Nutzung der Bioenergie in Deutschland heute und morgen
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Fachgespräch Bioenergie in Deutschland, Chancen und Perspektiven,
CDU/CSU Fraktion im Deutschen Bundestag, 20.11.2006
Nutzung der Bioenergie in Deutschland
heute und morgen
presented by:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit Kamm
Forschungsinstitut biopos, Teltow-Seehof und
Brandenburgische Technische Universität Cottbus
1
Nutzung der Bioenergie in Deutschland
heute und morgen
Inhalt:
1 Einleitung (Background)
1.1 Ziele Biomasse-Technologien in den USA
1.2 Ziele der EU und Deutschland bei Nutzung der Bioenergie
2 Was ist eine Bioraffinerie ?
3 Kurzer Überblick über internationale Bioraffinerie-Systeme
4 Bioraffinerie Anlagen und Produkte (Beispiele)
4.1 PLA-Anlagen und Produkte in den USA und Japan
4.2 Ethanol-oriented LCF-Biorefinery in Island
5 Zusammenfassung und Ausblick in Deutschland
presented by:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit Kamm
biopos, Teltow-Seehof und
Brandenburgische Technische Universität Cottbus 2
1. Einleitung / Background
Vision 2030
Etablierung einer Nachhaltigen Biobasierten Industrie als Grundlage
moderner und stabiler Lebens- und Erwerbsmöglichkeiten
Land- und Forstwirtschaft Industrie Produkte und Markt
AgroIndustrie
3
Nationale Ziele bei Biomasse Technologien in den USA
Biomass Technical Advisory Committee (U.S.A.)*, [ ]
Jahr 2002 2010 2020 2030
Bioenergie aus Biomasse 5%
2.8 % 4% 5%
Biomasse Anteil bei Elektrizität & (5.0
(2.7 quads) (3.2 quads) (4.0 quads)
Wärme quads)
0.5 % 20 %
Biokraftstoffe 4% 10 %
(0.15 (9.5
Biomasse Anteil bei Kraftstoffen (1.3 quads) (4.0 quads)
quads) quads)
Biobasierte Produkte
Anteil an biobasierten Chemikalien 5% 12 % 18 % 25 %
und Materialien
quads: 1 quad = 1 quadrillion BTU = 1 german billiarde BTU
(BTU = British Thermal Unit ; 1 BTU = 0,252 kcal, 1KW = 3413 BTU, 1kcal = 4,186 kJ)
* A group from industry, academia, non-profits, the agriculture and forestry sectors:
(among other things) Dow Chemical; E.I. du Pont; Cargill Dow; Cargill, Genencor Inc.;
National Corn Growers Assoc.; Natural Resources Defense Council .. (oct. 2002)
4
Ziele der EU und Deutschland beim Einsatz von
erneuerbaren Rohstoffen und Energien [ ]
Jahr 2002 2005 2010 2020 - 2050
Bioenergie [2]
Anteil von Windkraft, Fotovoltaik, 26% (2030) [3]
7,5 % - 12,5 %
Biomasse und Geothermie bei Elektrizität 58% (2050)
& Wärme
Biokraftstoffe [1] 20%
Biomasse Anteil bei Kraftstoffen 1,4 % 2,8 % 5,75%
(Otto- und Dieselkraftstoffe)
(2020) [4]
Biologisch (bio)basierte
Produkte 7 -9% ? ? ?
Anteil an biobasierten Chemikalien
Im Bereich der „Biologisch Basierte Produkte“ (Biobasierte Produkte) Dritte Säule gibt es in
der Europäischen Union derzeit noch keine Richtlinie. Nach den Direktiven für Bioenergie und
Biokraftstoffe steht eine solche Richtlinie politisch auf der Tagesordnung.
In Deutschland: Deutscher Bundestag, Drucksache 154943, 23.02.2005
[ 1] European Parliament and the Council; On the promotion of the use of biofuels, Directive
2003/30/EC, 08 May 2003 .
[ 2] Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien [Erneuerbare Energiegesetz (EEG)],
EEG/EnWGuaÄndG. (29. März 2000), BGBl I 2000, 305
[ 3] Nitsch u.a.: Klimaschutz durch Nutzung erneuerbarer Energien, UBA-Berichte 2/2000
[ 4] The European Parliament and Council; Green Paper "Towards a European strategy for the security
5
of energy supply" KOM2002/321 26.06.2002
1. Einleitung /Background
Bioraffinerien und Biobasierte Industrielle Produkte
Erdöl
Ausgangssituation
Ausgangssituation
Erdgas
••Der
DerErhalt
Erhaltund
unddie
dieBewirtschaftung
Bewirtschaftung
27%
der
der Ressourcen ist wesentlichfür
Ressourcen ist wesentlich für
→ Nachhaltige Entwicklung.
