Biomass-to-Liquid

Biomass-to-Liquid (BtL): Synthetische Kraftstoffe aus Biomasse

BtL steht für das englische Biomass to liquid (zu dt. Biomasseverflüssigung). Unter BtL-Kraftstoffen sind somit synthetische Kraftstoffe aus Biomasse zu verstehen. Diese Kraftstoffe sind heute noch nicht am Markt verfügbar, so dass die Herausforderung darin besteht, die Kraftstoffherstellung, die aus Kohle und Erdgas bereits bekannt ist, auf den Rohstoff Biomasse anzupassen.

Es können verschiedene Biomassen als Rohstoff dienen. Die Palette erstreckt sich von ohnehin anfallenden Reststoffen wie Stroh und Restholz bis hin zu Energiepflanzen. Bei z.B. eigens zur Kraftstoffherstellung angebauten Pflanzen wird eine Ausbeute von etwa 4.000 l pro Hektar erwartet. Schätzungen gehen davon aus, dass sie das Potential besitzen 20-25 % des deutschen Kraftstoffbedarfs zu ersetzen, europaweit sogar noch wesentlich mehr. Mit diesem Leistungsvermögen können BtL-Kraftstoffe erheblich zur Substitution der endlichen fossilen Kraftstoffe beitragen.

Vorteile werden, neben der breiten und effizienter genutzten Rohstoffpalette vor allem in der Kraftstoffqualität gesehen, die auch den erhöhten Anforderungen der Automobilindustrie gerecht wird.

Unter dem Oberbegriff „XtL-Kraftstoffe“ werden Verfahren zusammengefasst, die synthetische Kraftstoffe aus z.B. Kohle (CtL: Coal to liquid), Gas (GtL: Gas to liquid) oder Biomasse (BtL: Biomass to liquid) erzeugen. Definition BtL-Kraftstoff:

„Biomass to liquid“ bezeichnet eine Prozesskette, die Biomasse über die thermochemische Vergasung in Synthesegas und dessen anschließende Synthese in flüssige Kohlenwasserstoffe umwandelt. Die so erzeugten biogenen Kohlenwasserstoffe können mit bekannten Prozessen der Erdölraffination zu marktfähigen Kraftstoffen wie Diesel nach EN 590 oder Benzin nach EN 228 aufgearbeitet werden.

Rohstoffe

Zur Herstellung von BtL-Kraftstoffen kann prinzipiell jede pflanzliche Biomasse eingesetzt werden. Besonders geeignet ist zellulosereiche, trockene Restbiomasse wie:

Stroh: In Deutschland sind nach Schätzungen der TLL 11,3 Mio. Tonnnen Sto (ca. 170 PJ) Strohenergie auch unter Berücksichtigung der Humusbilanz verfügbar. Über enzymatische Verfahren kann Stroh zur Produktion von Bioethanol genutzt werden.
Restholz
Energiepflanzen (KUP, Miscanthus…)
Landschaftspflegeholz
Bioabfälle

Während für herkömmliche Biokraftstoffe oftmals nur Teile der Pflanze - meist die Saat - als Rohstoff dient, kann bei der Herstellung von BtL-Kraftstoffen die gesamte Pflanze genutzt werden

Herstellung von Pflanzenöl als Kraftstoff

Es werden zurzeit unterschiedliche Verfahren zur Produktion von BtL-Kraftstoffen im Forschungs- und Pilotmaßstab in verschiedenen Unternehmen und Forschungseinrichtungen entwickelt. Daher ist auch die Herstellung im Detail unterschiedlich. Prinzipiell sind aber folgende Prozessschritte zur Herstellung von BtL-Kraftstoffen notwendig. Vergasung

Um aus Biomasse einen flüssigen Kraftstoff zu erzeugen, müssen die Rohstoffe zunächst in ein Synthesegas umgewandelt werden. Dies geschieht in einem Reaktor. Dort wird die feste Biomasse durch Wärme, Druck und ein Vergasungsmittel (z.B. Sauerstoff) in einen gasförmigen Zustand überführt. Der Prozess wird auch als thermochemische Vergasung bezeichnet.

Das Synthesegas besteht aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂), Schwefel- und Stickstoffverbindungen sowie weiteren Komponenten.

Gasreinigung

Um das Synthesegas nutzen zu können, müssen verschiedene Schadkomponenten (z.B. Schwefel- und Stickstoffverbindungen) entfernt werden, denn diese können die Katalysatoren im anschließenden Syntheseverfahren beschädigen. Außerdem wird der Wasserstoffanteil im Gas durch CO-Shift erhöht und Kohlendioxid abgetrennt.

Synthese

Im Syntheseschritt wird das Gasgemisch zu flüssigen Kohlenwasserstoffen verarbeitet. Dies geschieht in der Regel durch die Fischer-Tropsch (FT)-Synthese oder durch das Methanol-to-Gasoline®-Verfahren (MtG). Aufbereitung

In der Aufbereitung findet eine Selektion in Schwer-, Mittel- und Leichtfraktionen statt. Diese werden dann gezielt veredelt und an die gewünschten Kraftstoffeigenschaften angepasst.

BtL-Prozess (bioliq-Verfahren)

„Biomass to liquid“ bezeichnet eine Prozesskette, die Biomasse über die thermochemische Vergasung in Synthesegas und dessen anschließende Synthese in flüssige Kohlenwasserstoffe umwandelt. Die so erzeugten biogenen Kohlenwasserstoffe können mit bekannten Prozessen der Erdölraffination zu marktfähigen Kraftstoffen wie Diesel oder Benzin aufgearbeitet werden.

