Rohstoffe: Bioraffinerien machen Abfall zu Erdöl-Ersatz

Rohstoffe: Bioraffinerien machen Abfall zu Erdöl-Ersatz

von Birk Grüling

So effizient und vielseitig wie Erdöl kann man keinen anderen Rohstoff nutzen. Oder doch? Forscher wollen jetzt Biomasse zur Alternative machen.

Ohne Erdöl wären wir im Alltag ziemlich aufgeschmissen. Von dem Schwarzen Gold hängen viele Annehmlichkeiten ab, mal offensichtlich wie beim Auto oder der Heizung und mal versteckt in den Inhaltsstoffen von Medikamenten und Kosmetik. Diese Abhängigkeit bringt ein großes, wenn auch nicht neues Problem: Öl ist kein nachwachsender Rohstoff. „Die Erdölreserven sind endlich. Deshalb brauchen wir dringend Konzepte für einen ähnlich effizienten Ersatz“, sagt Görge Deerberg vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT.

Ersatzstoffe sind bereits gefunden. Biomassen wie Stroh, Gülle und andere landwirtschaftliche Reststoffe könnten mittelfristig einen Teil des Erdöls ersetzen. „In Sachen effizienter Nutzung hat Erdöl einen Entwicklungsvorsprung von gut 150 Jahren. Heute wird Öl bis zum letzten Tropfen verwertet, davon sind wir bei der Biomasse noch weit entfernt“, sagt Deerberg. Um dieses Problem zu lösen, versuchen Forscher seit mehreren Jahren intensiv, mit der Raffinerie ein bewährtes Konzept aus der Ölindustrie auf die Biomasse zu übertragen.

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In einer Raffinerie werden aus Rohöl durch Reinigung, Destillation und Konversion eine große Anzahl von Produkten wie Kerosin, Schwerdiesel oder chemische Grundstoffe für Medikamente oder Kosmetik hergestellt. Raffinerien mit einem marktreifen Produktmix gibt es für die nachwachsenden Rohstoffe bisher nicht, weshalb auch die Bundesregierung deren Entwicklung mit knapp 70 Millionen Euro fördert. Das erklärte Ziel ist es, bis 2021 marktfähige Anlagen in Deutschland zu haben.

Größte Pilotanlage in LeunaDie derzeit größte Pilotanlage einer Bioraffinerie wurde im Oktober letzten Jahres in Leuna eröffnet. Als Rohstoff dienen dort Holzabfälle, die unter hohen Temperaturen und der Zugabe von Alkohol in Lignin und Cellulose aufgetrennt werden. Lignin wird beispielsweise als Bindemittel in der Holzindustrie genutzt. Cellulose ist ein wichtiger Grundstoff für Biokraftstoff und taugt außerdem für die Produktion von Biokunststoff.

Deutlich kleiner ist die Forschungsanlage an der Technischen Universität Hamburg-Harburg. Die dortigen Wissenschaftler setzen in der Testphase auf Stroh als klassisches Abfallprodukt der Landwirtschaft. Mit 150 Grad heißem Wasser und hohem Druck trennen sie das Stroh in Lignocellulose und Lipide auf. Lipide können eignen sich in Form von Harzen und Fetten als Naturprodukte wie Bratöl oder Kosmetikzusatz. Aus den Hauptbestandteilen der Lignocellulose - Lignin, Cellulose und Hemicellulose - gewinnen die Forscher Grundchemikalien wie Butanol und Biokraftstoffe.

Selbst dabei entstehenden Abfallprodukte könnten genutzt werden. Die Vision: Während das entstehende Biogas zur Deckung des hohen Energiebedarfs der Anlagen beiträgt, landet vergorenes Materia als Dünger zurück in der Landwirtschaft. Von der Marktreife sind die Hamburger Forscher trotzdem noch weit entfernt. In Leuna ist die kommerzielle Nutzung innerhalb der nächsten fünf Jahre das erklärte Ziel.

