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Herstellungsprozess BTL-Kraftstoff
Biomasse dient als Rohstoff für BtL-Kraftstoffe. Die Wandlungskette zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen lässt sich in folgende Teilprozesse untergliedern:
Der große Vorteil von BtL-Kraftstoffen besteht darin, dass verschiedene Rohstoffe genutzt werden können: Das Spektrum reicht von Stroh, Bioabfällen und Restholz bis hin zu Energiepflanzen, die eigens für die Kraftstofferzeugung angebaut werden. 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.
Schätzungen gehen davon aus, dass man auf einem Hektar Fläche umgerechnet über 4.000 Liter BtL-Kraftstoff erzeugen kann. Würde man künftig 4-6 Millionen Hektar in Deutschland für den Energiepflanzenanbau nutzen, könnten mit BtL-Kraftstoffen aus heimischen Energiepflanzen 20 - 25 Prozent des heutigen Kraftstoffverbrauchs ersetzt werden. Europaweit wird das Potenzial sogar auf 40 Prozent des gesamten Kraftstoffbedarfs geschätzt.
Um aus Biomasse einen flüssigen Kraftstoff zu erzeugen, müssen die Rohstoffe zunächst in ein Synthesegas umgewandelt werden. Dazu wird die Biomasse in einem Reaktor unter Zuführung von Wärme, Druck und einem Vergasungsmittel, zum Beispiel Sauerstoff, in den gasförmigen Zustand übergeführt. Der Prozess wird auch als thermochemische Vergasung bezeichnet. Das Synthesegas besteht vor allem aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2).
Bei der Vergasung im großtechnischen Maßstab gilt es jetzt, noch einige technische Probleme zu lösen.
Die Gasreinigung ist das Bindeglied zwischen Gaserzeugung und Nutzung. Aus dem Synthesegas müssen Schwefelverbindungen, Stickstoffverbindungen und andere Schadkomponenten entfernt werden, die die Katalysatoren im anschließenden Syntheseverfahren beschädigen können. Dafür stehen Verfahren zur Verfügung, die auch in der großtechnischen Gasreinigung angewendet werden.
Da das erforderliche Verhältnis zwischen Wasserstoff und Kohlenmonoxid von 2:1 im Produktgas mit dem Rohstoff Biomasse nicht ohne Weiteres zu erreichen ist, wird der Wasserstoff-Anteil mit Hilfe des so genannten CO-Shifts im Synthesegas erhöht. Der CO-Shift erfolgt über die homogene Wassergasreaktion, bei der Wasser und Kohlenmonoxid in Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt werden. Letzteres wird anschließend abgetrennt.
Nach der Gasreinigung folgt der Syntheseschritt. Hier stehen zwei Verfahren zur Verfügung, von denen die Fischer-Tropsch (FT)-Synthese das Bekanntere ist. Es wurde 1925 am Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohleforschung entwickelt. In Deutschland wurden mit Hilfe der FT-Synthese ab 1938 aus Kohle CTL-Kraftstoffe produziert.
Eine zweite Option bietet das Methanol-to-Gasoline®-Verfahren (MtG), bei dem das Synthesegas zunächst in Methanol als Zwischenstufe umgewandelt wird. In einem nachgeschalteten Verfahrensschritt sind auch daraus Kraftstoffe zugänglich.
Nach der Selektion der erzeugten flüssigen Kohlenwasserstoffe in Schwer-, Mittel- und Leichtfraktionen werden diese veredelt und mittels Blending den gewünschten Kraftstoffeigenschaften gezielt angepasst.
