Biomass-To-Liquid Choren eröffnet im Frühjahr das weltweit erste kommerzielle Biomass-to-Liquid-Werk

Autor / Redakteur: Christoph Uhlhaas / Dr. Jörg Kempf

Vom Acker in den Tank: Treibstoffe aus Pflanzen versprechen eine bessere CO2-Bilanz und Unabhängigkeit von Ölimporten. In Freiberg nimmt eine Produktionsanlage den Betrieb auf, die erstmals im industriellen Maßstab Biomasse zu Flüssigtreibstoff verarbeitet und dabei auf die Fischer-Tropsch-Synthese zurückgreift.

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Ein Choren-Chemiker untersucht die Qualität des im Fischer-Tropsch-Verfahren verflüssigten Kraftstoffs.
Ein Choren-Chemiker untersucht die Qualität des im Fischer-Tropsch-Verfahren verflüssigten Kraftstoffs.
( Bild: Choren )

Choren – der Name ist Programm. C, H und O stehen für Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, „ren“ für renewable: Das Unternehmen mit 230 Mitarbeitern entwickelt Verfahren, mit denen sich aus nachwachsenden Rohstoffen die bezeichneten Energiebausteine nutzbar machen lassen. Große Aufmerksamkeit erregt die geplante BTL (Biomass to Liquid)-Anlage, die Holzabfälle chemisch in Flüssigkraftstoff umwandelt. Den produzierten BTL-Kraftstoff – 15 000 Tonnen pro Jahr – kann jeder Dieselmotor problemlos tanken. Im April 2008 will das weltweit erste kommerzielle BTL-Werk den Beweis antreten, dass die chemische Route zum synthetischen Biokraftstoff konkurrenzfähig ist. Ende November wurde Choren dafür als einer der „365 Orte im Land der Ideen“ ausgezeichnet. Grund genug, einmal einen näheren Blick auf die Freiberger Biosprit-Anlage zu werfen.

Produktion in zwei Schritten

Die chemische Produktion von BTL-Kraftstoffen läuft in zwei Schritten. Erst werden die Pflanzenreste unter Sauerstoffmangel erhitzt, bis die langkettigen Moleküle in ein Synthese-gas, „Syngas“ zerfallen. Es besteht hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Diese kleinen Moleküle werden in einem zweiten Schritt mithilfe von Katalysatoren zu synthetischen Kraftstoffen zusammengesetzt. Dieser als Fischer-Tropsch-Synthese bekannte Prozess wurde bereits im nationalsozialistischen Deutschland eingesetzt. Große Bedeutung erlangte das Verfahren im Südafrika der Apartheid, das unter Ölembargo seine Kohlevorkommen in Kraftstoff umwandelte.

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In Freiberg dagegen wird ab 2008 Biomasse verarbeitet. Die lässt sich schwieriger in Synthesegas umwandeln als Kohle. Strohhalme oder Holzspäne wandern grobkörniger in die Anlage als staubfein gemahlene Kohle. Deshalb lässt sich Biomasse nur unvollständig vergasen – ein Teil verunreinigt in herkömmlichen Anlagen als Teer oder Methan das Synthesegas. Lange Zeit ließ sich deshalb aus Biomasse nur ein minderwertiges Synthesegas gewinnen. Mit dem bereits 1995 patentierten „Carbo-V-Verfahren“ hat Choren dieses Problem gelöst. Das Carbo-V-Verfahren verwandelt die Pflanzenmoleküle in ein teerfreies hochreines Syngas.

Auf die Vorbehandlung kommt’s an

Dabei komme es auf die Vorbehandlung des Materials an, so Matthias Rudloff, Leiter der Unternehmensentwicklung bei Choren: „Eine Möglichkeit wäre, die trockenen Pflanzenreste so fein zu zermahlen, wie das bei Kohle Standard ist. Doch das kostet zu viel Energie und der Holzstaub hat immer noch nicht die gewünschten mechanischen Eigenschaften.“ Das Carbo-V-Verfahren dagegen verschwelt die groben Holzschnipsel vor der eigentlichen Vergasung in einem 500 °C heißen Niedertemperaturreaktor. Ein Teil der Biomasse zerfällt dabei in ein teerhaltiges Schwelgas. Der Rest bleibt als Biokoks zurück. Der gasförmige Teil lässt sich problemlos im Flugstromvergaser mit Wasser und Sauerstoff zum gewünschten Synthesegas teiloxidieren. Bei Temperaturen von 1400 °C entsteht ein Gemisch aus vorwiegend Kohlenmonoxid und Wasserstoff.