→ Nachhaltige Entwicklung. 55%
10%
••Ein
Einnachhaltiges
nachhaltigesWachstum
Wachstumerfordert
erfordert Kohle
sichere Rohstoffressourcen für
sichere Rohstoffressourcen für 8%
→→Industrielle
IndustrielleProduktion.
Produktion.
••Es Nachwachsende
Esmüssen
müssenLösungen
Lösungengesucht
gesuchtwerden,
werden,
den Verbrauch an fossilen Ressourcen Rohstoffe
den Verbrauch an fossilen Ressourcen
(Erdöl,
(Erdöl,Erdgas
ErdgasKohle,
Kohle,Mineralien)
Mineralien)zu
zu Rohstoffeinsatz in der
→ Reduzieren.
→ Reduzieren. Chemischen Industrie
(Gesamtweltverbrauch: 245 Mill. t, 2000)
6
1. Einleitung / Background
Bioraffinerien und Biobasierte Industrielle Produkte
Lösungsansätze
Umsetzung, eines
→ Drei-Säulen-Konzeptes aus:
• BioEnergie
• BioKraftstoffe
• Biobasierte Produkte
unter dem Dach einer
→ Biobasierten Wirtschaft
Für die Stoffwirtschaft (Materialien und Produkte )
gibt es nur die Alternative der
→ Substitution fossiler Rohstoffe durch
→ biologische Rohstoffe.
Drei-Säulenmodell einer zukünftigen
Biobasierten Wirtschaft
7
Nutzung der Bioenergie heute und morgen
Biorefining oder Bioraffination
ist letztendlich nicht anderes als die
Übertragung
von Effizienz und Logik der
fossil-basierten Chemischen und Stoffwandelnden Industrie
und Produktion von Energie auf die Biomasse.
Kamm, B.; Gruber, P. R.; Kamm, M.; Biorefineries- Industrial Processes and Products:
Ullmann’s Encyclopädia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2006
8
2. Was ist eine Bioraffinerie?
Eine
EineBioraffinerie
Bioraffinerieist
istein
einkomplexes
komplexesundund Kraftstoffe Kraftstoffe
und und
integriertes System von Prozessen und
integriertes System von Prozessen und Energie Energie
Anlagen
Anlagenininwelchem
welchemBiomasse
Biomasseinineine
eine
- Bioethanol
- Biodiesel
Vielzahl
Vielzahl von Produkten umgewandeltwird.
von Produkten umgewandelt wird. - Biogas
Bioraffinerie
Bioraffinerieist
istdem
demKonzept
Konzept
einer
einer → petrochemischenRaffinerie
→ petrochemischen Raffinerie Erdöl Biomasse
angelehnt.
angelehnt.
Bioraffinerien
Bioraffinerienvereinen
vereinendie
dieTechnologien
Technologien Stoffliche Verwertung,
zwischen
zwischen den biogenen Rohstoffenund
den biogenen Rohstoffen und Chemie
Chemie
- Basis- und Feinchemikalien
industriellen Zwischen- und Finalprodukten.
industriellen Zwischen- und Finalprodukten. - Biopolymere/Kunststoffe
Raffinerie Bioraffinerie
9
Technologie und Produkte (Beispiele)
Gehäusekunststoffe
LCF-Bioraffinerie Lignin auf Basis von Lignin
Nylon
Furfural Bekleidung
Lävulinsäure Kraftstoffe und
Additive
Ethanol
SP-Bioraffinerie
Zucker
Ethylen Chemie
Stärke
Milchsäure
Superabsorber Verpackungen
Grüne Bioraffinerie auf Stärkebasis Folien
Lysin
Proteine
Klebstoffe
Schaumstoffe
Polyurethane
SP - Stärkepflanzen 10
LCF - Lignocellulose Feedstock3. Internationale Bioraffinerie-Systeme
Gegenwärtig werden in Forschung, Entwicklung und Praxis vier
Systeme stark forciert:
1) Die LCF-BIORAFFINERIE – Lignocellulose Feedstock Biorefinery
(Rohstoffe: „naturtrockene“ Biomasse, cellulosehaltige Biomassen und
Abfälle).