Biomasse-Verarbeitung enorm kompliziertAuf dem Weg dahin müssen die Forscher noch etliche Hürden überwinden: Schon die Trennung und Verwertung „frischer“ Biomasse ist deutlich komplizierter als die Verarbeitung von Rohöl, weil Zusammensetzung und Qualität stark variieren. Erdöl wird dagegen in einer kalkulierbaren Menge und konstanter Qualität an die Raffinerien geliefert. Bei der Bio-Variante kommen Grünabfälle, Lebensmittelreste, Holz, Stroh, Tierexkremente oder Pflanzenöle zusammen. Zwar entstanden unsere Erdölvorkommen auch aus abgestorbenen Meeresorganismen. Sie sind der Biomasse vom chemischen Aufbau ähnlich, allerdings brauchte es für diesen Prozess mehrere Hundert Millionen Jahre. In dieser Zeit verlor die Biomasse deutlich an Komplexität und wurde zu einem Kohlenwasserstoffgemisch.

An Ideen für mögliche Produkte mangelt es hingegen nicht. Neben Ethanol und Gas sind auch Basis- und Feinchemikalien, Grundstoffe für Verpackungen, Textilien oder Schaumstoffe denkbar. Allerdings befinden sich viele dieser Ansätze noch in einer frühen Entwicklungsphase, wie zum Beispiel die Herstellung von Kunststoff aus Zuckerrohr, Mais oder Holz. Einige Produkte aus Biokunststoff gibt es bereits auf dem Markt - die sind bislang aber allenfalls Nischenprodukte. Der Marktanteil liegt laut dem Branchenverband "European Bioplastics" unter einem Prozent.

Knackpunkt LogistikDie logistische Organisation ist nicht ganz unproblematisch. Die Biomassen müssen dezentral von den landwirtschaftlichen Betrieben oder Produktionsstätten an eine Anlage geliefert werden und zwar in ausreichender Menge. Solche zentralen Bioraffinerien müssten jährlich mehrere Hunderttausend Tonnen Biomasse verarbeiten, um ökonomisch tragfähig zu bleiben. Da nicht während des gesamten Jahres geerntet wird, muss entsprechender Lagerplatz her. „An den Produktkosten hätten solch hohe Logistikkosten für die Bereitstellung, den Transport und die Lagerung der Biomassen einen wesentlichen Anteil“, sagt Deerberg. Schätzungen zufolge könnte die LogistikKosten bis zu einem Drittel des Produktpreises ausmachen.

Ein möglicher Lösungsansatz wäre eine vertikale Organisation. Dabei würden schon die landwirtschaftlichen Betriebe den ersten Produktionsschritt üebrnehmen. Beispielsweise ließe sich ein Teil des Strohs gleich zu einem Biorohöl verarbeiten oder Fette, Harze oder Lignocellulose zerlegen. Sogar das Zusammenbringen von Erdöl- und Bioraffinerie wäre aus Sicht von Deerberg eine mögliche Option: „Das Einbringen von Bioöl in herkömmliche Anlagen wäre heute schon zu einem gewissen Prozentsatz möglich. Das wäre ein kleiner Schritt in die richtige Richtung und eine gute Möglichkeit für Testläufe“, sagt er.

Wie schnell es Bioraffinerien den Sprung aus den Forschungsinstituten auf den freien Markt schaffen werden, lässt sich trotz vieler Ideen und hoch gesteckter Ziele nicht genau sagen. „In zehn Jahren könnte es soweit sein, vielleicht klappt es schon in fünf oder erst ins 15“, zuckt Deerberg mit den Schultern. Entscheidend sind nicht nur die technischen Möglichkeiten oder eine Förderung von staatlicher Seite, auch ökonomisch muss sich das millionenschwere Investment in eine solche Anlage rechnen.

Im Fall der Bioraffinerie spielen dabei vor allem zwei Faktoren eine große Rolle: der Erdölpreis und die Produktpalette. Bei einem sehr hohen Marktpreis ist auch der Wunsch nach alternativen Ansätzen größer und durch eine größere Produktpalette steigen die Marktchancen der Anlagen. Langfristig dürfte allerdings kaum ein Weg an Bioraffinerien und damit an nachhaltigen und effizienten Alternativen zu einem knapper werdenden Rohstoff vorbeiführen.

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