Produktion von Wasserstoff und Biotreibstoffen aus Abfall

Fischer Tropsch-Anlage
Fischer Tropsch-Anlage © BEST/Wolfgang Bledl

08.03.2023

Im Rahmen des Horizon 2020 Projekts Heat-to-Fuel wurde an Technologien der nächsten Generation zur Herstellung von Biokraftstoffen durch Nutzung von nicht recyclebaren Rest- und Abfallstoffen geforscht.

Im Zeitraum von 2017 bis 2022 arbeiteten Wissenschaftler:innen von 14 Partnerorganisationen aus sieben europäischen Ländern an der Entwicklung von Technologien der nächsten Generation zur Herstellung von Biokraftstoffen zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors.

Dabei wurde das Augenmerk unter anderem auf die Kostensenkung bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung der Biokraftstoffe gelegt. Die Forschungsergebnisse sollen einen Beitrag zur Erreichung der Ziele der EU-Energiesicherheit durch die Verringerung der Abhängigkeit der EU von Energieeinfuhren leisten. Ebenso könnte bei jedem Bau einer neuen Heat-to Fuel -Bioraffinerie die lokale Wirtschaft durch Schaffung von Arbeitsplätzen gefördert werden.

Im Rahmen des Projektes war BEST für die Demonstration einer weltweit einzigartigen Prozesskonfiguration, bestehend aus Gaserzeugung über das Doppelwirbelschicht-Dampfvergasungssystem (Dual Fluidized Bed – DFB), dem Aqueous-Phase-Reforming (APR)-Verfahren sowie der Fischer-Tropsch (FT)-Synthese zuständig.

Diese Demonstration des Heat-to-Fuel-Konzepts zeigte, dass die Kopplung des APR- und FT-Verfahren technisch machbar ist. Die Kombination der beiden Prozesse ermöglicht es, kohlenstoffhaltiges Restwasser, das sonst als Abwasser behandelt würde, für die Produktion von grünem Wasserstoff zu nutzen, der wiederum zur Herstellung nachhaltiger Biokraftstoffe verwendet wird. Die Integration führt zu keinen wesentlichen Nachteilen in Bezug auf die Prozessleistung oder die Produktqualität.


Details zu den Verfahren:

APR-Verfahren für die Wasserstoffproduktion

Eine Hauptaufgabe von BEST im Forschungsprojekt lag auf der Planung, Errichtung und der Demonstration der weltweit ersten Pilotanlage für das sogenannte APR-Verfahren, die auf den Laborforschungsergebnissen des Universitätspartners PoliTO basieren. APR ist ein vergleichsweise neues Verfahren, bei dem durch katalytische Reformierung (unter Nutzung eines Katalysators auf Platinbasis) in einer wässrigen Lösung gelösten organischen Verbindungen bei relativ niedriger Temperatur und hohem Druck ein wasserstoffreiches Gas erzeugt wird. Es ermöglicht somit die Verwertung von kohlenstoffhaltigen Restwässern, die häufig als Nebenprodukt in Bioraffinerieprozessen anfallen (z.B. Abwasser der hydrothermalen Verflüssigung von sehr feuchten biogenen Rest- und Abfallstoffen oder auch das FT-Prozesswasser).

Die Ergebnisse aus dem Labor von PoliTO konnten sehr erfolgreich auf einen ersten weltweiten Pilotmaßstab umgesetzt werden. Die Versuche wurden mit einer synthetischen wässrigen Phase bei Reaktionsbedingungen von 260 °C und 55 bar, durchgeführt. Rund 1 Gew.-% organische Stoffe war im eingesetzten Einsatzstrom enthalten. Das produzierte APR-Produktgas bestand dabei zu etwa 70 Vol.-% aus Wasserstoff und zu 30 Vol.-% aus inerten Bestandteilen.


Erfolgreiche Demonstration – Kopplung mit der Fischer-Tropsch Synthese für die Produktion von hochwertigen synthetischen Biokraftstoffen

Das produzierte Gas wurde genutzt, um das Verhältnis zwischen den beiden gasförmigen Reaktionspartner Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei der Fischer-Tropsch (FT) Synthese anzupassen. Die seit fast einem Jahrhundert bekannte FT-Synthese (FT) kann zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe aus Synthesegas verwendet werden. Synthesegas, das aus der Doppelwirbelschicht-Dampfvergasung von holzartiger Biomasse gewonnen wird, weist normalerweise ein Wasserstoff zu Kohlenmonoxid-Verhältnis von unter zwei auf. Für die FT-Synthese läge das ideale Verhältnis jedoch bei knapp über zwei. Durch die Kopplung der beiden Prozesse, wie sie das Heat-to-Fuel-Konzept vorsieht, kann der Wasserstoff aus der APR genutzt werden, um das Mischungsverhältnis zwischen den Reaktionspartner Wasserstoff und Kohlenmonoxid für die FT-Synthese zu erhöhen.


Die Arbeit wurde im Rahmen des Horizon 2020-Projekts Heat-to-Fuel durchgeführt. Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 764675 und das COMET-Programm unter der Fördervereinbarung Nr. 869341 gefördert. Das COMET-Programm wird von der FFG geleitet und von der Republik Österreich und den Bundesländern Wien, Niederösterreich und Steiermark kofinanziert.

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