2) Die GETREIDE-BIORAFFINERIE – Cereale-Biorefinery /Corn-Refinery
(Rohstoffe: Getreide-Ganzpflanzen, z.B. Triticeen; Stärkepflanzen, z.B. Mais).
Auch: Ganzpflanzen Raffinerie, Trocken- und Nassverfahren
3) Die GRÜNE BIORAFFINERIE – Green Biorefinery
(Rohstoffe: „naturfeuchte“ Biomassen, grünes Gras, Luzerne,
Klee, unreifes Getreide).
4) Das Zwei-Plattform Konzept - Biorefinery two platforms concept
11Lignocellulose Feedstock Bioraffinerie
Die LCF-BIORAFFINERIE –
Lignocellulose Feedstock Biorefinery
Rohstoffe:
„naturtrockene“ Biomasse,
Holz, Stroh, cellulose- und
ligno-cellulosehaltige Biomassen
und Abfälle.
Die Generalgleichung der LCF-Biorefinery lautet wie folgt:
Lignocellulose + H2O → Lignin + Cellulose + Hemicellulose
Hemicellulose + H2O → Xylose
Xylose (C5H10O5) + saurer Katalysator → Furfural (C5H4O2) +3H20
Cellulose (C6H10O5) +H2O → Glucose (C6H12O6)
12Lignocellulose Feedstock Bioraffinerie
Zucker
Cellulose Rohstoff
“biotech-chemisch”
Rückstände
Lignocellulose Hemicellulose Kraftstoffe,
Biomasse “biotech-chemisch” Chemikalien,
(LCF) Materialien
Kraft-Wärme-
Kopplung
Lignin Lignin
“chemisch” Rohstoff
Vorteile:
berücksichtigt den Erhalt von der Natur vorgeprägten Strukturen und Strukturelementen, Erhalt
der Heteroatome, billiger Rohsstoff, große Produktvielfalt, ausgeprägt stammbaumfähige
Raffinerie
Nachteile:
noch Entwicklungsbedarf: z.B. Ligninverwertung, “saubere” PrimärRaffination zu Cellulose,
Hemicellulose, Lignin
13Lignocellulose Feedstock Bioraffinerie
Lignocellulose Feedstock Bioraffinerie (LCF-Bioraffinerie)
Zusammensetzung Lignocellulose Feedstock (LCF, LC-Rohstoff)
z.B. Getreide (Stroh, Spreu); Lignocellulose Biomasse (Gräser, Schilf, Schilfgras u.a.);
Getreidestroh % Forst-Biomasse (Unterholz, Holz); Papier- und Cellulosehaltige Kommunale Abfälle
Cellulose 38-40
Lignocellulose (LC)
Hexosen 2-5
Pentosen 17-25 Lignin Hemicellulose Cellulose
Lignin 6-21 „Phenol-Polymer“ Pentosane, Hexosane „Glucose-Polymer“
Hydrolyse
„Natur“ Kleber Pflanzengummi Cellulose- Hydrolyse
Xylose Verdickungsmittel, Klebstoffe, (E/C)
& Bindemittel Applikationen
(Pentose) Schutzkolloide und
Zusammensetzung Emulgatoren, Stabilisatoren
Sub-bituminöse Xylit Glucose
Laubholz % Kohle Zuckeraustauschstoff HMF (Hexose)
Cellulose 30-43 (5-Hydroxymethyl-furfural)
Schwefelfreier Furfural Lävulinsäure
Hexosen 2-5 Festbrennstoff Fermentations-
Weichmacher & Produkte
Pentosen 17-25 Chemieprodukte
Furanharze
Lösungsmittel • Brennstoffe
Phenole u.a. z.B. Ethanol,
Lignin 20-25 Chemieprodukte Schmierstoffe • Organ. Säuren
z.B. Milchsäure,
Nylon 6 Chemieprodukte & • Lösungsmittel
Nylon 6,6 Polymere
Aceton, Butanol
Beispiel - Anlagenkapazität: RM/Lignocellulosehaltiger Rohstoffmix, Optimum: 4.360 t/day
Hauptprodukte: 47.5 Mio gallons Ethanol ($1.25) und 323 Tt Furfural ($0.32/pound) im Jahr;
Jobs: 6.095 (ohne Bau); Erstellungskosten (Bau): $ 455 Mio,
14
van Dyne et al., Perspectives of new crops and uses. ASHS Press, 1999, USAGetreide-/Ganzpflanzen Bioraffinerie
Die GETREIDE-BIORAFFINERIE
Cereale-Biorefinery, Corn-Refinery
Rohstoffe:
Getreide-Ganzpflanzen,
Stärkepflanzen
z.B. Triticeen-Gruppe,
Mais
15Getreide-/Ganzpflanzen Bioraffinerie
Korn Stärkelinie
“biotech-chemisch” Zucker
„physiko-chemisch“ Rohstoff
Ganzpflanze Mehl Kraftstoffe,
Getreide „physiko-chemisch“
Chemikalien,
Trockenmühle Rückstände Materialien
Kraft-Wärme-
Kopplung
Stroh Lignocellulose
„biotech.-chemisch“ Rohstoff
Vorteile:
berücksichtigt den Erhalt von der Natur vorgeprägten Strukturen und
Strukturelementen (Stärke, Cellulose), Erhalt der Heteroatome, eingefahrene
Basistechnologie und Verarbeitungslinien.
