Wann kommt die integrierte Bioraffinerie?

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Enge Verzahnung von Kraftstoff- und Chemikalienherstellung

Das bevorzugte Szenario der Bioraffinerie-Entwickler, nämlich die enge Verzahnung von Kraftstoff- und Chemikalienherstellung, stammt aus der Erdölindustrie. Bioraffination sei letztendlich nichts anderes als die Übertragung von Effizienz und Logik der fossil-basierten chemischen und stoffwandelnden Industrie sowie die Produktion von Energie auf die Biomasse-Industrie, meint Kamm.

Doch anders als Erdöl ist Biomasse ein natürlicher Rohstoff, der zwar in beliebiger Vielfalt zur Verfügung steht, aber große Qualitätsunterschiede aufweist. Entsprechend unterschiedlich sind auch die Bioraffinerie-
konzepte (siehe Tabelle S. 10). Während Kamms grüne Bioraffinerie die verwertbaren Proteine gewinnen will – als Abnehmer sieht sie u.a. die Kosmetik- und die Futtermittelindustrie – haben die Entwickler der Lignocellulose-Bioraffinerie Lignin im Visier. Rohstoffe sind hier trockenes, pflanzliches Material wie Hölzer oder Maisstroh. Lignin ist mit 30 Prozent der wichtigste Holzbestandteil und ein räumlich vernetztes, aromatisches Polymer, dessen aromatische Ringe als Ausgangsstoffe für chemische Synthesen genutzt werden können.

Stroh, Holz oder Klee?

Prinzipiell funktionieren alle Konzepte gleich: Der erste Schritt besteht aus einer physikalischen Stofftrennung, darauf folgt die mikrobiologische oder chemische Aufspaltung der Hauptbestandteile und im Anschluss die Konversion in die Zielmoleküle, in der Regel diverse Zucker, Proteine, Fette oder eben Lignin.

Doch was theoretisch so simpel klingt, ist in der Realität eine Herkulesaufgabe, wie das Beispiel der Lignocellulose zeigt. In den letzten zwei Jahren haben Dr. Werner Baecker von Bayer Technology Services und die Dechema im Rahmen eines vom BMELV finanzierten Projektes untersucht, wie man am Besten an die Holzbestandteile, Cellulose, Hemicellulose und Lignin herankommt. Die verfahrenstechnische Basis steht mittlerweile, jetzt kommen die Feinarbeiten. Herz des Verfahrens ist das aus der Zellstoffindustrie entlehnte Organosolv-Verfahren, bei dem Holzhackschnitzel aus Buchenholz mit einem Wasser/Ethanolgemisch unter hohem Druck gekocht werden. Cellulose und Hemicellulose werden dann enzymatisch zu Glucose bzw. Xylose hydrolisiert. Knackpunkt dieses Konzeptes ist bisher das Lignin, das am Ende des Prozesses aus der Mutterlauge ausgefällt wird und für das bisher ein tragfähiges Verwertungskonzept fehlt. Das wiederum ist nötig, damit das Verfahren in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mit einem Plus herauskommt.

Jetzt geht das Projekt in die zweite Phase. An deren Ende soll eine Pilotanlage im Chemiepark Leuna stehen, für die noch in diesem Jahr der Startschuss fallen soll. Das Pilotprojekt ist Teil eines Plans, den Dr. Markus Wolperdinger, Leiter der Industriellen Biotechnologie bei Infraleuna, in bunte Powerpoint-Folien verpackt hat und kürzlich auf einer Tagung im Dechema-Haus in Frankfurt präsentierte. Leuna soll sich nämlich mit dem Bau des Chemisch-Biotechnologischen-Prozesszentrum (CBP) zu einem biochemisch und petrochemisch integrierten Standort entwickeln und damit die Abhängigkeit des Chemieparks von Erdölimporten mindern.

Katalysatoren gesucht

Zurzeit beschränken sich beide Pilotanlagen auf das, was Kamm Primärraffination nennt. Es geht also um die Trennung der Biomasse in die Fraktionen. Aber das ist nur der erste Schritt. Die größte Aufgabe haben die Entwickler noch vor sich. Die von den diversen Einsatzstoffen ausgehenden, dem petrochemischen Stammbaum nachempfundenen Reaktionswege zu den begehrten Basischemikalien existieren nämlich bisher nur als Fließschemata. „Viele Umwandlungen stehen nur auf dem Papier, weil es keine effizienten Katalysatoren gibt“, lautet Ulbers ernüchterndes Fazit. Außerdem stehen und fallen alle diskutierten Bioraffineriekonzepte mit der Frage, wie die gigantischen Mengen an Stroh, Holz oder Pflanzenteilen herangeschafft werden sollen, die nötig sind, um die für die Wirtschaftlichkeit nötige Economy-of-Scale zu erzielen. „Unserer Wirtschaftlichkeitsberechnung für eine Lignozellulose-Bioraffinerie liegt eine Anlagengröße von
400 000 Jahrestonnen Holz zugrunde. Hier würden 50 Tonnen Holz pro Stunde verarbeitet“, rechnet Baecker vor. In ähnlichen Größenordnungen bewegt sich das Konzept von Kamm. Die Primärraffinerie soll im Endausbau 40 000 Tonnen Grünmasse jährlich verarbeiten. Kamm hat das Logistikproblem für die Demonstrationsanlage allerdings geschickt gelöst: Sie nutzt die bestehende Infrastruktur und dockt an ein Grünguttrockenwerk an.

Keine Konkurrenz zur Nahrung

Hinzu kommt: Die Biodieseldiskussion hat gezeigt, dass auch das Thema Nutzungskonkurrenz große Brisanz mit sich bringt. Eine Falle, in welche die Entwickler nicht noch einmal tappen wollen. „Wir wollen nicht im Wettbewerb zur Nahrungsmittelproduktion stehen“, betont Prof. Dr. Kurt Wagemann, der für die Dechema das Verbundprojekt Lignocellulose-Bioraffinerie mitbearbeitet.

Die Bioraffinerieaktivitäten haben mittlerweile auch die Anlagenbauer auf den Plan gerufen. Linde ist als Generalkontraktor beim CBP in Leuna mit im Boot und auch beim Bau der Pilotanlage im Havelland. Auch die Chemie steht in den Startlöchern. Der Chef der Süd-Chemie Dr. Günther von Au hat den Katalysatorhersteller schon 2008 mit einer Kooperation mit Linde in Stellung gebracht.

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