Fortschrittlicher Durchbruch bei Biokraftstoffen: HyFlexFuel wandelt Klärschlamm in Kerosin um

Jul 28, 2022 | Pressemitteilung

Im Rahmen des von der EU geförderten Forschungsprojekts HyFlexFuel ist es kürzlich gelungen, in einer kontinuierlichen HTL-Pilotanlage an der Universität Aarhus (Dänemark) mittels hydrothermaler Verflüssigung (HTL) Biokraftstoffe aus einer Vielzahl von Biomassen wie Klärschlamm, Lebensmittelabfällen, Gülle, Weizenstroh, Maisstroh, Kiefernsägemehl, Miscanthus und Mikroalgen herzustellen. „Es war ein echter Meilenstein für HyFlexFuel, die Biokraftstoffproduktion aus einer solchen Vielfalt von Rohstoffen im Hunderter-Kilogramm-Maßstab zu demonstrieren“, sagt Patrick Biller, der die HTL-Forschung im Pilotmaßstab an der Universität Aarhus leitet. Biokraftstoffe aus drei repräsentativen Rohstoffen, Spirulina (Mikroalgen), Klärschlamm und Weizenstroh, wurden an der Universität Aalborg (Dänemark) zu einem Gemisch von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen weiterverarbeitet. „Dank des Fachwissens mehrerer Projektpartner hat HyFlexFuel bewiesen, dass HTL-Bio-Brennstoffe in einer industriell relevanten Umgebung erfolgreich zu Drop-in-Kraftstoffen aufgerüstet werden können, wobei Hunderte von Stunden Dauerbetrieb erreicht wurden“, ergänzt Daniele Castello von der Universität Aalborg. Analysen der Kerosinfraktionen des veredelten Biobruchs zeigen vielversprechende Zusammensetzungen für eine Verwendung als Flugkraftstoff. „Die Herstellung von HTL-Kraftstoffen aus drei verschiedenen Rohstoffklassen zeigt die Flexibilität des Verfahrens“, sagt Projektkoordinator Valentin Batteiger vom Bauhaus Luftfahrt (Deutschland). „Die Erfüllung der Spezifikationen für Flugzeugtreibstoff ist ein geeignetes Ziel, um zu bestätigen, dass leistungsstarke Verkehrskraftstoffe tatsächlich aus einem breiten Spektrum von Rückständen und Abfallströmen durch hydrothermale Verflüssigung hergestellt werden können.“

Im Rahmen des HiFlexFuel-Projekts hergestellte nachhaltige Flugkraftstoffkomponenten
Das Forschungsteam der Universität Aalborg
Forschungsanlage zur katalytischen hydrothermalen Vergasung von organischen Verbindungen

HTL als Schlüssel für eine nachhaltige Biokraftstoffproduktion

Die Dekarbonisierung des Verkehrssektors wird große Mengen an erneuerbaren Kraftstoffen erfordern. Bislang werden erneuerbare Diesel- und Düsenkraftstoffe hauptsächlich aus Pflanzenölen gewonnen, doch die EU-Richtlinie über erneuerbare Energien schränkt die Verwendung von Biokraftstoffen aus Nahrungs- und Futtermittelpflanzen ein, da sie bei großtechnischer Herstellung nicht den Nachhaltigkeitsanforderungen entsprechen. Für die Zukunft wird es wichtig sein, fortschrittliche Technologien zur Umwandlung von Biokraftstoffen zu vermarkten, die eine breitere und nachhaltigere Rohstoffbasis nutzen.

Das HTL-Verfahren

Die hydrothermale Verflüssigung (HTL) ist eine aufkommende Biokraftstofftechnologie zur Herstellung von Kraftstoffen aus einer Vielzahl von Bioabfällen und anderen Biomassen.