Nachteile:
basiert im Wesentlichen auf “Ackerfrüchte”, d.h. hohe Rohstoffkosten.
16Getreide-Bioraffinerie (Trockenmühle)
Verbrennung Energie GETREIDE Acker
Verstromung
STROH KORN Mahlung MEHL
Aufschluss- Druck- STÄRKE Extrusion Direktverwertung
verfahren vergasung
Coextrusion Verkleisterung
Biotechnol. Chem. Copolymeris. Aufschluss
Konversion Konversion /
enzym. Hydrolyse Modifizierung
Plastifizierung
saure Hydrolyse
GLUCOSE
HEMICELLULOSE
Red. Aminierung
Hydr. Spaltung
Veretherung
Veresterung
Fermentation
CELLULOSE
LIGNIN
Ethanol
Milchsäure
Kleber,
Füllstoff
Thermoplaste
Propylenglycol
Polyhydroxybuttersäure
Acetat-
Glucoamine
Bioplaste
Methanol
Glycerin,
stärken
Sorbitol,
Syngas
Bindemittel
PHB
(Brikettierung)
Co-/Misch-
Carboxy-
Polymerisate
methylstärke PE/PP/PS/Stärke Zement
Bauindustrie
17Die Grüne Bioraffinerie
Die GRÜNE BIORAFFINERIE – Green Biorefinery
Rohstoffe:
„naturfeuchte“ Biomassen,
grünes Gras, Luzerne, Klee,
unreifes Getreide, wässrige
Biomasseabfälle
18Die Grüne Bioraffinerie
Press-Saft Proteine
“biochemisch” Lösl. Zucker
„biotech-physikalisch“
Rückstände
Futter,
Grüne Biogas
Kraft-Wärme-
Kraftstoffe,
Biomasse
Kopplung Chemikalien,
Presse
Materialien
Rückstände
Aktivitäten: Press-Kuchen
z.B. in Deutschland, „hydrothermisch“
Cellulose
Dänemark, Österreich, „enzymatisch“
Lignocellulose
Frankreich “thermochemisch”
Vorteile:
großer Biomasse-Ertrag/ha, gute Kopplung mit Agroproduktion, gutes biotech-chemisches
Potential, „simple“ Basistechnologien
Nachteile:
schnelle Primärverarbeitung oder zu kontrollierende, da rohstoffverändernde Lagerung (Silage),
19Die Grüne Bioraffinerie
Ein System „Grüne Bioraffinerie“ gekoppelt an ein Grüngut-Trockenwerk.
Konzept der Havelland-Bioaffinerie, Selbelang, Brandenburg.
Füll- & Dämmstoffe
Grüne Pellets, Futter
Press-Kuchen
Cellulose-Rohstoff
Gras, Luzerne, Blattwerk, Kraut u.a. Grüngut -Trockenwerk
Festbrennstoffe
Naßfraktionierung/ Presse
Chemie-Rohstoffe
( Lävulinsäure u.a.)
SAFT
Press-Saft
Wärme, Strom Proteine, Feststoffe
Enzyme
Separator
Trenn- Kohlenhydrate
verfahren
Stroh, Weidenholz, Biogas Geschmacksstoffe
Biomasse-
Grüngut-Trockenwerk Heiz- & Kraftwerk
Energie
Farbstoffe
Selbelang (Havelland)
Fasern, Cellulose Stroh
Biogas Milchsäure, Lactate
Getreide, Ganzpfl.
