Fortschrittlicher Durchbruch bei Biokraftstoffen: HyFlexFuel wandelt Klärschlamm in Kerosin um

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

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

Projektlogo