Bioenergie 2050 Rohstoffe, Technologien, Nachhaltigkeit. Biokraftstoffe. Arne Gröngröft, Marcel Klemm

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1 Bioenergie 2050 Rohstoffe, Technologien, Nachhaltigkeit Biokraftstoffe Arne Gröngröft, Marcel Klemm

2 Bioenergie: Kraftstoffpfade Ethanol Ölbasiert Synthetisch Ethanol aus Zuckerrüben FME (Fettsäuremethylester) SNG (Synthetic Natural Gas) Ethanol aus Getreide (Weizen) Ethanol aus Lignocellulose (Stroh) HEFA (Hydrotreated Esters and Fatty Acids) BTL (Biomass to Liquid) 2

3 Ethanol aus Zuckerrüben Rohstoffe: Zuckerrüben Zuckerrüben Waschung Zuckerfabrik Nebenprodukte: Pressschnitzel, Vinasse, Zerkleinerung CO 2 Einsatzbereich: Haushaltszucker Rübenschnitzel Extraktion Rohsaft Reinigung Eindampfung Kristallisation Dicksaft Melasse Beimischung zu Benzin (oder Reinkraftstoff) Hefe Fermentation CO2 SdT: 115 kg TS /GJ KS Destillation/ Rektifikation Vinasse Dekantierung/ Eindickung Vinasse theor. Limit: 92 kg TS /GJ KS Absolutierung Ethanol 99,9 Vol% 3

4 Ethanol aus Getreide Rohstoffe: Getreide (Weizen) Getreide (Weizen, Roggen, Mais, etc.) Nebenprodukte: Mahlung Schlempe (Futtermittel, Biogas) Wasser Maischebereitung CO 2, Kleie, Gluten Enzyme Verflüssigung/ Verzuckerung Einsatzbereiche: Hefe Fermentation CO2 Beimischung zu Benzin (oder Reinkraftstoff) Destillation/ Rektifikation Schlempe Dekantierung Dickeschlempe Eindampfung/ Trocknung Absolutierung Dünnschlempe Eindickung DDGS SdT: 113 kg TS /GJ KS theor. Limit: 90 kg TS /GJ KS Ethanol 99,9 Vol% 4

5 Ethanol aus Lignocellulose Rohstoffe: Stroh lignocellulosehaltige Roh- und Reststoffe (Stroh, Holze, Aufbereitung/ Zerkleinerung etc.) Nebenprodukte: Wasser C5- Zucker Aufschlussverfahren Biogas- Fermenter elektr./ therm. Energie Lignin, C5-Zucker, Schlempe Enzyme enzymatische Hydrolyse Lignin Trocknung/ Verbrennung Prozesswärme Einsatzbereich: Hefe Fermentation CO 2 Beimischung zu Benzin Reinkraftstoff (E85) Destillation/ Rektifikation Schlempe Schlempeaufbereitung Absolutierung SdT: 260 kg TS /GJ KS Ethanol theor. Limit: 113 kg TS /GJ KS 5

6 Zukünftige Herausforderungen Ethanol Ziele: Verwertung von Reststoffen Bioraffineriekonzept ausbauen Technische Herausforderungen: Integration Lignocelluloseethanol in bestehende Anlagen C5-Fermentation Reststoffnutzung Logistik der Rohstoffbeschaffung Lignocellulose Globale Herausforderungen: Potenzial der Rohstoffe, niedrige Rohstoffkosten Kaskadenbetrieb (erst stofflich, dann energetisch) 6

7 Fettsäuremethylester (FME) Rohstoff: Rapssaat Palmöl/ Sojaöl Rapssaat, Palmöl, Sojaöl Nebenprodukt: Presse/ Filter Umesterung Methanol/ Katalysator Presskuchen, Glycerin Presskuchen Abscheider Glycerin Einsatzbereich: Beimischung zu Diesel oder Methanol- Rückgewinnung Reinkraftstoff (Biodiesel) Neutralwäscher SdT: 73 kg TS /GJ KS (Rapssaat ohne Trocknung Extraktion) theor. Limit: 59 kg TS /GJ KS FME 7

8 Hydrotreated esters and fatty acids (HEFA) Rohstoffe: Öle und Fette biogenen Ursprungs Nebenprodukte: Brenngas, Naphtha Einsatzbereich: Beimischung zu Diesel oder Reinkraftstoff Flugverkehr H 2 H 2 Rohöl Vorbehandlung Raffination raffiniertes Öl Hydrogeni sierung Isomerisierung Cracken SdT: 27 kg TS /GJ KS (raffiniertes Rapsöl) theor. Limit: 25 kg TS /GJ KS (raffiniertes Rapsöl) Gas-/ Flüssig- Trennung Destillation Brenngas COx Naphtha Kerosin Diesel 8

9 Zukünftige Herausforderungen ölbasierte KS Ziel: Verwertung von Reststoffen (Altspeiseöle und fette) Technische Herausforderungen: zusätzliche Anlagenkomponenten für FME aus Altspeiseöl nötig vorgelagerte Laboranalysen globale Herausforderungen: Preisbildung für Altspeiseöl: Aus Reststoff wird Rohstoff 9

10 Synthetic Natural Gas (Bio-SNG) Rohstoffe: trockene feste Biomasse Nebenprodukte: gegebenenfalls Wärme / Strom Einsatzbereich: Gasfahrzeuge, stationäre Verbrennung SdT: ca. 4,8 GJ BS /GJ KS theor. Limit: Biomasse Vorbehandlung Vergasung Synthesegasbehandlung Methan synthese Methantrennung CO2 SNG 10

11 BTL- Kraftstoffe Rohstoffe: trockene feste Biomasse (Holz) Nebenprodukte gegebenenfalls Propan, Naphtha, Kerosin Wärme / Strom Einsatzbereich: Flugverkehr, Schiffsverkehr, LKW Dampf H 2 Biomasse Vorbehandlung Vergasung Gasreinigung/ -aufbereitung Fischer- Tropsch- Synthese Isomerierung/ Hydrierung SdT: ca. 156 kg TS /GJ KS theor. Limit: Destillation Propan Naphtha Kerosin Diesel 11

12 Ausblick Kraftstoff Technologiestatus Komplexität 1 Heute Mittelfristig Ethanol (Rübe) etabliert etabliert Ethanol (Getreide) etabliert etabliert Ethanol (Stroh) Demo etabliert FME etabliert etabliert HEFA etabliert etabliert SNG Pilot Demo BTL Pilot Demo 1 Wertung: -gering, - hoch (Quelle: basierend auf Thrän, Daniela, Karin Naumann, und Arne Gröngröft Die Zukunft biogener Kraftstoffe. In Alternative Antriebskonzepte bei sich wandelnden Mobilitätsstilen, herausgegeben von Patrick Jochem, Witold-Roger Poganietz, Armin Grunwald, und Wolf Fichtner. Karlsruhe: KIT Scientific Publishing.) 12

13 Ansprechpartner Arne Gröngröft Tel. +49 (0) DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel.: +49 (0)