HTL hat mehrere Hauptvorteile, von denen die wichtigsten sind:

  • Flexibles Produktionspotenzial: Die HTL-Konvertierungstechnologie erschließt eine riesige globale Bioressource mit einer lokalen Vielfalt an primären Biomassen. Die Technologie ist mit einer Vielzahl von organischen Abfällen und Reststoffen, lignozellulosehaltigen Energiepflanzen oder aquatischen Biomassen kompatibel und kann an die spezifischen regionalen Gegebenheiten des Rohstoffangebots angepasst werden.
  • Kosteneffizienz: Sie kann fortschrittliche Biokraftstoffe, von Schiffskraftstoffen bis hin zu Kerosin, potenziell zu niedrigeren Kosten als die meisten konkurrierenden Wege für erneuerbare Kraftstoffe herstellen.
  • Nachhaltigkeit: Die HTL-Technologie hat das Potenzial, Kraftstoffe mit einem niedrigen Kohlenstoff-Fußabdruck über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu erzeugen, ohne mit der Nahrungs- und Futtermittelproduktion zu konkurrieren. Sie hat das Potenzial, Abfallströme zu recyceln und damit zu einer stärker kreislauforientierten Wirtschaft beizutragen.

Die HTL-Anlage im Pilotmaßstab verarbeitet wässrige Biomasseschlämme (~20 % Trockenmasse) bei Temperaturen von bis zu 350 °C und Drücken um 200 bar, wobei das Wasser nicht kocht, sondern flüssig bleibt. Unter diesen Bedingungen wird die Biomasse in ein rohes Bioöl umgewandelt, das vom Prozesswasser hinter dem Reaktor getrennt wird. In einem zweiten Schritt wird der HTL-Biobruch durch katalytische Behandlung mit Wasserstoff bei hoher Temperatur und hohem Druck (Hydrotreating) zu Treibstoffprodukten aufbereitet. Dabei werden dem Biobrut Sauerstoff und Stickstoff entzogen, die wiederum in ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden. Die Destillation der aufbereiteten HTL-Biofette ergibt Drop-in-fähige Kraftstoffe im Bereich von Benzin, Kerosin und Diesel.

Labordemonstration der wichtigsten Prozessschritte durch europäisches Konsortium

Im Rahmen des EU-Projekts HyFlexFuel werden alle wichtigen Schritte entlang einer HTL-Kraftstoffproduktionskette in den Räumlichkeiten mehrerer europäischer Forschungseinrichtungen und Unternehmen untersucht. Die potenzielle Verfügbarkeit von Reststoffen und Abfallströmen in ganz Europa wird vom Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) mit Hilfe eines georäumlichen Ansatzes analysiert. Die Universität Aarhus entwickelt und optimiert die HTL-Umwandlung im Labormaßstab weiter und überträgt die Ergebnisse auf eine kontinuierliche HTL-Anlage im Pilotmaßstab, in der auch alle Proben für die nachgeschalteten Prozesse hergestellt werden. Die Universität Aalborg hat mit Unterstützung von Haldor Topsøe (Dänemark) die Veredelung verschiedener Bio-Brennstoffe zu Transportkraftstoffen durch katalytische Hydrobehandlung durchgeführt, während Eni (Italien) die Möglichkeiten der Mitverarbeitung von HTL-Bio-Brennstoffen in konventionellen Rohölraffinerien untersucht hat.

Feste Partikel und Prozesswässer, die bei der HTL-Konvertierung ebenfalls entstehen, enthalten einen erheblichen Teil des Kohlenstoffs und der Nährstoffe aus der ursprünglichen Biomasse. Zwei Möglichkeiten zur Erzeugung von Biogas aus den organischen Stoffen in diesen Prozesswässern werden vom Paul Scherrer Institut (Schweiz) mittels katalytischer hydrothermaler Vergasung auf seiner Energy System Integration Platform und von OWS (Belgien) mittels anaerober Vergärung untersucht. Die Rückgewinnung von Phosphor ist bei der HTL von Klärschlamm besonders wichtig, um Nährstoffkreisläufe zu schließen. Die Universität Hohenheim (Deutschland) hat die Ausfällung von Struvit, einem Düngemittelprodukt, aus HTL-Feststoffen und Prozesswässern nachgewiesen. Das Bauhaus Luftfahrt koordiniert das Projekt und analysiert die wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen der HTL-Kraftstoffproduktion. Die ARTTIC Innovation GmbH (Deutschland) fungiert als Projektmanagementpartner und unterstützt die Verbreitungsaktivitäten.

