Elektrochemische Technologie wandelt flüssige Biobrennstoffe in nachhaltige Kraftstoffe um
Flüssige Biobrennstoffe wie Schwarzlauge (ein Nebenprodukt der Zellstoffherstellung) und Pyrolyseflüssigkeiten (aus Biomasse) gelten als vielversprechende Alternativen zu fossilen Brennstoffen. Durch ihre chemische Instabilität und komplexe Zusammensetzung ist die Herstellung von Biokraftstoffen in großem Maßstab allerdings schwierig. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts EBIO wurde ein elektrochemisches Veredelungsverfahren entwickelt, das flüssige Biobrennstoffe stabilisiert und ihre Kompatibilität mit bestehenden Raffinerien gewährleistet. Im Gegensatz zu herkömmlichen thermochemischen Verfahren funktioniert die Elektrochemie unter milden Bedingungen und bietet eine bessere Kontrolle über den Umwandlungsprozess.
Die elektrochemische Herstellung von Biokraftstoffen voranbringen
Um die Verarbeitung von flüssigen Biobrennstoffen zu Kraftstoffen und Chemikalien zu steigern, konzentrierte sich das Projektteam auf die Stabilisierung von Schwarzlauge und Pyrolyseflüssigkeiten. „In EBIO wenden wir die Elektrochemie an, um rohe flüssige Biobrennstoffe im Hinblick auf ihre Lagerstabilität und ihre Eignung für Raffinationsprozesse zu verbessern“, kommentiert Roman Tschentscher, Projektkoordinator von EBIO. Schwarzlauge ist aufgrund ihrer Eigenschaften für die direkte elektrochemische Verarbeitung geeignet, Pyrolyseflüssigkeiten müssen aber vorher fraktioniert werden. „Schwarzlauge weist geeignete elektrolytische Eigenschaften in Bezug auf Viskosität, Salz- und Ligningehalt auf und kann direkt in einen Elektrolyseur eingespeist werden. Bei Pyrolyseflüssigkeiten ist eine vorherige Fraktionierung in lignitische und zellulose-/hemizellulosebasierte Ströme erforderlich, um eine selektive Umwandlung der Zielverbindungen zu erreichen“, so Tschentscher. EBIO hat fortschrittliche Protokolle für die Analyse flüssiger Biobrennstoffe erstellt, die eine bessere Kontrolle der Umwandlungsreaktionen und eine Maximierung der Biokraftstoffausbeute gewährleisten, um die Prozesseffizienz zu optimieren.
Durchbrüche in der Elektrochemie für eine effiziente Raffination
Ein wichtiger Meilenstein war die Validierung von Bor-dotierten Diamantelektroden, die sich bei der Aufbereitung von flüssigen Biobrennstoffen als äußerst wirksam erwiesen. Das Projektteam veranschaulichte, dass veredelte flüssige Biobrennstoffe zusammen mit konventionellen Kraftstoffen verarbeitet werden können, wodurch sie mit der bestehenden Raffinerieinfrastruktur kompatibel sind. Diese Errungenschaft ist unerlässlich: Sie erlaubt die direkte Mitverarbeitung dieser biobasierten Rohstoffe in Raffinerien, ohne dass umfangreiche Änderungen erforderlich sind. Dadurch, dass EBIO sicherstellt, dass die aufbereiteten flüssigen Biobrennstoffe den Spezifikationen der Industrie entsprechen, stärkt das Team die Argumente für eine groß angelegte Einführung der elektrochemischen Aufbereitung. Zudem bietet dieser Ansatz die Möglichkeit, bestehende Raffinerieanlagen anzupassen und so die Kosten für die Umstellung auf nachhaltigere Kraftstoffproduktionsmethoden zu senken. Bei großtechnischer Anwendung könnte das elektrochemische Verfahren von EBIO bis zu 61 Millionen Tonnen Biokraftstoffe pro Jahr erzeugen und damit einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung Europas leisten.
Energieeffizienz und Nachhaltigkeit
Einer der wichtigsten Vorteile der elektrochemischen Veredelung ist die Energieeffizienz. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer separaten Wasserstofferzeugung, wodurch das System kompakter und nachhaltiger wird. „Bei der elektrochemischen Veredelung wird direkter Strom verwendet, um durch Wasserspaltung reaktiven Sauerstoff und Wasserstoffionen zu erzeugen. Diese reagieren mit den Fraktionen der flüssigen Biobrennstoffe im gleichen Elektrolyseur. Der Energiemix für die Bereitstellung des Stroms ist der entscheidende Faktor für die Nachhaltigkeit des Verfahrens“, bemerkt Tschentscher. Um die CO2-Emissionen so gering wie möglich zu halten, kann das System mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind, Sonne oder Wasserkraft betrieben werden. Dieser Ansatz steht im Einklang mit den europäischen Zielen für emissionsarme Energie und sorgt dafür, dass Biokraftstoffe umweltverträglicher werden.
Auf eine groß angelegte Einführung vorbereiten
Der Erfolg von EBIO beruht auf der Zusammenarbeit in der gesamten Wertschöpfungskette für Biokraftstoffe. Über das Projekt wurden Rohstofflieferanten, Technologieentwickler und Raffinerien zusammengeführt. Es wurde sichergestellt, dass jede Stufe des Prozesses für den industriellen Einsatz optimiert wurde. „Schon bei der Antragstellung für EBIO haben sich kleine Teams von zwei oder drei Partnern gebildet, die sich in Bezug auf Kompetenz, Infrastruktur und Interessen ergänzen“, sagt Tschentscher. Durch die Förderung des sektorübergreifenden Wissensaustauschs stärkte das Projektteam die Partnerschaften zwischen Forschungseinrichtungen und industriellen Interessengruppen. Ein entscheidender Vorteil der EBIO-Technologie ist ihre nahtlose Integration in den vorhandenen Raffineriebetrieb. „Bioraffinerien, vor allem Zellstofffabriken, haben jahrzehntelang an der Optimierung ihres industriellen Betriebs gearbeitet. Die elektrochemische Umwandlung von rohen flüssigen Brennstoffen bei ihrer Herstellung und unter Bedingungen, die denen von Bioraffinerien entsprechen, wird das Interesse von Zellstofffabriken und anderen Bioraffinerien an einer weiteren Vergrößerung und Kommerzialisierung erheblich steigern“, so Tschentscher. Die Verwendung von Katalysatoren, die nicht aus Edelmetallen bestehen, und neue Trennverfahren haben die Wirtschaftlichkeit des Projekts weiter gesteigert. Diese Fortschritte machen die Veredelung von flüssigen Biobrennstoffen kosteneffizienter und stärken das Potenzial von EBIO als skalierbare, nachhaltige Biokraftstofflösung.
Schlüsselbegriffe
EBIO, flüssige Biobrennstoffe, Schwarzlauge, Pyrolyse, Bioraffinerien, Elektrochemie, Nachhaltigkeit, Raffinerien, Biokraftstoff