Aminosäuren
Vorhaben: Bau eines Prototyps Korn u./o. Stroh
Proteine (SCP)
Vor-
„PrimärBioRaffinerie Selbelang“ Kartoffeln u./o. Saft
behandlung Fermentation
Enzyme
Anlagenkapazität: 1 .Stufe: Melasse
8.000 t TM (8 M/J), Organische Säuren
Grüngut: Luzerne, WM-Gras Dünger Ethanol
PrimärRaffineriestufen: Pellets,
Chlorophyll, Prenacell®-Faser,
Milchsäure (Andocklinie),
Proteine, Biogas-KWK-Kopplung; 20
Invest-Kosten: Euro 5 Mio Kamm, Kiel et al., 1996-2001Bioraffinerie Zwei-Plattform-Konzept
Das Zwei-Plattform Konzept - Biorefinery two platforms concept
z.B. NREL, Zucker
National Renewable Research Zucker Plattform Rohstoff
Energy Laboratory, USA “biochemisch”
Rückstände
Kraftstoffe,
Kraft-Wärme-
Biomasse Kopplung Chemikalien,
Materialien
Reines Gas
Syngas Plattform
“thermochemisch” konditioniertes
Gas
Vorteile:
berücksichtigt Energie, Kraftstoffe und biobasierte Produkte, wenige großtechnische
Basistechnologien nötig
Nachteile:
Sieht die Präkursoren Lignin (z.T. 30%), Proteine (z.T. 20%) und Öle nur als
thermische/ thermochemische Ressource, Hochtemperaturtechnologie
(Bestimmte Basischemikalien wie Furfural, Lävulinsäure, HMF u.a. haben nur
indirekt Zugang im Konzept ) 21Internationale Bioraffinerie-Systeme
4. Bioraffinerie Anlagen und Produkte (Beispiele)
presented by:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit Kamm
biopos, Teltow-Seehof und
Brandenburgische Technische Universität Cottbus 22Example for an existing Industrial Biorefinery
NatureWorks LLC (former Cargill Dow) Polylactide Polymer (PLA) Plant
Chemistry Biotechnology
PLA & Lactide Plant; Blair, NE Lactic Acid Plant; Blair, NE, USA
RTO: November 2001 RTO: January 2003
300 MM Lbs. PLA Capacity 400 MM Lbs. Lactic Acid Capacity
Agriculture
Material processing
PLA (biobased Polymer) for Materials Maize (Corn) as Raw Material
- Packaging, Foils, Fibers and PLA Plant is combined wit a
others Cargill Starch Plant
23
MM Lbs = Million Metric Pounds Pictures: by courtesy of NatureWorks LLCPolymer Volume Increases as Price is Reduced
Low PLA prices are required to achieve large volume
Volume-Price Curve for Various Plastics
16,000
PVC
14,000 PP
Volume (million lbs)
12,000 HDPE
10,000
LDPE
8,000
6,000 PS
4,000 PET
2,000 Nylon 66 PC
ABS Nylon 6
0
$0.25 $0.45 $0.65 $0.85 $1.05 $1.25 $1.45 $1.65
Price
Source: SRI Chemical Economics Handbook for the U.S. Market 2000/2001 volumes, 2003 pricing
NatureWorks PLA, 2003 24Fossil Energy Use in Common Plastics
160 142
140
120
100 92 91 87
MJ / kg
77 76
80
60 31
40 7
20
0
.
S
e*
S
PP
PL ph
66
re
ow
IP
PP
an
tu
or
on
H
N
fu
G
am
ph
A
yl
A
lo
N
T
PL
el
PE
C
Sources: Glassner, D.; NatureWorks LLC, 2005 25PLA-based Products - some Examples from USA
• NatureWorks® PLA
– brand name for
packaging made
from PLA resin
• Ingeo™ fiber
– brand name given to
fiber made from
NatureWorks PLA
Sources: Glassner, D.; NatureWorks LLC, 2005 26PLA-based Products - some Examples from USA
Fortei
27
Prof. B. Kamm, 605. DECHEMA-KolloquiumPLA-based Products - some Examples from Japan
28Future Vision for PLA production
Types of Feedstocks
• Grains
(such as corn)
• LC-Biomass
(Lignocelluloses)
Softwoods Hardwoods Grasses
Crop residues (e.g.,
corn stover, cereal
straw, sugar cane
bagasse, etc.)