Auf dem Weg zu einer Zulassung von HTL-Kerosin für die Zivilluftfahrt

Bislang wurden sieben alternative Kraftstoffherstellungswege als Mischungsbestandteil für die Zivilluftfahrt nach der Spezifikation ASTM D-75 661zugelassen. Das HyFlexFuel-Konsortium bereitet in Zusammenarbeit mit wichtigen Partnern in Europa und den USA die Zulassung von HTL-Kerosen vor. Kerosinproben aus dem HyFlexFuel-Projekt wurden im Rahmen des H2020-Projekts JETSCREEN (koordiniert vom DLR, Deutschland) und der University of Dayton analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass alle grundlegenden physikalisch-chemischen Eigenschaften von Düsenkraftstoff, wie z. B. die Energiedichte oder die Kaltfließeigenschaften, bereits erfüllt sind, während die Konzentration bestimmter Spurenkomponenten weiter reduziert werden muss, um die strengen Spezifikationen für Düsenkraftstoff zu erfüllen.

Hintergrund des Projekts

Hintergrund des Projekts

HyFlexFuel ist ein vierjähriges Projekt (10/2017 – 9/2021), das durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unterstützt wird. HyFlexFuel gehört zu den führenden europäischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen auf dem Gebiet der HTL-Forschung: Aarhus University, Aalborg University, Paul Scherrer Institut, Universität Hohenheim, DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH, Haldor Topsøe, Eni und OWS. Der Bauhaus Luftfahrt e.V. koordiniert das Projekt und die ARTTIC Innovation GmbH unterstützt das Forschungskonsortium mit Projektmanagement und Kommunikation.

Weitere Informationen finden Sie unter www.hyflexfuel.eu

Video zum Projekt

Projekt-Bilder

Projektlogo

Ist die Forschungszulage ein Erfolg?

Ist die Forschungszulage ein Erfolg?

Ist die Forschungszulage ein Erfolg? - ARTTIC Innovation zieht Bilanz Verständlicherweise fragen sich alle Interessenvertreter, ob die Forschungszulage ein Erfolg ist. Für eine umfassende Bewertung müssen sich jedoch alle Beteiligten bis zum Jahr 2025 gedulden, in dem...

mehr lesen
Senior Innovation Consultant (m/w/d)

Senior Innovation Consultant (m/w/d)

Wir bieten Ihnen die einmalige Gelegenheit, Teil eines dynamischen Teams zu werden in dem attraktiven Tätigkeitsfeld von Innovation und Forschung. Wir suchen Spezialist:innen mit einer Leidenschaft für Innovation, wissenschaftliches Schreiben und Projektmanagement....

mehr lesen
Junior Innovation Consultant (m/w/d)

Junior Innovation Consultant (m/w/d)

Wir bieten Ihnen die einzigartige Gelegenheit, Teil eines dynamischen Teams zu werden in dem attraktiven Tätigkeitsfeld von Innovation und Forschung. Wir suchen Spezialist:innen in Innovationsförderung (Innovation Consultants) mit einer Leidenschaft für Innovation,...

mehr lesen
E-Magazin – Horizon Europe

E-Magazin – Horizon Europe

E-Magazin Horizon EuropeMöchten Sie Ihre Innovationsstrategie durch die Nutzung von Horizon Europe-Fördermitteln vorantreiben?Laden Sie das Horizon Europe E-Magazin herunter, und Sie werden die Werkzeuge und Informationen finden, die Ihr Projekt zum Erfolg führen.

mehr lesen
In der Presse: Forschungszulage und Engineering

In der Presse: Forschungszulage und Engineering

Für innovative Persönlichkeiten, wie WissenschaftlerInnen und ForscherInnen in Unternehmen, klingt Arbeitszeitkontrolle unattraktivIm besten Fall kann die wissenschaftliche oder kreative Tätigkeit aber einen höheren Zuschuss bei der Forschungszulage erzeugen, wenn sie...

mehr lesen