Bioethanol-Produktion aus Stroh Heike KAHR, Alexander Jäger

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1 Bioethanol-Produktion aus Stroh Heike KAHR, Alexander Jäger Upper Austria University of Applied Sciences Research and Development Ltd.

2 Übersicht Standort Wels mit BUT und F&E Warum Biotreibstoffe Bioethanol Prozess und Ergebnisse Internationale Status quo Ausblick page 2

3 Campus Wels Technik und Umweltwissenschaften Fakten: 1994 gegründet ca.1500 StudentInnen über 30 moderne Labors neues Campusgebäude wurde 2005 eröffnet ca. 55 Vollzeitlehrende ca. 400 Teilzeitlehrende über 2000 Absolventen ( ) mehrfach beste Fachhochschule Österreichs page 3

4 Arbeitsgruppe Bioethanolics Bioethanol Biogas Biodiesel Jeweils aus landwirtschaftlichen Restwertstoffen Biodiesel aus Algen page 4

5 Übersicht Standort Wels mit BUT und F&E Warum Biotreibstoffe Bioethanol Prozess und Ergebnisse Internationale Status quo Ausblick page 5

6 Warum Biotreibstoffe? Peak Oil Verringerung der Abhängigkeit von Erdölimporten Wirtschaftliches Potential -> $$ Green Jobs Forschungsinteresse CO 2 Reduktion page 6

7 Welche Biokraftstoffe gibt es? Bioethanol, Fettsäuremethylester (FAME, Biodiesel), Biogas, Pflanzenöl und synthetische Biokraftstoffe. Superethanol E85: Besteht aus 85% Bioethanol und Superbenzin Vorteil: nachwachsender Rohstoff Nachteil: ethische Bedenken, Food for Fuel Verwendung: Flexible Fuel Vehicles (FFVs) oder Umrüstung von modernen Benzinmotoren page 7

8 Bioethanol 1. Generation: Rohstoffe zur Erzeugung sind Nahrungspflanzen 2. Generation (Advanced Biofuels): Rohstoffe zur Erzeugung sind holzartig page 8

9 Zahlen und Fakten EU: Ab 2010 von 5,75 % Bis 2020: 10 % Österreich: 2010: 5,75 %, davon ~ 4.4 % Bioethanol (1. Generation) 2012: Einführung von 10 % Bioethanol Importe aus Deutschland und Ungarn, seit Juni 2008 wird Ethanol in Österreich in Pischelsdorf (NÖ, Agrana, 1. Generation) erzeugt. page 9

10 1. Ethanolanlage in Österreich Sitz: Pischelsdorf, NÖ (Firma Agrana) Betrieb: seit Juni 2008 Die Agrana Bioethanol GmbH. verarbeitet in Pischelsdorf jährlich Mais, Weizen und Triticale (bis zu t) zu rund t bzw m 3 Ethanol - und deckt den aktuellen Bioethanolbedarf in Österreich. page 10

11 Flexible Fuel Vehicles (FFVs): Tankbar mit SuperEthanol E85 oder Superbenzin Tankstellennetz ist in Österreich im Aufbau Biokraftstoffe in Reinform und der Bioethanol-Anteil im E85-Kraftstoff sind von der Mineralölsteuer befreit Geringere NOVA (Normverbrauchabgabe) um 500,- Euro Land Niederösterreich: fördert den Kauf von FFV oder die Umrüstung auf Bioethanolbetrieb Firmen: Audi, Ford, Dacia, Renault, Saab, Volvo page 11

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13 Tankstellennetz in Österreich page 13

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15 Übersicht Standort Wels mit BUT und F&E Warum Biotreibstoffe Bioethanol Prozess und Ergebnisse Internationale Status quo Ausblick page 15

16 Advanced bioethanol process Wels Process Rezirkulation Bioethanol C6 Biomass Shredding Pretreatment Hydrolysis Fermentation Destillation C5 Fermentation Lignin Erhöhung der Zuckerkonzentration page 16

17 Stroh besteht aus 3 vernetzten Grundbausteinen: - Cellulose (Glukose) - Hemicellulose (Xylose) - Lignin page 17

18 1. Schritt: Vorbehandlung Stroh Steam Explosion vorbehandeltes Stroh Keine Chemikalien, umweltfreundlich, wenig Energie page 18

19 Vorbehandlung mit Steam Explosion page 19

20 Resultate der Vorbehandlung unbehandeltes Stroh vorbehandeltes Stroh page 20

21 2. Schritt: Hydrolyse mit Enzym page 21

22 Wie wird 40 % Stroh gelöst? 10 % Stroh 207 kg Ethanol/m3 2.6 % vol. ethanol 40 % Stroh 828 kg Ethanol/m % vol. ethanol page 22

23 3. Schritt: Fermentation mit Hefe Adaptation der Hefe: Temperatur Xylose Inhibitoren page 23

24 Mass balance 1000 kg Stroh / 10 m 3 H 2 O Zellulose 207 kg Ethanol 2,58 % vol Zellulose (414 kg) plus 1000 kg Stroh / 10 m 3 H 2 O Hemizellulose (239 kg) 287 kg Ethanol 3,58 % vol page 24

25 Resultate - Glukose glucose (g/l) no. of hydrolysis 10% DS 15% DS 20% DS glucose (g/l) no. of hydrolysis 10 % DS 15 % DS 20 % DS Standardversuch Inhibitor kontrolliert page 25

26 Resultate - EtOH EtOH (%) % DS 15% DS 20% DS EtOH (%) % DS 15 % DS 20 % DS no. of hydrolysis no. of hydrolysis Standardversuch Inhibitor kontrolliert page 26

27 Bioethanolpotential Stroh Reststroh Tonnen pa Nutzungsgrad 50 % Tonnen p.a m 3 Bioethanol p.a Substitutionsgrad 12 % page 27

28 Übersicht Standort Wels mit BUT und F&E Warum Biotreibstoffe Bioethanol Prozess und Ergebnisse Internationale Status quo Ausblick page 28

29 State of the Art Demonstrationsanlage von DONG DK seit Ethanol aus Stroh an 90 Tankstellen verfügbar. Jährlich Produktion: m 3 Ethanol Tonnen Ligninpellets Tonnen Xylose page 29

30 State of the Art Bau der Produktionsanlage von Cemtech (I) Eröffnung: Ende 2012 Jährliche Produktion: m 3 Ethanol aus Lignozellulose Tonnen Lignin page 30

31 State of the Art Demonstrationsanlage Südchemie (GER) Eröffnung 2012* Demonstrationsanlage Salamanca (E) Eröffnung 2012* Produktionsanlage Venore (USA) Eröffnung: 2012* Etc. Etc. Etc. page 31

32 Zusammenfassung: Rezirkulation: Erhöhung der Zuckerkonzentration Waschschritt entfernt die Inhibitoren Zuckerkonzentrationen:140 g/l und EtOH:7.5 % Ausblick: Weitere Optimierung notwendig page 32

33 Danke an meine Arbeitsgruppe Danke für ihre Aufmerksamkeit FFG Projekt FH plus in coin page 33