Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Osterfelder Straße 3
46047 Oberhausen
Dr.-Ing. Volker Heil – Projektleiter
Telefon: +49 (0) 208-8598-1163
E-Mail: volker.heil@umsicht.fraunhofer.de
Dr.-Ing. Feelly Ruether – Projektkoordinatorin Prozesssimulation
Telefon: +49 (0) 231- 755-3199
E-mail: Feelly.Ruether@bci.tu-dortmund.de
Dieses Vorhaben untersucht die prinzipiell möglichen, aber bisher noch nicht technisch realisierten Nutzungspfade biogener, fett- und ölbasierter Reststoffe und Koppelprodukte durch katalytisches Cracken in hochwertige gasförmige Kohlenwasserstoffgemische wie Erdgassubstitut (»Substitute Natural Gas« - SNG) und Flüssiggas (»Liquified Petroleum Gas«- LPG). Auf ihre Eignung geprüft werden Einsatzstoffe wie Abscheideröle, Glycerin aus der Biodieselproduktion und Fettsäure- und Ölrückstände aus der Fettsäureherstellung sowie der Pflanzenölverarbeitung.
Die Anwendung des katalytischen Crackens zur gezielten Konversion pflanzlicher Öle und Fette und ihrer Derivate in hochkalorige Brenngase soll hier erstmals als Nutzungspfad für biogene Reststoffe und Koppelprodukte untersucht werden. Am Ende des Projektes sollen belastbare Informationen darüber vorliegen, welche Einsatzstoffe sich hierfür eignen, wie die Katalysatoren und Prozessbedingungen ausgewählt werden sollten und welche Produktqualitäten erzielbar sind.
Basierend auf den experimentellen Ergebnissen sollen in einer Potenzialstudie die wichtigsten Endprodukte und ihre Anwendungen aufgezeigt und miteinander sowie mit den konkurrierenden Verwertungsrouten der Einsatzstoffe verglichen werden. Neben den sonstigen Brenngasanwendungen deckt das Projekt mit den Produkten »Bio-SNG« und »Bio-LPG« insbesondere auch beide technisch relevanten Gasgemische des Mobilitätssektors (Erdgasantriebe, Autogasantriebe) ab.
Ein spezielles Zielprodukt des Vorhabens ist ein Brenngasgemisch (LPG oder ähnliche Gaszusammensetzung), mit welchem Biomethan zu netzeinleitbaren Erdgasqualitäten aufgewertet werden kann. Damit soll eine Möglichkeit zur wirtschaftlichen Herstellung von komplett biogenem, spezifikationsgerechtem SNG aufgezeigt werden.
Schließlich soll im Rahmen einer Verfahrensentwicklung auf Basis der Laborergebnisse die Umsetzung des Prozesses in den Technikums- und Produktionsmaßstab konzipiert und eine erste belastbare Abschätzung erwartbarer Produktionskosten vorgelegt werden.
Das katalytische Cracken an mikro- und mesoporösen Substanzen ist als Verfahrensansatz zur direkten Umwandlung pflanzlicher und tierischer Fette und Öle sowie ihrer Derivate in sauerstofffreie Kohlenwasserstoffgemische bekannt. Hierbei entstehen gasförmige Kohlenwasserstoffe als Nebenprodukte. In diesem Vorhaben sollen zunächst eine Laboranlage zum katalytischen Cracken zur gezielten Gasproduktion ertüchtigt werden. Verschiedene Einsatzstoffe ohne Nahrungsmittelkonkurrenz werden unter Variation der Prozessparameter und der Katalysatoren umgesetzt und die Produkte gaschromatographisch untersucht. Weiterhin wird experimentell geprüft, in wieweit der Einsatz eines Substratmixes sich positiv auf die Konversion auswirken kann.
Als Verfahrensentwicklung wird auf Basis der Laborergebnisse die Umsetzung des Prozesses in den Technikums- und Produktionsmaßstab bis hin zur Angabe der wichtigsten Stoff- und Energieströme konzipiert. Dies wird durch eine ASPEN PlusTM-Fließbildsimulation ermöglicht, welche auf einem 2-Reaktoren-Modell aufbaut, das erste Crackreaktionen in der dem katalytischen Reaktor vorgeschalteten Verdampferstufe einbezieht. Erste Kostenrechnungen werden mit dem programmpaketinternen ASPEN-Kostenmodell sowie der von Taylor vorgestellten »Process-Step-Scoring«-Methode vorgenommen.
Die auf den Produktabsatz ausgerichtete Potenzialstudie betrachtet mit biogenem LPG / SNG ein bisher nicht marktverfügbares Produkt. Daher sollen hier zunächst geeignete Markteinführungsszenarien aufgestellt werden, welche auch mögliche Synergien durch Blending der Produkte mit konventionell hergestelltem Biomethan / Biogas berücksichtigen.