Sources: Glassner, D.; NatureWorks LLC, 2005 29Future Vision for PLA production
Biomass Composition
Cellulose
(Chains of sugar) Other
5%
45%
25%
25%
Lignin
(Young clean coal)
Hemicellulose
(Chains of sugar)
The whole plant-based (botanical) biomass consists of
approx. 70% carbohydrates!
Biobased Carbohydrates Economy
30Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
LCF Bioraffinerie Pilotanlage
Die ‘Icelandic ethanol-oriented biorefinery’
Rohstoff: Isländische lignocellulosehaltige Biomasse
Modellprojekt - Pilotanlage –
20.000 t Lignocellulose/Jahr
31Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Hemicellulosen
(HCl 32%ig)
Lignocellulose Cellulose Kraftstoffe,
Biomasse (HCl 42%ig) Chemikalien,
(LCF) Materialien
Kraft-Wärme-
Kopplung
Lignin
(fester Reststoff)
Abbildung: Grobschema einer Lignocellulose Bioraffinerie (Salzsäure-Hydrolyse)
32Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Die ‘Icelandic ethanol-oriented biorefinery’ auf Lignocellulosebasis
Isländische Bioraffinerie Region I: Süd-Island, Selfoss-Skálholt-Flúdir
33Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Isländische lignocellulosehaltige Biomasse - Region Südisland
Nootka Lupine (Stroh)
y aus Landschaftspflege
y 3-5 t/ha (TS)
y Potenzial: 100.000 ha in
Südisland
Heu
y aus Landschaftspflege
and Landwirtschaft
y 8-10 t /ha (TS) in S-Island
Gerste (Stroh)
y aus der Landwirtschaft
y 6-10 t/ha (TS) Ganzpflanze
y ~ 50% Stroh
34
RALA, The Agricultural Research Institute, Keldnaholti, Reykjavík, IcelandLignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Model of the ‘Icelandic ethanol-oriented biorefinery’ based on lignocelluloses
Tourism
Inhabitants
Educational Leave
Regional Jobs
Hotel Sector
Regional Farmers
• Biomass Producer Icelandic Biorefinery
Barley, Hey, Lupine Biomass Conversion Mill
• Vegetables Producer Biobased Products Factory
Salad, Tomato, a.o. Biomass Chemical/Enzymatic Hydrolysis
• Animal husbandry Conversion, Fermentation, Distillation
Sheep, Cattle Separation, Packaging, Storage
Energy
Regional Sources
Carbon dioxide
Geothermal Heat
Carbon dioxide Proteins
Proteins, Yeast Carbon dioxide
Fertilizer Proteins
Fertilizer
Ethanol
Lignin
Fuel Industry
Chemical and
Producing Industry
35Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Die ‘Icelandic ethanol-oriented biorefinery’ (Pilotanlage) - Eckdaten
Menge / Preis Bemerkungen
Rohstoff
Lignocellulose Biomasse (Mix) 20.000 t/Jahr Lupine Stroh, Gerstenstroh, Heu
Haupttechnologie
Saure Hydrolyse zu Zucker, modifizierter “Bergius/Rheinau” Prozess
Fermentation zu Ethanol biorefinery.de GmbH Technologien
Hauptprozessenergie
Geo-thermischer Dampf 1,25 €/t Dampf: 170°C /7 bar
Standort der Anlage
Greenhouse Region, Nähe Flúdir Süd-Island
Hauptprodukte (Phase I)
Ethanol für E10 Kraftstoff 7 Mio l/Jahr 0,46 €/l
Betreiber
Icelandic Biomass Company Sitz : Reykjavik, IS
Kosten 12 Mio € Inkl. F&E 14 Mio €
36Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Die ‘Icelandic ethanol-oriented biorefinery’ – Hauptprozessmodule
37Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Vorteile einer Ethanolproduktion
Ethanol ist nicht nur ein Kraftstoff, sondern auch eine Basischemikalie für
eine Vielzahl von Lösungsmitteln, Produkten und Materialien.
