hydro thermal upgrading

Aktuelle Entwicklungen und Tendenzen im
Bereich Biokraftstoffe
- ein Überblick -
Dr.-Ing. Thorsten Gottschau
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Begriff
Biokraftstoffe
flüssige oder gasförmige
Energieträger, die aus
Biomasse gewonnen werden
und
für den Betrieb von
Verbrennungskraftmaschinen
zum Einsatz kommen
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Seite: 2
Historie
1882: Erfindung eines
Verbrennungsmotors von
Nicolaus August Otto
(Ottomotor / Ottokraftstoff)
1892: Erfindung eines
Verbrennungsmotors von
Rudolf Diesel (Dieselmotor /
Dieselkraftstoff)
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Historie
biogene Dieselkraftstoffsubstitute
Erster Dieselmotor
Quelle: www.wikipedia.de
Moderner Dieselmotor
Quelle: www.recline.de
Biodiesel
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Schiffsdiesel
Quelle: Universität Rostock
BtL
Historie
biogene Ottokraftstoffsubstitute
Erster Ottomotor
Quelle: www.wdr.de
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Moderner Ottomotor
Quelle: atz online
Rennmotor
Quelle: www.wikipedia.de
Biokraftstoffoptionen
Markteingeführte
Biokraftstoffe
Pflanzenöl
Biodiesel (Raps)
Bioethanol (Stärke,
Zucker)
Nicht-markteingeführte
Biokraftstoffe
Synthetische
Biokraftstoffe (z.B. BtL,
MtS)
Bioethanol aus
Lignocellulose
„Neue Biokraftstoffe“, z.B.
Biodiesel aus Tierfett, Jatropha, Algen u.a.
Biobutanol
Hydrotreated Vegetable Oils (HVO)
Biomethan
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Biokraftstoffe
Direkte Vergasung
ABE-Fermentierung
Butanol
CO, H2, CO2, H2S, COS, NH3 etc.
Vergдrung von Zuckern und Stдrke
Spaltung von (Ligno)Cellulose + Vergдrung
Biomasse
Umesterung von Rapsцl mit Methanol
Biodiesel
Abfдlle
etc.
Anдrobe Vergдrung
Hydrothermale Vergasung
Fermentierung
Pflanzenцl
Auspressen oder Extraktion
Pyrolyse
HydroThermal Upgrading (HTU) + HydroDeOxygenation (HDO)
Pyrolysat
Vergasung
Wasserstoff
Fischer-Tropsch Synthese (FT-Synthese)
Conversion-of-Olefins-to-Distillate
(COD)
Diesel
Benzin
Olefine
Wassergas-Shift-Reaktion
Synthesegas
Direktsynthese
Dimethylether
Methan
Methanisierung
Tieftemperatursynthese
Dehydratisierung
Methanol-To-Olefins (MTO)
Methanol
Direktsynthese
Homologisierung
Reformierung
Ethanol
Isobutylen
Wasserstoff
Methanol-To-Gasoline (MTG)
Isobutylen
Methanol-To-Synfuel (MTS)
MTBE
ETBE
 UA
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Quelle: KIT 2010
Rahmenbedingungen
Reichweiten je Hektar Anbaufläche
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
12.11.08, Seite: 8
Kraftstoffspeicherung
Raumbedarf
Raumbedarf ** (( ll ))
Masse*
Masse* (( kg
kg ))
Benzin
67
46
Diesel
60
46
X-to-Liquid
60
46
Biodiesel RME
67
54
Ethanol E85
95
70
Erdgas CNG (200 bar)
245
225
Wasserstoff (700 bar)
356
190
Konventionelle
Kraftstoffe
Alternative
Kraftstoffe
Basis: Speicherung von 55 l Benzinäquivalent
* unter Berücksichtigung des Kraftstoffspeichers
Quelle: Volkswagen AG
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Biokraftstoffoptionen
Herstellung
Verteilung
Motortechnik
Biomassebasis