Im bioliq-Verfahren wird diese Herstellungskette derzeit erforscht und im Pilotmaßstab umgesetzt. Neben den verfahrenstechnischen Stufen steht vor allem die Kombination aus regionaler Vorbehandlung der Biomasse und der Weiterverarbeitung in zentralen Großanlagen im Fokus der Untersuchungen.

Kraftstoffeigenschaften und Qualität

BtL-Kraftstoffe werden synthetisch hergestellt. Ihre Eigenschaften lassen sich gezielt beeinflussen und auf spezielle Anwendungen und Brennverfahren optimieren. Deshalb spricht man auch von Designerkraftstoffen. Auf Weiterentwicklungen im Motorenbereich kann mit spezieller Anpassung der Kraftstoffe reagiert werden. Allen BtL-Kraftstoffen sind ein hoher Cetangehalt, Schwefel- und Aromatenfreiheit und deutlich reduzierte Schadstoffemissionen (z.B. Stickoxide NOx und Partikel) gemein .

Faustzahlen:

1 l BtL-Kraftstoff ersetzt ca. 0.94 l Diesel.
Jahresertrag: ca. 4.000 l/ha (auf Basis von Energiepflanzen)
CO₂-Minderung gegenüber fossilem Diesel: >90 % (THG-Standardwerte EU Richtlinie 2009/28/EG)

Steckbrief BtL-Kraftstoff
Rohstoffe	Energiepflanzen und Holz
Jahresertrag je Hektar	ca. 4.030 l/ha¹⁾
Kraftstoff-Äquivalent	1l BtL-Kraftstoff ersetzt ca. 0,97l Diesel¹⁾
Marktpreis	0,5 – 1,0 EUR/l
CO₂)-Minderung	> 90% gegenüber Diesel¹⁾

¹⁾ Angaben beruhen auf Berechnungen

Rohstofferträge zur Herstellung von BtL
Rohstoffe	Ertrag (FM) [t/ha]	Kraftstoff- ertrag [l/ha]	erforderliche Biomasse pro Liter Kraftstoff [kg/l]
Energiepflanzen	15 – 20	4.030	3,7
Stroh	7	1.320	5,3

Quelle: FNR/ Biokraftstoffe – eine vergleichende Analyse (2009) meo

Umwelt

Nachhaltigkeit

Derzeit wird die Mobilität unserer Gesellschaft vor allem über fossiles Erdöl sichergestellt. BtL-Kraftstoffe müssen sich bezüglich ihrer Nachhaltigkeit insbesondere mit diesem fossilen Energieträger messen. Erdölvorkommen sind jedoch begrenzt. Die Experten sind sich auch einig, dass bei weltweit steigender Nachfrage billiges Erdöl knapper wird.

BtL-Kraftstoffe sind nachhaltig, denn:

sie können aus einer breiten Rohstoffpalette hergestellt werden,
sie stellen keine oder nur eine bedingte Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion dar,
es treten insbesondere bei der Nutzung von Reststoffen keine oder nur geringe Probleme mit Landnutzungsänderungen und indirekten Landnutzungsänderungen (ILUC) auf,
bei Nutzung von direkt zur BtL-Produktion angebauter Biomasse z.B. in Kurzumtriebsplantagen (KUP) gibt es eine hohe Flächeneffizienz (4.000 l/ha)
ihre THG-Emissionen übertreffen die aktuellen THG-Einsparungen von 35% bereits so deutlich, dass auch zukünftige verschärfte Anforderungen (50% ab 2017, 60% ab 2018) erfüllt werden.

Der Begriff Nachhaltigkeit ist ganzheitlich und beinhaltet neben ökologischen, auch ökonomische und soziale Aspekte. Nachhaltigkeit im Bereich der Biomasse bedeutet, dass das „System Nachwachsende Rohstoffe“ die Möglichkeit zur natürlichen Regeneration haben muss, so dass auch künftige Generationen es in gleicher Weise nutzen können wie die heutige. Andererseits kann ein unsachgemäßer Biomasseanbau auch selbst zum Nachhaltigkeitsproblem werden. Lösungsansätze wurden im Rahmen der Nachhaltigkeitsverordnung für Biokraftstoffe (BioKraft-NachV) erarbeitet.

Treibhausgasemissionen (THG)

Bei der Verbrennung von BtL-Kraftstoffen wird die Menge CO_{/2_{frei, welche die pflanzlichen Rohstoffe zuvor im Wachstum aus der Atmosphäre gebunden haben. Obwohl auch für die Herstellung und den Transport des BtL-Kraftstoffs Energie aufgewendet wird, werden große Mengen CO_{/2_{eingespart. BtL-Kraftstoffe können somit einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.}}}}

BtL-Kraftstoffe sind daher im Energiesteuergesetz (EnergieStG) als förderungswürdige Kraftstoffe eingestuft und bis 2015 von der Energiesteuer befreit.

Durch die Umstellung der Biokraftstoffquote auf eine Treibhausgas-(THG-) Quote ab 2015 können BtL-Kraftstoffe durch ihr THG-Minderungspotenzial besonders profitieren. Bei Herstellung aus Reststoffen ist sogar eine doppelte Anrechnung auf die THG-Quote möglich.

Quelle

www.btl-plattform.de

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Erneuerbare Energien

Nachwachsende Rohstoffe - mit Bundesstatistiken