Wegweisendes EU-Projekt: BioMates will großflächig Biogrundstoffe im Raffinerieprozess einsetzen

BP ist einer von acht Partnern entlang der gesamten Produktionswertschöpfungskette

Mit BioMates beteiligt sich BP seit 2016 an einem wegweisenden Projekt, biobasierte Materialien im herkömmlichen Raffinerieprozess einzusetzen. Das Vorhaben wird vom Europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizont 2020 gefördert und vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen koordiniert. Ziel des Projektes ist es ein Verfahren zu etablieren, nachhaltige Grundstoffe anstelle von Rohöl im großen Maßstab in Raffinerien verarbeiten zu können. BioMates steht dabei für: 'Bio-based Intermediates', also ein biobasiertes Zwischenprodukt.

Das acht Partner umfassende Projekt geht nun in die nächste Runde: Experten entwickelten jüngst eine Pilotanlage, die erstmalig im Testbetrieb bis zu fünf Kilogramm Stroh und Nicht-Nahrungsmittelpflanzen (Miscanthus) zu Bio-Öl einer neuen Generation verarbeiten kann. Gleichzeitig hat das internationale Forscherteam die idealen Einsatzpunkte für dieses Öl innerhalb konventioneller Raffinerien identifiziert. Damit rückt das Projekt schrittweise seinem Ziel näher, künftig aus lignocellulosehaltiger Biomasse im Demonstrationsmaßstab Kraftstoffe herzustellen.

Derzeit können konventionelle Kraftstoffe erst nach Produktion mit fertigen Biokraftstoffen gemischt werden. Mit dem Einsatz von BioMates wäre dieser Schritt nicht mehr notwendig. Es würden Hybridkraftstoffe mit hohem Bioanteil und vollständiger Kompatibilität mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren entstehen.

Die Vorteile auf einen Blick

Dekarbonisierung des Verkehrssektors – Durch den Einsatz von BioMates als verlässlichem und erneuerbarem Einsatzstoff für die Raffinerien kann ein Hybridkraftstoff mit bis zu 30 Prozent Bioanteil hergestellt werden.

Umweltvorteile im Vergleich zu konventionellen fossilen Kraftstoffen durch eine messbare Reduzierung von CO2-Emissionen durch Dekarbonisierung der Kraftstoffe, Nutzung Konversionskapazität in bereits bestehenden Rohöl-Raffinerien und Heben von Synergien im Raffinerieprozess.

 

Umweltvorteile im Vergleich zu konventionellen Biokraftstoffen durch dezentralisierte Nutzung von lignocelluloser Biomasse, Integration von effizienten Energietechnologien, Nutzung erneuerbarer Energieträger und Nutzung aller aufkommenden Nebenprodukte.

Niedrige indirekte Landeinflüsse (ILUC) durch Nutzung von landwirtschaftlichen Reststoffen (Stroh) und 'non-food' Biomasse (Miscanthus) als Rohmaterial mit minimalen Energieanforderungen und niedrigen ILUC Risiken.

Hochwertige biobasierte Einsatzstoffe

Die biobasierten Materialien sollen aus holz- oder halmgutartigen Reststoffen und Agrarprodukten wie Stroh und Gräsern hergestellt werden. Die kosteneffiziente und dezentrale Aufwertung von lignocellulösen Reststoffen und Agrarprodukten wie Stroh und das schnell wachsende, mehrjährige Gras Miscanthus x giganteus für die Herstellung der beschriebenen Zwischenprodukte ist das zentrale Element des Projektes. 

Aufgrund des hohen Bedarfs an solchen Reststoffen würden entsprechende Anlagen dort gebaut werden, wo genügend „Futter“ für die Anlage vorhanden ist, also beispielsweise in Südosteuropa. Angedacht ist auch die Nutzung von Altholz, Sperrmüll, sowie bisher nicht genutzte Hackschnitzel aus der Pflege des Bewuchses entlang von Straßen und Bahnstrecken. 

Eine große Herausforderung ist die einheitliche Spezifikation des entstehenden flüssigen Pyrolyseöls. Die Qualität der Biomasse-Vorprodukte ist oft nicht gleichbleibend und ihre Eigenschaften daher nicht mit den herkömmlichen Raffinerieprozessen kompatibel. Das neue Verfahren soll gewährleisten, dass die Biomaterialien verlässliche Stoffeigenschaften aufweisen und für den hoch sensiblen Raffinerieprozess geeignet sind.

Umwandlung zu Bioöl und Intermediaten

Die Herangehensweise von BioMates basiert auf innovativen Umwandlungstechniken für Nicht-Nahrungspflanzen. In einem ersten Schritt („ablative Schnellpyrolyse“) soll die Biomasse zunächst zu so genanntem „Bioöl“ umgewandelt werden. In der späteren Realisierung soll dieser Prozess möglichst direkt beim landwirtschaftlichen Erzeuger erfolgen. 

Nachfolgend soll das Bioöl mittels milder Hydrierung zu definierten Intermediaten, also Zwischenprodukten zum Einspeisen in die Raffinerie, umgesetzt werden. Dieser Schritt sollte direkt in der Nähe der Raffinerien erfolgen, die später diese Intermediate einsetzen sollen. Dies ermöglicht wichtige Synergieeffekte, insbesondere durch Nutzung von Überschuss-Wasserstoff aus der Raffinerie für die katalytische Hydrierungsreaktion. Dieser Reaktionsschritt ist letztlich dafür verantwortlich, dass das Bioöl in Intermediate mit genau festgelegten Eigenschaften überführt wird: die „Bio-based Intermediates“, kurz „BioMates“.

Demonstration in Pilotanlagen

Der vorgeschlagene Weg zur Reduktion der CO₂-Emission von Kraftstoffen wird in Pilotanlagen im sogenannten TRL 5 demonstriert. Diese technologische Entwicklungsstufe („Technology Readiness Level“) zeigt an, dass die Praxistauglichkeit von Technologien in einer realitätsnahen Umgebung gezeigt wird. Aktuell befindet sich die Versuchsanlage zur Pyrolyseölgewinnung in Gelsenkirchen, welche aber nicht in der BP Raffinerie angesiedelt ist. Der Einsatz der von den Projektpartnern hergestellten „BioMates“ soll in einer griechischen Pilotraffinerie praxisnah getestet werden.

Acht Partner aus fünf Ländern

Das Team besteht aus acht Partnern aus fünf EU-Ländern. Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen koordiniert das Projekt. 

Analog zur zweigeteilten späteren Produktionsanlage (beim Stroherzeuger und bei den Raffinerien) wird es auch eine zweigeteilte Validierungsanlage (in Oberhausen und bei CERTH in Thessaloniki) geben, in der die Gesamttechnologie umgesetzt wird. HyET aus Arnheim wird die Einheit zur elektrochemischen Wasserstoffverdichtung beisteuern, und Ranido aus Prag wird mit Unterstützung der Universität für Chemie und Technologie Prag die Katalysatoren entwickeln. IFEU aus Heidelberg wird gemeinsam mit dem Imperial College aus London eine einheitliche Nachhaltigkeitseinschätzung aufstellen. Als Raffineriebetreiber wird BP die Analysen und ökonomische Auswertung durchführen. 

Weitere Informationen zum Projekt unter www.biomates.eu.

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