Bioabfälle als Energiequelle: Neuer Schritt zu nachhaltigen Kraftstoffen

Ziel des Projekts ist es, schwer verwertbare organische Abfälle – etwa organische Siedlungsabfälle oder landwirtschaftliche Reststoffe wie Maiskolbenreste – so aufzubereiten, dass sie als Basis für die Herstellung von Flug- oder Schiffskraftstoffen dienen können. Dafür wird der Einsatzstoff zunächst torrefiziert, also bei Temperaturen von etwa 250 °C gedörrt. Dies erhöht die Energiedichte und erleichtert den Transport. Anschließend folgt die Umwandlung durch Gasifizierung in Synthesegas, das überwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. In einem nachgeschalteten Verfahren (Fischer-Tropsch-Synthese) lässt sich daraus unter anderem nachhaltiges Bio-Kerosin (Sustainable Aviation Fuel, SAF) oder Schiffstreibstoff auf Alkoholbasis, zum Beispiel Methanol, gewinnen.

Industrienahe Tests zur Gasifizierung biogener Reststoffe

Innerhalb des Projekts wurde an jedem Schritt der Prozesskette an Technologien geforscht. Das Institut für Energiesysteme und Energietechnik (EST) unter Leitung von Professor Bernd Epple am Fachbereich Maschinenbau der TU Darmstadt war im Projekt für die Gasifizierung und Gasaufbereitung verantwortlich. Der Betrieb in der institutseigenen Pilotanlage ermöglicht eine praxisnahe Skalierung: Mit einer Anlagenkapazität nahe am industriellen Maßstab ist die Einrichtung ein Alleinstellungsmerkmal des EST. Für die Versuche wurden rund sieben Tonnen Holzpellets und neun Tonnen torrefizierte Maiskolbenreste eingesetzt.

Wirbelschichtverfahren mit neuem Bettmaterial im Praxiseinsatz

Die Gasifizierung erfolgte in einer zirkulierenden Wirbelschicht. Dabei werden feinkörnige Feststoffe, das „Bettmaterial“, mit Hilfe von heißen Gasen aufgewirbelt und intensiv vermischt. Üblicherweise wird Sand als Bettmaterial verwendet, bei CARBIOW kam am EST nun erstmals für diesen Prozess ein Eisen-Titan-Erz zum Einsatz, das bereits in anderen Wirbelschichtprozessen bekannt ist. Das Eisen-Titan-Erz kann Sauerstoff übertragen und sorgt so für eine bessere Sauerstoffverteilung. Ebenfalls zeigt es katalytische Eigenschaften, die die Konversionsrate erhöhen. Die Versuche bestätigten, dass das Verfahren eine hohe Umwandlungseffizienz hat, zeigten aber auch Optimierungspotenzial bei der Verarbeitung neuartiger Reststoffe auf.

Bewertung der Prozesskette für nachhaltige Kraftstoffe

Die Pilotanlage an der TU Darmstadt erlaubt durch ihren industrienahen Maßstab eine realitätsnahe Bewertung der Technologie innerhalb der gesamten Prozesskette. Die Ergebnisse aus CARBIOW fließen in eine ökonomische und ökologische Bewertung ein, die als Grundlage für Investitionsentscheidungen dienen kann. Das Projekt will damit einen Beitrag zur Dekarbonisierung jener Transportsektoren leisten, die sich nicht oder nur schwer elektrifizieren lassen, wie beispielsweise Luft- oder Schifffahrt.