Neue Rohstoffe für flüssige Energieträger

Herstellung und Einsatz von Drop-in-fähigen hydrierten Bioölen für Mitteldestillatanwendungen in den Sektoren Verkehr und Wärme

 

Kurzbeschreibung

Die nachhaltige Energieversorgung erfordert im Verkehrsbereich ebenso wie im Wärmemarkt die schrittweise Substitution fossiler Energieträger durch nachwachsende Rohstoffe. Generell ist die Rohstoffdiversität und die damit verbundene Beeinflussung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der Produkte eine der wichtigsten Herausforderungen für Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Zuge der Energiewende. Für den Ersatz von fossilen Rohstoffen in Mitteldestillaten (Dieselkraftstoff, Heizöl EL, Kerosin) kommen derzeit überwiegend Fettsäuremethylester (FAME) zur Anwendung. Die Einsatzmöglichkeiten dieser aus pflanzlichen Ölen durch eine Umesterung mit Methanol gewinnbaren Produkte sind wegen ihrer anwendungstechnischen Nachteile (u.a. chemische bzw. Lagerstabilität, Korrosion, Kältebeständigkeit) aber begrenzt.

Dagegen führt die Hydrierung von Pflanzenölen zu Kohlenwasserstoffen (überwiegend Alkane), die aufgrund ihrer Zusammensetzung und Eigenschaften sehr gut als Kraft- und Brennstoff geeignet sind. In Deutschland ist hydriertes Pflanzenöl (Hydrogenated Vegetable Oil, HVO) als Zumischkomponente für Dieselkraftstoff seit 2012 am Markt und durch Anforderungen in der DIN EN 15940 normiert. Um auch den Wärmemarkt zu erreichen, beschäftigten sich das Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen der TU Bergakademie Freiberg (IEC) und die OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH bereits im Rahmen des IGF-Vorhabens 16787 BG (Laufzeit 11/2012 bis 07/2015) mit den anwendungstechnischen Eigenschaften von HVO als Heizöl-Substitut. Gleichzeitig wurden die gemeinsame Hydrierung von Pflanzenöl und rohölstämmigen Mitteldestillaten (Co-Processing) untersucht sowie neuartige schwefelfreie Katalysatoren (Erläuterung siehe Schlussbericht 16787 BG) für die alleinige Hydrierung der Pflanzenöle (stand-alone) entwickelt und so wichtige technische Problemstellungen gelöst.

Trotz der sehr guten technischen Anwendungseigenschaften muss beachtet werden, dass pflanzliche Öle wie auch Getreide oder Zuckerrüben zu den Biomassen gehören, die in direkter oder indirekter Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehen. Um diesen Konflikt aufzulösen besteht Notwendigkeit, die Rohstoffbasis für den Hydrierungsprozess zu erweitern und insbesondere auch Abfallstoffe (Fettabscheiderrückstände, gebrauchte Frittieröle und ähnliche) in Betracht zu ziehen. Sowohl recycelte Öle als auch andere biogene Einsatzstoffe (zum Beispiel Tallöl, Holzpyrolyseöle) enthalten neben den pflanzenöltypischen Triglyceriden weitere Stoffgruppen (zum Beispiel Aromaten) und Verunreinigungen. Deren Auswirkungen auf Umwandlungsprozesse wie Hydrierung und gegebenenfalls Isomerisierung sowie auf das anwendungstechnische Verhalten der Produkte sind weitestgehend unbekannt und sollen im Rahmen eines Nachfolgeprojektes (DGMK 785) untersucht werden. Diese werden unter dem Begriff hydrierte Bioöle (HBO) zusammengefasst.

Mit der Entwicklung neuer Prüfmethoden zur Abschätzung verbrennungstechnischer Eigenschaften (zum Beispiel laminare Brenngeschwindigkeit, Verdampfungsverhalten) soll das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung drop-in-fähiger hydrierter Bioöle für Mitteldestillatanwendungen leisten.

 

Arbeitsziele des Projekts

  • Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses (Co-Processing, Isomerisierung)
  • Erweiterung der Rohstoffbasis (gebrauchte Speiseöle, Altfette, weitere biogene Öle)
  • Umfangreiche Charakterisierung der HBO-Produkte zur Eignung als Mitteldestillatsubstitute
  • Anwendungstechnische Bewertung und Testung von Brennstoff-Blends aus Heizöl EL schwefelarm und HBO (und FAME)

 

Arbeitsaufgaben OWI

  • Untersuchung verbrennungstechnischre Eigenschaften
  • Untersuchung anwendungstechnischer Eigenschaften
  • Langzeitlagerung / Thermooxidative Degradation
  • Langzeitstudie im Heizölbrenner-Prüfstand (Brennwertgerät)

 

Durchführende Forschungsstelle

  • Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen der TU Bergakademie Freiberg (IEC)
  • OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath

 

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 18671 BG der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. – DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

 

Projektlaufzeit

01.01.2017 bis 31.12.2018

 

Ansprechpartner

Sebastian Feldhoff
Tel.: 02407/ 9518-117
E-Mail: S.Feldhoff@owi-aachen.de