++
++
+
--
BtL
+
++
++
++
DME
--
--
0
++
HVO
++
++
++
--
++ (-)*
+
+
-- (++)*
+
0
0
++
Pflanzenöle
++
+
0
--
Pyrolyseöle
-
+
0
++
Wasserstoff
--
--
-
++
Biodiesel
Ethanol
Methanol
BtL: Biomass-to-Liquid DME: Dimethylether HVO: hydriertes Pflanzenöl
Legende: ++ Stand der Technik, +: Möglich/Labormaßstab, 0: Anpassung
vorhandener Technik erforderlich, -: Lösung/Gesamtkette nicht vorhanden,
--: nicht vorhanden ( )*: bei der Nutzung von Holz/Lignocellulose
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Rapsöl
Steckbrief
Rohstoff: Rapssaat
Chemisch:
Triglycerid
Hohe Anteile Öl-, Linol- und
Linolensäure
Ertrag Rapsöl: ca. 1.550 Liter pro Hektar
(entspricht etwa 1.480 Liter Diesel)
Verwendung in Dieselmotoren
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Rapsöl
Anwendung in Dieselmotoren
In Deutschland wird ausschließlich Rapsöl
als Kraftstoff genutzt (DIN 51605)
Einsatz insbesondere in Lkw und Traktoren
Moderne Motoren müssen angepasst
(umgerüstet) werden
Qualitätsvorgaben müssen eingehalten
werden
Umrüster Hausmann
Quelle: Universität Rostock
Zylinderkopf/Schmierölpolymerisation
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Zweitank-System / Deutz-Fahr „Natural Power“
Biodiesel
Anwendung in Dieselmotoren
Anwendung als Reinkraftstoff und als
Kraftstoffkomponente
in Deutschland Biodiesel nach DIN EN 14214 bzw. DIN 51628
(B7)
Einsatz insbesondere in Lkw, Nutzung in Pkw rückläufig
Fahrzeuge müssen von Herstellern für den Einsatz von
Biodiesel freigegeben sein. Aktuelle Probleme:
Abgasnachbehandlung
Schmierölverdünnung/-polymerisation
Materialverträglichkeit
Qualitätsvorgaben müssen eingehalten werden, um einen
störungsfreien Betrieb zu gewährleisten
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HVO
Eigenschaften
HVO – Hydrogenated
Vegetable Oils (hydrierte
Pflanzenöle)
Reine Kohlenwasserstoffe mit
dieselähnlichen Eigenschaften
– Anwendung in
Dieselmotoren ohne
Einschränkungen möglich
Rohstoffe: grundsätzlich alle
Öle und Fette pflanzlichen und
tierischen Ursprungs möglich,
gegenwärtig wird Palmöl
bevorzugt
Quelle: ®Trees for the world e.V.
Bislang keine Anwendung in
Deutschland bekannt
Quelle: www.nesteoil.com
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HVO
Herstellung
Neste Oil Raffinerie in Porvoo –
Standort der NExBTL-Anlage
Quelle: neste oil
Whitegate Refinery Cork, Irland
(Conoco Phillips) – Erste Aktivitäten
zur Co-Hydrierung
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Quelle: hydrocarbon-technology
HVO
Quelle: ®Trees for the world e.V.
Quelle: Kuchling 2010
Jatrophaöl
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Jatrophaöl
300°C
Jatrophaöl
hydriert
BtL-Kraftstoffe
Definition
⇒ BtL (Biomass-to-Liquid)Kraftstoffe sind aus
Kohlenwasserstoffen
zusammengesetzte Kraftstoffe,
die über ein aus Biomasse
gewonnenes Synthesegas
erzeugt werden.
⇒ Als Syntheseschritt kann jede
Synthese eingesetzt werden,
die direkt oder über
Zwischenprodukte
Kohlenwasserstoff erzeugt.
⇒ Es kann eine Vorkonditionierung der Biomasse
erfolgen, ein direkte Biomassevergasung ist nicht
zwingend.
