Grüne Bioraffinerie Gras, ein Rohstoff mit Zukunft Die Demonstrationsanlage in Utzenaich

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Hartmut Simen
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1 Europäische Biomassekonferenz 2011 Grüne Bioraffinerie Gras, ein Rohstoff mit Zukunft Vortragender Dipl.-Ing. Dr. Horst Steinmüller Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz GmbH

2 Inhalt Herausforderungen an die Grünlandnutzung Das Konzept der Grünen Bioraffinerie Ergebnisse in der Demonstrationsanlage Zusammenfassung und Ausblick 2

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Landwirtschaft Wälder und naturnahe Flächen Bebaute Flächen Feuchtflächen Wasserflächen 43 % Wald 32 % Landwirtschaft 18 % Alpen & Ödland 5 % Gebäude &

4 Landwirtschaft Wälder und naturnahe Flächen Bebaute Flächen Feuchtflächen Wasserflächen 43 % Wald 32 % Landwirtschaft 18 % Alpen & Ödland 5 % Gebäude & Verkehr 2 % sonstige Flächen Offene Flächen ohne oder mit geringer Vegetation 4 Quelle: Österreichisches Institut für Raumplanung CORINE-Programm Umweltbundesamt

5 Problem 1 Bedeutung von Ackerflächen nimmt zu, da die Flächen verstärkt für die Produktion von Lebensmittel-, Futtermittel und Pflanzen für Energie- und Industrierohstoffe herangezogen werden.

6 Problem 2 Grüne Bioraffinerie Gras, ein Rohstoff mit Zukunft In der europäischen Landwirtschaft zeichnet sich ein deutlicher Strukturwandel ab, der dazu führen wird, dass die Verwertung von Gras und Dauergrünland in Zukunft nicht mehr nur über den Rindermagen erfolgen wird. Um dieses nicht mehr benötigte Grünland sowie die durch dieses Grünland wesentlich geprägten Kulturlandschaften weiterhin zu erhalten, müssen neue Verwertungsmöglichkeiten für diesen Rohstoff gefunden werden.

7 Problem 3 Grüne Bioraffinerie Gras, ein Rohstoff mit Zukunft Biogas stellt eine Möglichkeit zur Reduktion der Treibhausgasemissionen bei der Nutzung von Erdgas dar. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Gras zu Biogas umzuwandeln. Wirtschaftlichkeitsberechnungen zeigen jedoch, dass Biogas aus Gras nicht konkurrenzfähig ist.

8 Lösung Aus der Grassilage müssen Produkte gewonnen werden, die mehr Deckungsbeitrag liefern als bei der Umwandlung zu Biogas. Durch diese Zusatzerlöse reduzieren sich die Kosten für die Herstellung von Biogas.

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10 C Marktpotentiale der Produkte Weltmarkt für Milchsäure liegt derzeit bei ca Tonnen. Schätzungen für das Jahr 2020 sprechen von mehreren Millionen Tonnen, wenn Preise deutlich fallen. Weiterverarbeitungsprodukte können Ethyllactat und Polylactat sein. Aminosäuren werden im Lebens- und Futtermittelbereich eingesetzt. Besonders für hochwertige und gentechnikfreie Aminosäuren werden große Marktchancen gesehen

11 Wiese Silage Saftabtrennung Saftreinigung Milchsäure Aminosäuren Wärme & Strom Gasmotor Biogasanlage Kraftwerk Brennwert- kessel BioCNG Tankstelle Gasnetz Gasaufbereitung 11

12 C Ziele der Pilotanlage Grüne Bioraffinerie Bestätigung Ergebnisse aus Technikumsmaßstab Optimierung des Prozesses im Scale-up Beweis der Machbarkeit anhand von Daten des Pilotbetriebs im produktionsrelevanten Maßstab Grundlagen für die Planung einer Produktionsanlage Pilotbetrieb bis Juni 2011

13 C Stofffraktionierung

14 Kombination von Trennschritten: Ultrafiltration Nanofiltration Electrodialyse Umkehrosmose Ionentauscher

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Schema der Grünen Bioraffinerie Utzenaich Rohstoff: Grassilage mit einer durchschnittlichen Trockensubstanz von 30 % Pressung: bis zu 4 Tonnen

17 Schema der Grünen Bioraffinerie Utzenaich Rohstoff: Grassilage mit einer durchschnittlichen Trockensubstanz von 30 % Pressung: bis zu 4 Tonnen Silage pro Stunde Saftaufbereitung: Liter Gras-Saft pro Stunde Produktion: 6 12 kg Aminosäure pro Stunde, kg Milchsäure pro Stunde