Das heiße Gas muss im Anschluss heruntergekühlt werden. Für dieses Quenching wird bei Kohlevergasern Wasser eingespritzt. „Diese Methode eignet sich aber nur für die Kohlevergasung, wo das Wasser zusätzlichen Wasserstoff für die weitere Verarbeitung zu Synthesegas liefert. Biomasse bringt jedoch schon ausreichend Wasserstoff mit, weiteres Wasser würde nur stören“, so Rudloff. Beim Carbo-V-Verfahren kommt deshalb die vorher abgetrennte Holzkohle wieder ins Spiel: Fein gemahlen wird sie in das 1400 °C heiße Gas geblasen. Dort zerfällt auch dieser Kohlestaub, und es entsteht das Synthesegasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Und weil diese Reaktion endotherm ist, kühlt sie das Gemisch innerhalb von Sekunden auf 800 °C ab und besorgt so das gewünschte Quenching. Das ist der Trick des Carbo-V-Verfahrens.

Der Flugstromvergaser gleicht den Anlagen aus der Kohlevergasung. Erst die Kombination mit dem vorgeschalteten Niedertemperaturreaktor und der nachgeordneten endothermen Flugstromvergasung macht die Prozessführung des Carbo-V-Verfahrens aus. Noch der letzte Pflanzenstängel wird so zu Synthesegas. Laut Firmenangaben erreicht das Carbo-V-Verfahren einen Kaltgaswirkungsgrad von 80 Prozent. Vier Fünftel der chemischen Energie der Pflanzenreste werden also in Form von Synthesegas für die weitere Verwendung zugänglich.

Die weitere Verwendung

Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Das Gasgemisch lässt sich beispielsweise sauber verbrennen, um daraus direkt Energie zu gewinnen. Oder aber es wird chemisch weiterverarbeitet zu Kraftstoff – wie in der neuen Choren-Anlage. Hier zahlt sich die Kooperation mit Shell aus, das eine Minderheitsbeteiligung an Choren hält. Im malaysischen Bintulu unterhält der Ölriese eine Anlage, die Erdgas in Treibstoff umwandelt. Dort wird – ebenso wie in Freiberg – Synthesegas zu Kraftstoff zusammengesetzt. Die verwendete „Shell-Middle-Distillate“-Technologie hat der ungleich größere Geschäftspartner Choren zur Verfügung gestellt.

Diese weiterentwickelte Fischer-Tropsch-Synthese kommt deshalb auch in der zweiten Prozessstufe des Choren-BTL-Werkes zum Einsatz. Das Kohlenmonoxid und der Wasserstoff werden dort mithilfe von Katalysatoren zu langkettigen Kohlenwasserstoffen verarbeitet – zu Treibstoff. Dabei abfallende Wachse werden wie in konventionellen Raffinerien üblich durch Hydrocracking wieder aufgespaltet und dem eigentlichen Prozess zugeführt.

Im Malaysischen GTL-Werk produziert Shell einen synthetischen Kraftstoff, der dem Premiumprodukt „Shell-V-Power“ beigemischt wird. Ähnliches soll auch mit dem Freiberger BTL-Sprit geschehen. Shell hat jedenfalls mit Choren langfristige Abnehmerverträge abgeschlossen.

Ehrgeizige Ziele

Bis 2012 soll eine ungleich größere Anlage mit einer Jahresproduktion von 200 000 Tonnen entstehen. Choren verriet Ende Dezember seinen favorisierten Standort für das 800 Millionen Euro schwere Projekt: Das brandenburgische Schwedt machte dank der benachbarten PCK-Raffinerieanlage und einer guten Biomasseversorgung das Rennen. „Mittelfristig peilen wir für Deutschland fünf Standorte an, die zusammen eine Million Tonnen BTL-Kraftstoff herstellen.“ Im selben Zeitraum soll auch eine erste BTL-Fabrik in den USA entstehen.

Ein weiterer wichtiger Markt für Choren ist das energiehungrige China. Dort hat Choren gemeinsam mit dem chinesischen Ölriesen CNOOC 2006 eine Tochterfirma ausgegründet, die Choren-CNOOC Beijing Gasification Engineering Technology. Weiterhin baut das chinesische Kohlechemieunternehmen Yankuang Kaiyang Coal Chemical eine Anla-ge, die mit Unterstützung von Choren-Experten Ammoniak herstellt – mit der 30-fachen Kapazität im Vergleich zur Freiberger BTL-Anlage.

Die Kompetenz in Sachen Kohlenstoffvergasung hat der Choren-Gründer Bodo Wolf schon in DDR-Zeiten am Freiberger „Deutschen Brennstoffinstitut“ (DBI) erworben. Denn die sozialistische Regierung liebäugelte lange Zeit mit der CTL-Option, ihre Braunkohlevorkommen in Treibstoff zu verwandeln. Doch während das Ölembargo gegen Südafrika dort große CTL-Anlagen und den CTL-Marktführer Sasol entstehen ließ, wurde in der DDR der ökonomische Druck nie groß genug um eine größere CTL-Industrie entstehen zu lassen.

Mit dem Carbo-V-Verfahren könnte der DBI-Nachfolger Choren nun den Durchbruch im Zukunftsmarkt Biokraftstoffe schaffen. Das wachsende Choren-Engagement in China, das dieses Jahr 128 Milliarden in die Kohlevergasung investiert, könnte der alten Kompetenz in Sachen Kohlevergasung eine neue Zukunft bescheren.

Der Autor arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist in Köln.

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