Synthetische Kraftstoffe aus Reststoffen – Ein Weg zur Klimaneutralität
Um die Klimaziele im Mobilitätssektor zu erreichen, brauchen wir schnell CO2-neutrale Kraftstoffe. Allein schon, um die tausende LKW, die noch Jahrzehnte betrieben werden müssen, möglichst rasch klimaneutral zu machen.
Dies betont Dr. Robert Daschner, Abteilungsleiter Energietechnik bei Fraunhofer UMSICHT Sulzbach-Rosenberg. Durch Kraftstoffe, die auf Rückständen der Zellstoff- und Papierindustrie basieren, könnten jährlich bis zu eine Million Tonnen CO2-Emissionen eingespart werden. Weitere 1,5 Millionen Tonnen würden entfallen, da die Reststoffe nicht mehr verbrannt werden müssten.
Gerade biogene Reste aus der Industrie oder Landwirtschaft sind ideale Einsatzstoffe, da hier definitiv keine Konkurrenz zur Agrar-industrie hinsichtlich der Flächennutzung besteht. Bisher verrotten diese Abfallstoffe meist ungenutzt und setzen so CO2 frei. Wir wandeln sie in klimaneutrale Kraftstoffe um.
Ergänzt Dr. Andreas Apfelbacher, Projektleiter bei Fraunhofer UMSICHT.
Vom Reststoff zum erneuerbaren Kraftstoff
Im Rahmen des Projekts „Reststoff2Kraftstoff“ werden 50 Tonnen Faserreststoffe des Papierherstellers LEIPA vorbehandelt, getrocknet und pelletiert. Dieses Material wird anschließend im Technikum von Fraunhofer UMSICHT Sulzbach-Rosenberg mittels der patentierten thermo-katalytischen Reforming (TCR)-Technologie in Rohöl umgewandelt. Dabei werden die Faserreststoffe zunächst in einem Schneckenreaktor pyrolysiert. In der zweiten Stufe, dem katalytischen Reforming, werden die entstehende Kohle und die Dämpfe gezielt in Verbindung gebracht, um die Gasausbeute und Qualität zu verbessern. Durch Kondensation werden Prozesswasser und Öl von der Gasphase getrennt; das Gas wird gereinigt und energetisch genutzt. Insgesamt entstehen so 2000 Liter Rohöl aus Faserreststoffen.
Das gewonnene Rohöl wird an die bayerische Gunvor Raffinerie in Ingolstadt geliefert. Dort wird anhand von Laboruntersuchungen und Simulationen ermittelt, wie das regenerative TCR-Öl als „Drop-In-Fuel“ fossiles Rohöl in einer konventionellen Raffinerie substituieren kann. Die Produktqualität des Öls, insbesondere seine thermische Stabilität, ist hierbei entscheidend. Vorversuche mit TCR-Rohöl zeigen Potenzial für die Defossilisierung bestehender Raffinerien. Nach der Qualifizierung des Öls erfolgt eine Raffination im Technikumsmaßstab bei Fraunhofer UMSICHT, bei der das Rohöl zu erneuerbaren Kraftstoffen nach DIN EN 228 (Benzin) und EN 590 (Diesel) raffiniert wird. Hierfür stellt Clariant Bio-Ethanol aus der sunliquid® Demonstrationsanlage in Straubing bereit.
Die fertigen Kraftstoffe werden anschließend an BMW-Versuchsmotoren auf Rollenprüfständen an der OTH Amberg-Weiden erprobt. Die Messergebnisse dienen der Optimierung der Parameter für die Rohölerstellung und Raffination. Zusätzlich testet MAN Truck und Bus SE den erneuerbaren Dieselkraftstoff im Straßeneinsatz unter Realbedingungen in einem Serienmodell einer MAN-Sattelzugmaschine. Mithilfe eines PEMS (Portable Emission Measurement System) werden die Emissionen analysiert. Neben der technischen Machbarkeit und der Bewertung der Gesamteffizienz der Verwertungskette werden im Projekt auch die gesetzlichen Rahmenbedingungen für einen Kraftstoff aus Papierrückständen beleuchtet.
Die Projektpartner der Friedrich-Alexander-Universität Nürnberg analysieren die geltenden Entlastungsmöglichkeiten nach dem Energiesteuergesetz sowie die steuerliche Förderung von Biokraftstoffen und anderen erneuerbaren Energieträgern. Die technischen, ökonomischen und juristischen Ergebnisse des Projekts bilden die Grundlage für die Konzeption einer großtechnischen Anlage zur Verwertung von Faserreststoffen und zur Herstellung von regenerativem Rohöl. Das Projekt „Reststoff2Kraftstoff“ startete im Frühjahr 2021 und wird bis 2024 vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) im Förderbereich „Energetische Biomassenutzung“ gefördert.
Synthetische Kraftstoffe der nächsten Generation
Synthetisch hergestellte Kraftstoffe aus Rest- und Abfallstoffen weisen ein geringeres Äquivalent an CO2-Emissionen auf als fossile Treibstoffe. Ihre Produktion steht nicht in Konkurrenz zur Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für die Lebensmittelproduktion. Obwohl die Potenziale von Biomasse aus Rest- und Abfallstoffen begrenzt sind, gibt es allein in Deutschland ein technisches Potenzial von über 20 Millionen Tonnen ungenutzter biogener Rest- und Abfallstoffe, die prinzipiell für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe genutzt werden könnten.
Durch die Möglichkeit, den beim TCR-Verfahren anfallenden Kohlenstoff zu sequestrieren, können sogar bilanzielle negative CO2-Emissionen erreicht werden. Das bedeutet, das in den biogenen Einsatzstoffen gebundene CO2 wird nicht vollständig freigesetzt, sondern gespeichert. Das Forschungsprojekt „Reststoff2Kraftstoff“ ist ein Gesamtprojekt zwischen sieben Industrieunternehmen und dem Fraunhofer-Institut UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg. Zu den Kooperationspartnern gehören:
- Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
- Gunvor Raffinerie Ingolstadt GmbH
- Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
- Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Volkswirtschaftslehre, insbesondere Wirtschaftstheorie sowie Lehrstuhl für Steuerrecht und Öffentliches Recht
- LEIPA Georg Leinfelder GmbH
- Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden
- MAN Truck & Bus SE
- Clariant Produkte (Deutschland) GmbH
- Institut für Wärme und Mobilität e. V. (assoziierter Partner)