Erfahrungen und Ergebnisse der Fraktionierung Stoffauflöser funktioniert nach Umbau Schneckenpresse bringt erwartete Ergebnisse Neue

18 Erfahrungen und Ergebnisse der Fraktionierung Stoffauflöser funktioniert nach Umbau Schneckenpresse bringt erwartete Ergebnisse Neue Pressenkonzepte können Ausbeute erhöhen Faserabtrennung erfolgt mittels Hydrosieve und Sedimentationstank Kammerfilterpresse bringt nicht die erwarteten Ergebnisse

Saft-Produktion 330 l/t Rohstoff Sedimentation TS-Gehalt: 10 % Dichte: 1,1 g/l Leitfähigkeit: 25-28 ms/ cm ph: 3,8-4,2 Komponente

19 Saft-Produktion 330 l/t Rohstoff Sedimentation TS-Gehalt: 10 % Dichte: 1,1 g/l Leitfähigkeit: ms/ cm ph: 3,8-4,2 Komponente Konzentration [g/l] Milchsäure 36,2 Essigsäure 3,5 Buttersäure 1,3 Zucker 1,16 Aminosäure 21,4 Quelle: Fabrik der Zukunft GmbH, bmvit

20 Erfahrungen und Ergebnisse der Vorreinigung

21 Vergleich Basisprozess und derzeit realisierbar Kennzahl Vorgaben Ist- Betrieb Rückhalte, [%] Milchsäure, NF** Aminosäuren, NF** Ausbeute, [%] Milchsäure, UF* Aminosäuren, UF* Milchsäure, NF** Aminosäuren, NF**

Elektrodialyse Stromgetriebener Prozess Fläche: 3,3 + 20 m Diluat = NF

22 Elektrodialyse Stromgetriebener Prozess Fläche: 3, m Diluat = NF Permeate 200 l/h, 2-stufiger NF Betrieb variierender Gehalt an Milchsäure g/l

23 Milchsäureprodukt-Zwischenstufe Elektrodialyse 2 kontinuierlicher Betrieb geringe Leitfähigkeiten geringe Stromdichten geringe Transportraten Produktaufkonzentrierung bis 70 g/l Membrane, Elektrodialyse

24 Erfahrungen und Ergebnisse der Aminosäuregewinnung Ionenaustausch-Kaskade 5 Säulen seriell Kationenaustauscher-Harz Batch-Betrieb mit 3 Abschnitten Beladung Eluierung Regeneration Ausbeute IT-Prozess bis zu 98 %

25 Milchsäure verdünnte Lösung nachfolgende Aufkonzentrierung Ausgangsmaterial für Ethyl-Lactat Produktion Ansäuerungsmittel in der Lebensmittelindustrie Aminosäuren 3 Fraktionen bzw. konzentrierte Lösungen Ausgangsmaterial für kosmetische Produkte Additive in der Lebensmittelindustrie Zusätze für tierische Futtermittel

26 In einer Großanlage in der ca jato Grassilage Trockensubstanz, dies entspricht einer Grünlandfläche von mehr als ha, verarbeitet werden können, müsste es unter den derzeitigen Marktbedingungen für die Produkte Milchsäure und Aminosäuren gelingen, die Produktionskosten für Biogas um einen Faktor 2 zu reduzieren. Die beteiligten Firmenpartner sehen darin eine Möglichkeit verstärkt in die Einspeisung von Biogas zu investieren. Die Grüne Bioraffinerie stellt dabei jedoch nur einen ersten Schritt dar, da auch aus anderen nachwachsenden Rohstoffen entsprechende Wertstoffe vor der Umwandlung zu Biogas gewonnen werden können.

27 DI Michael Mandl, Dr. Michael Lukas, DI. Dr. Michael Tauber, Martina Schaffenberger Msc, JOANNEUM RESEARCH, Inst. für Nachhaltige Techniken u. Systeme; Dr. Stefan Kromus; Dr. Werner Koschuh, DI Robert Essl BioRefSys DI Thomas Raab FH Wels mit Werkvertrag OÖ Bioraffinerie Forschung und Entwicklung GmbH DI Judith Ecker TU Wien mit Werkvertrag OÖ Bioraffinerie Forschung und Entwicklung GmbH Ralph Gmeiner Bac. OÖ Bioraffinerie Forschung und Entwicklung GmbH

28 Entwicklung als Teamaufgabe

29 Danke für die Aufmerksamkeit! Kontakt: Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz GmbH Altenberger Straße Linz Tel: Fax: office@energieinstitut-linz.at 29

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