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Oct 19, 2023

Grünes Gold: Torrefizierte Biomasse als Ersatz für Kohle und Öl

9. März 2023

9. März 2023

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vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Im Februar hat das in Estland ansässige Start-up New Standard Oil seinen ersten großtechnischen Prototyp zur Trocknung und Torrefizierung biogener Rohstoffe erfolgreich in Betrieb genommen, der mit überhitztem Dampf bei Atmosphärendruck arbeitet. Das energieeffiziente Verfahren wurde am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart entwickelt und produziert wertvolle Rohstoffe für die Chemie- und Energieindustrie: Grundchemikalien, Biokohle und Wasser.

Pflanzliche Biomasse gilt als klimafreundliche Alternative zu fossilen Rohstoffen. Für die stoffliche und chemische Nutzung werden nachwachsende Rohstoffe und Reststoffströme aus der Land- und Forstwirtschaft oder nachgelagerten Industrien vielfach über biotechnologische oder chemische Umwandlungsprozesse in Spezialchemikalien wie Zucker oder Polymerbausteine ​​umgewandelt.

Einen anderen Ansatz, der die vollständige Nutzung von Biomasse in einem einzigen Prozess ermöglicht, verfolgt das Startup New Standard Oil aus Estland: Es setzt auf die thermische Veredelung und Fraktionierung biogener Reststoffe wie Holz und Heu, um diese in Biomasse umzuwandeln „grüne“ Chemikalien und „grüne“ Kohle, ohne Rückstände zu hinterlassen.

Möglich macht dies ein am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart bis zum Technikumsmaßstab entwickeltes Verfahren, bei dem Biomasse in einer geschlossenen Atmosphäre aus überhitztem Wasserdampf ohne Sauerstoff erhitzt und dabei torrefiziert, also thermochemisch abgebaut wird.

„Wir haben in den letzten Jahren mit New Standard Oil zusammengearbeitet und freuen uns auf die Zusammenarbeit mit dem estnischen Startup-Unternehmen als globaler Lizenznehmer für unser Know-how in der wertschöpfenden Torrefizierung von Biomasse mit überhitztem Dampf bei Atmosphärendruck und deren Verwertung die Chemikalien“, sagt Dr.-Ing. Antoine Dalibard vom Fraunhofer IGB.

Der Torrefizierungsprozess funktioniert ähnlich wie die milde Pyrolyse und schließt sich einem Trocknungsschritt an, bei dem das in der Biomasse gebundene Wasser verdampft. „In der gleichen Anlage scheiden wir dann bei Temperaturen zwischen 200 und 300 Grad Celsius die flüchtigen Stoffe der Biomasse aus, die vor allem aus Hemizellulose, einem der drei Hauptbestandteile der Biomasse, stammen“, erklärt der Experte für thermische Trenntechnik.

Einer der entscheidenden Vorteile des Verfahrens ergibt sich aus der besonderen Konstruktion der Heißdampftrocknungsanlage. „Neben verdampftem Wasser enthält die Gasphase auch wertvolle flüchtige Verbindungen. Durch das Abkühlen der Gasphase erhalten wir ein Kondensat, das wir durch nachfolgende Trennverfahren wie Destillation, Extraktion oder Elektrodialyse in verschiedene Plattformchemikalien trennen können“, erklärt Dalibard .

Der Ingenieur hat das Verfahren am Fraunhofer IGB weiterentwickelt und skaliert sowie mögliche Folgeprozesse zur Aufwertung der kondensierten Chemikalien untersucht.

Als Feststoff bleibt die torrefizierte Biomasse zurück, die man als Biokohle betrachten kann. Im Vergleich zu unbehandelter Biomasse ist ihr Kohlenstoffgehalt und damit ihr spezifischer Brennwert deutlich erhöht. Zu Pulver gemahlen oder zu Pellets gepresst, kann die „grüne“ Kohle beispielsweise zur klimaneutralen Befeuerung von Kraftwerken eingesetzt werden und fossile Kohle oder Gas ersetzen.

„Angesichts der steigenden Energiepreise und der auf einem Allzeittief liegenden Energiesicherheit haben wir in diesen Prozess investiert, mit dem Ziel, mit unserer ‚Uniformer‘-Technologie, wie wir sie nannten, eine lokale saubere und CO2-neutrale Energieversorgung Wirklichkeit werden zu lassen“, sagt er Sven Papp, einer der vier Mitbegründer von New Standard Oil.

Im Februar 2023 startete das Startup seinen ersten Prototypen im industriellen Maßstab in Paldiski, Estland, um schnell wachsende Biomasse und verschiedene Biomassemischungen von geringer Qualität im etablierten Kaskadenprozess aus Trocknung und Torrefizierung in Wasser, grüne Chemikalien und Biokohle umzuwandeln. Das junge Unternehmen plant sogar, die dabei entstehende Abwärme zur Einspeisung in das Wärmenetz zu nutzen.

„Unser Uniformer-Prototyp kann bis zu 150 Kilogramm Biomasse pro Stunde verarbeiten und produziert bereits zu 100 Prozent marktfähige Produkte aus Hackschnitzeln und Nichtfutterheu: Biokohle als fester Biokraftstoff auf Braunkohlebasis, erneuerbare Chemikalien wie Methanol, Furfurale und andere Chemikalien.“ , außerdem entsalztes Wasser sowie die Prozesswärme“, bestätigt Sven Papp die Ergebnisse des Fraunhofer IGB.

Biokohle kann Holzpellets oder Gas zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ersetzen. Ein Plus für Energiesicherheit und Netzstabilität: Strom aus KWK-Anlagen ist abrufbar und kann nachts oder in windstillen Zeiten, wenn Sonne und Wind nicht ausreichend liefern, bedarfsgerecht erzeugt werden.

„Mithilfe dieses neuen innovativen Ansatzes kalkulieren wir, dass die Preise für verteilbaren erneuerbaren Strom aus Biokohle sogar niedriger sein könnten als die für landgestützte Windkraft“, so Papp weiter. Die Gründer sind optimistisch und bereiten inzwischen die Kommerzialisierung ihrer ersten Uniformer-Anlagen für den europäischen Markt vor.