFlexFuel brachte 11 europäische Partner mit Fachwissen über die gesamte Produktionskette von Biokraftstoffen zusammen. Das Team verwandelte erfolgreich eine Vielzahl kostengünstiger, reichlich vorhandener und nachhaltiger Ausgangsstoffe in moderne Biokraftstoffe. Darüber hinaus werteten sie organische und anorganische Komponenten in den verbleibenden Prozessabläufen auf und legten damit den Grundstein für eine kreislauforientierte und nachhaltige Wirtschaft im Verkehrssektor.
Hydrothermale Verflüssigung von Biomasse und Abfällen zu Biokraftstoffen, flexibel und nachhaltig
Konventionelle Biokraftstoffe (der ersten Generation) werden aus Nahrungsmittelpflanzen hergestellt. Fortgeschrittene Biokraftstoffe (der zweiten und dritten Generation), wie von der Europäischen Kommission definiert, werden aus Rohstoffen hergestellt, die nicht mit Nahrungs- und Futtermittelpflanzen in Wettbewerb stehen; derzeit ist der Beitrag der fortgeschrittenen Biokraftstoffe nahezu vernachlässigbar. Es werden Umwandlungsansätze benötigt, die sich flexible Rohstoffe zunutze machen können, und HyFlexFuel hat sie geliefert. Hydrothermale Verflüssigung ist eine aufstrebende Biokraftstofftechnologie, die erneuerbare Kraftstoffe für den Verkehr erzeugen kann, indem sie eine Vielzahl von Biomassearten unter moderater Temperatur und hohem Druck in rohstoffähnliches Bio-Öl umwandelt. Durch eine umfassende experimentelle und theoretische Kampagne bis hin zu Pilotanlagen im industriellen Maßstab hat das HyFlexFuel-Team erfolgreich die gesamte Produktionskette für Kraftstoffe demonstriert. Laut Valentin Batteiger „produzierte HyFlexFuel Verkehrskraftstoffe wie Benzin, Düsentreibstoff und Diesel durch hydrothermale Verflüssigung verschiedener Ausgangsstoffe (Klärschlamm, Algen und Weizenstroh) und Veredelung zu Drop-in-Kraftstoffen in einer industriellen Umgebung.“ Die Demonstrationen im Rahmen des HyFlexFuel-Projekts umfassten 48 Stunden kontinuierlicher Biokraftstoffproduktion durch hydrothermale Verflüssigung und mehr als 300 Stunden kontinuierlicher Veredelung durch die geeignete Wahl der Prozessgestaltung und der Katalysatoren. Ein Gemisch aus Kerosin aus hydrothermaler Verflüssigung und herkömmlichem Düsentreibstoff wurde unter Laborbedingungen erfolgreich in einem Gasturbinentriebwerk validiert.
Mehr als Biorohöl: Biogas und Düngemittelprodukte
Biorohöl sind nicht das einzige Produkt aus hydrothermaler Verflüssigung. In der Regel handelt es sich bei 90 % des Durchsatzes einer Anlage für hydrothermale Verflüssigung um Prozesswasser, das eine erhebliche Menge an Mineralien und organischen Stoffen enthält. HyFlexFuel untersuchte die Methanproduktion aus dem organischen Anteil und erzeugte Biogas aus dem Prozesswasser. Diese Gase könnten beispielsweise für die Strom- und Wärmeerzeugung vor Ort genutzt werden. Im Rahmen des Projekts wurden auch Stickstoff und Phosphor aus dem Prozesswasser sowie Feststoffe und Phosphor aus der hydrothermalen Verflüssigung von Klärschlamm zurückgewonnen. „Die Integration der HyFlexFuel-Technologie in die Abwasseraufbereitung ist besonders interessant, da sie zur Zerstörung von Mikroverunreinigungen, zur Rückgewinnung von Phosphor und zur Herstellung von Brennstoffen eingesetzt werden kann und damit zu einer Kreislaufwirtschaft beiträgt“, so Batteiger. Anhand von Prozessmodellen wurde die wirtschaftliche und ökologische Leistung der Kraftstoffproduktion aus hydrothermaler Verflüssigung bewertet. Bei der Umwandlung von Klärschlamm lassen sich nahezu wettbewerbsfähige Produktionskosten und Treibhausgasreduktionen von mehr als 80 % erzielen.
Beschleunigung des Übergangs zu einem nachhaltigen Verkehrswesen
Um die Nachhaltigkeit und den Weg in die Zukunft zu unterstützen, hat das Projekt die Verfügbarkeit und Dichte von Reststoffen und Abfallströmen in ganz Europa quantifiziert und kartiert, um geeignete Standorte für Anlagen für hydrothermale Verflüssigung zu ermitteln. HyFlexFuel hat einen Durchbruch bei fortschrittlichen Biokraftstoffen erreicht, der einen wesentlichen Beitrag zum europäischen Grünen Deal und zur Kohlenstoffneutralität leisten könnte, indem er die erheblichen Emissionen des Verkehrssektors senkt.
Schlüsselbegriffe
HyFlexFuel, Biokraftstoff, hydrothermale Verflüssigung, Verkehr, Biobrennstoff, Klärschlamm, Biomasse, hydrothermale Verflüssigung, Drop-in-Kraftstoff, Kerosin