Diethyl ether Fuels
Ether formation Fuel additive
Acetone Solvents
Ethanol
Keton synthesis
Esterification Lebedew Oxidation Dehydrating Mobile Process
Process
Ethyl lactate Acetaldehyde Ethene Synthetic
Naphtha
Ethyl Butadiene Acetic acid Vinyl acetate Steam cracker
levulinate
Acetic y Ethene
anhydride y Propylene
other
y C4-cut
y Benzine
y Crack gas
Rubber Polymers y Aromatics
38Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Die ‘Icelandic Ethanol-oriented biorefinery’ – Zusammenfassung
Die ‘Icelandic Ethanol-oriented Biorefinery‘ (Pilot Anlage) wird
7 Mio. Liter Ethanol/Jahr effizient produzieren.
7 Mio. l Ethanol (100%) entsprechen 70 Mio. l E10 Kraftstoff.
E10 Kraftstoff ist ein Ottokraftstoff mit 10% Ethanol.
Jeder Isländer könnte also 233 Liter E10 Kraftstoff im Jahr tanken.
39Die ‘Icelandic Ethanol-oriented biorefinery’ – Zusammenfassung
Warum ist eine solche (small scale) ethanolorientierte LCF-
Bioraffinerie profitabel?
- Forschung und Entwicklung wurde gefördert durch die European
Commission (BESUB project) und der Isländischen Regierung.
- Island hat einen effizienten und ‘low price non-fossil’ Energiemarkt
(geo-thermische Energie). Dadurch werden auch energieintensivere
Prozesses (z.B. Säurerückgewinnung) ökonomisch und
umweltfreundlich.
- Private Betreiber, Finanzwesen and Regierung arbeiten zusammen.
- Ein wirtschaftlicher Rohstoff- and Produktmarkt konnte organisiert
werden (ohne Subvention).
40Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Lignocellulose basierte Ethanol-Bioraffinerie
– Technologieentwicklung und Umsetzung
Zusammenfassung
Regionale kleine und mittlere Bioraffinerien können auch in Regionen
ohne geo-thermische Energie profitabel sein.
Für die notwendige Prozessenergie kann genutzt werden:
y Die Lignin Fraktion, ca. 30% in Lignocelluose
Die Heizwerte von Lignin‘en liegen zwischen 13 MJ/kg und 19 MJ/kg (TS)
(Holz: 18 MJ/kg, Heizöl: 30-35 MJ/kg).
y Biogas und effiziente Kraft-Wärme-Kopplung: Wärme and Elektrizität.
41Nutzung der Bioenergie in Deutschland
heute und morgen
Internationale Bioraffinerie-Systeme
5. Zusammenfassung und Ausblick in Deutschland und EU
Potenziale/Akteure
- BioVision 2030 Group (Dow, FHG-ICT, biorefinery.de, biopos u.a.),
- Bioraffinierie-Verbund Mitte-Ost
(Inno Regio, Innovative Wachstumskerne des BMBF),
- DECHEMA- Arbeitskreis „LCF-Bioraffinerie“,
- „Osnabrücker Gesprächskreis“ der DBU zwischen Forschung und Industrie
presented by:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Birgit Kamm
biopos, Teltow-Seehof und
Brandenburgische Technische Universität Cottbus 42Outlook: Biobased Economy in Germany (one Example only by Straw)
German fossil-based
Biobased German Agriculture
Chemical Industry
Economy
produced approx. 50 Mio tons
produced 5 Mio tons Cereals (Grain for Food) per year
8,5 Mio tons
Ethylene per year
Basic Chemical for Polymers Ethanol
for Ethylene equivalent to ~ 50 Mio tons on
available Straw per year
1 ton Straw is equivalent
Fossil-based 5,5 Mio tons to 280 kg Ethanol
Fuel Industry in Germany Ethanol
6,97 Mio m3 14 Mio tons Ethanol
for Fuels a.o.
marketed 25 Mio tons
Gasoline per year
~ 33.8 Mio m3 for E10 Gasoline Spill-over Ethanol
(based on 25 Mio tons) ~ 3,59 Mio m3
needed ~ 3,38 Mio m3 for other Applications
E85 Gasoline, Chemistry
E10 Gasoline is normal Gasoline (Otto Petrol) with 10% Ethanol 43Nutzung der Bioenergie in Deutschland
heute und morgen
Kontakt:
Prof. Dr. Birgit Kamm
FI biopos e.V. und BTU Cottbus
Forschungsstandort Teltow-Seehof
Kantstraße 55, D-14513 Teltow
Fon: 03328-3322-10
Fax: 03328-3322-11
Email: kamm@biopos.de
Web: www.biopos.de, www.biorefinica.de
44Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Potsdam
Schloss Babelsberg
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