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BtL-Kraftstoffe
Verfahrenstechnische Aufgabe
Komplexe
organische
Moleküle
Biobrennstoffe
Verbindung
Anteil
[%]
Cellulose
40 – 50
Lignin
20 – 30
Andere
20 - 30
Cellulose
C6H10O5
Lignin
-[CH2-CH2-]nBild: Choren
Dieselkraftstoff
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(vereinfacht)
Einfache
Kohlenwasser
stoffe
Das bioliq®-Verfahren
Prozesskette
Schnellpyrolyse
Stroh
Slurryherstellung
dezentral
Stroh
Hochdruck
Flugstromvergasung
zentral
Gaskonditionierung
Kraftstoffherstellung
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Foto: KIT
SyntheseKraftstoff
Das bioliq®-Verfahren
Produkte
Quelle: KIT
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Bioethanol
Steckbrief
Rohstoff: Zuckerhaltige Biomasse, z.B.
Getreide
Zuckerrüben
Zuckerrohr
Lignocellulose
Chemisch: Ethylalkohol
Ertrag: ca. 1.550 Liter pro Hektar
(entspricht etwa 1.480 Liter Diesel)
Verwendung in Ottomotoren (E85, E10,
E5, ETBE)
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Bioethanol
Nutzung als Kraftstoff
Geringer Heizwert bedingt höheren
volumetrischen Kraftstoffverbrauch
Höhere Oktanzahl erlaubt höheres
Verdichtungsverhältnis und
Wirkungsgradsteigerung (Potenzial für
„Downsizing“)
FlexFuelVehicles (FFV) für
Ethanolanwendung
E5 für „herkömmliche“ Fahrzeuge mit
Ottomotoren
In D ab 2011 E10
Verträglichkeit bei Altfahrzeugen
prüfen!
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Biomethan
Steckbrief
Rohstoffe: Energiepflanzen (v.a. Mais);
Gülle und organische Reststoffe
Chemisch: einfachster Kohlenwasserstoff
(CH4); farbloses Gas
Ertrag: ca. 3.550 kg pro Hektar
(entspricht etwa 5.000 Liter Benzin)
Verwendung in modifizierten
Ottomotoren/Zündstrahlmotoren
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Weitere diskutierte Biokraftstoffoptionen
(z.T. bereits umgesetzt)
Kraftstoffe:
Biomethanol, Höhere Alkohole (z.B. Biobutanol), gemischte
Alkohole
Bio-Ether (z.B. DME)
Biogene Acetale
Biobenzin, Biokerosin (Synthesekraftstoffe)
...
Rohstoffe:
Algen
Exotische Pflanzenöle (z.B. Jatropha, Rizinusöl)
Abfälle
...
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Nachhaltigkeitsanforderungen
THG-Emissionen
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
16. März 2010, Slide:
Fachgespr
25
äch
Ausblick
Aufgrund der rechtlichen Rahmenbedingungen werden
biogene Reinkraftstoffe wie Pflanzenöle, Biodiesel und
Ethanol in Deutschland keine Bedeutung haben.
Erdgas/Methan wird sich als Kraftstoff weiter verstärkt
durchsetzen, insbesondere in Flotten und
Metropolregionen.
Biokraftstoffe werden in Deutschland als Beimischung zu
fossilen Kraftstoffen verwendet werden.
Biokraftstoffe werden zukünftig stärker an die Motoren
anzupassen sein, damit sind HVO und BtL geeigneter als
klassische Biokraftstoffe
Die Entwicklung biogener Flugkraftstoffe beginnt derzeit
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Fachagentur
Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Hofplatz 1
D-18276 Gülzow
Tel: +49 3843 6930-0, Fax: +49 3843 6930-102
E-Mail: [email protected]
Internet: www.fnr.de
Informationsportal:
www.nachwachsende-rohstoffe.de
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12.11.08, Seite: 27